焊接與切割基礎(chǔ)知識

歡迎參加金屬焊接與切割安全操作班的各位學(xué)員第一章焊接與切割基礎(chǔ)知識第一節(jié)焊接與切割概述一、焊接與切割的基本原理及分類（一）基本原理在機(jī)械制造工業(yè)中,常用的聯(lián)接方法有：螺栓聯(lián)接、鍵聯(lián)接、鉚釘聯(lián)接和焊接等，根據(jù)這些方法的聯(lián)接特點，通常將其分為兩大類：一、焊接與切割的基本原理及分類（一）基本原理一類是機(jī)械聯(lián)接，即可以折卸的聯(lián)接，就是不必?fù)p壞被聯(lián)接零件本身就可以將它們分開，螺栓聯(lián)接和鉚釘聯(lián)接就屬于這一類。另一類是永久性聯(lián)接，即不可折卸聯(lián)接，就是必須損壞被聯(lián)接零件本身才可將它們分開，焊接就屬于這一類。一、焊接與切割的基本原理及分類（一）基本原理焊接時就是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且使用或不用填充材料，使工件達(dá)到原子（或分子）間結(jié)合的方法。要使兩部分金屬材料達(dá)到永久性聯(lián)接的目的，就必須使分離的金屬接近到能使原子間產(chǎn)生足夠大的結(jié)合力，才能形成牢固的接頭。表面凹凸不平，氧化膜一、焊接與切割的基本原理及分類（二）焊接方法的分類按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)不同，可以把焊接方法分為熔化焊、壓力焊和釬焊三類。一、焊接與切割的基本原理及分類（二）焊接方法的分類1.熔化焊熔化焊是利用局部加熱的方法將聯(lián)接處的金屬加熱至熔化狀態(tài)而完成的焊接方法。金屬熔化削除了表面凹凸不平，熔化了氧化膜。常見的氣焊、焊條電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊、等離子弧焊、激光焊等均屬于熔化焊的范疇。激光焊機(jī)（二）焊接方法的分類2.壓力焊壓力焊是利用焊接時施加一定壓力完成焊接的方法。一是將被焊金屬接觸部分加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后施加一定壓力，如鍛焊、接觸焊、摩擦焊和氣壓焊等就是這種類型的壓力焊方法。二是不進(jìn)行加熱，僅在被焊金屬接觸面上施加足夠大的壓力，借助于壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲香牢固的壓擠接頭，這種壓力焊的方法有冷壓焊、爆炸焊等。（二）焊接方法的分類3.釬焊釬焊是把比被焊金屬熔點低的釬料金屬加熱熔化至液態(tài)，然后使其滲透到被焊金屬接縫的間隙中而達(dá)到結(jié)合的方法。焊接時被焊金屬處于固體狀態(tài)，工件只適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行加熱，沒有受到壓力的作用，僅依靠液態(tài)金屬與固態(tài)金屬之間的原子擴(kuò)散而形成牢固的焊接接頭。常見的釬焊方法有鉻鐵釬焊、火焰釬焊等。（三）切割的方法和分類按照金屬切割過程中加熱方法的不同大致可以把切割方法分為火焰切割、電弧切割和冷切割三類。（三）切割的方法和分類1.火焰切割：預(yù)熱－燃燒－吹渣（1）氧－乙炔氣割（2）液化石油氣切割（3）氫氧源切割（4）氧熔劑切割（三）切割的方法和分類2.電弧切割：熔化－吹渣電弧切割按生成電弧的不同或分為：（1）等離子弧切割（2）碳弧氣割（三）切割的方法和分類3.冷切割冷切割后工件相對變形較小。（1）激光切割：利用激光束材料穿透，并使激光束移動而實現(xiàn)切割的方法。（2）水射流切割：水射流切割是利用高壓換能泵產(chǎn)生出200~400MPa的高壓水的水束動能，來實現(xiàn)材料的切割。芬蘭ALIKO水射流切割機(jī)二、焊接與切割的發(fā)展概況及應(yīng)用（一）焊接與切割技術(shù)的發(fā)展概況釬焊：五千多年春秋戰(zhàn)國時期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤龍，是分段釬焊連接而成的壓焊：兩千多年戰(zhàn)國時期制造的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，一般是經(jīng)過加熱鍛焊而成的。據(jù)明朝宋應(yīng)星所著《天工開物》一書記載：中國古代將銅和鐵一起入爐加熱，經(jīng)鍛打制造刀、斧；用黃泥或篩細(xì)的陳久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船錨熔焊：一百多年二、焊接與切割的發(fā)展概況及應(yīng)用（一）焊接與切割技術(shù)的發(fā)展概況19世紀(jì)初，英國的戴維斯發(fā)現(xiàn)電弧和氧乙炔焰兩種能局部熔化金屬的高溫?zé)嵩础?885～1887年,俄國的別納爾多斯發(fā)明碳極電弧焊鉗。1900年又出現(xiàn)了鋁熱焊。20世紀(jì)初，碳極電弧焊和氣焊得到應(yīng)用，同時還出現(xiàn)了薄藥皮焊條電弧焊。在此期間，美國的諾布爾利用電弧電壓控制焊條送給速度，制成自動電弧焊機(jī)。1930年美國的羅賓諾夫發(fā)明使用焊絲和焊劑的埋弧焊，焊接機(jī)械化得到進(jìn)一步發(fā)展。二、焊接與切割的發(fā)展概況及應(yīng)用（一）焊接與切割技術(shù)的發(fā)展概況40年代，為適應(yīng)鋁、鎂合金和合金鋼焊接的需要，鎢極和熔化極惰性氣體保護(hù)焊相繼問世。1951年蘇聯(lián)的巴頓電焊研究所創(chuàng)造電渣焊。1953年，蘇聯(lián)的柳巴夫斯基等人發(fā)明二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

1957年美國的蓋奇發(fā)明等離子弧焊；40年代德國和法國發(fā)明的電子束焊，也在50年代得到實用和進(jìn)一步發(fā)展；60年代又出現(xiàn)等離子、電子束和激光焊接。

二、焊接與切割的發(fā)展概況及應(yīng)用（一）焊接與切割技術(shù)的發(fā)展概況近年來，太陽能焊、冷壓焊等新型焊接設(shè)備開始研制，特別是在焊接生產(chǎn)自動化及電子計算機(jī)在焊接切割生產(chǎn)中的應(yīng)用方面有很大發(fā)展，將會使焊接切割技術(shù)的發(fā)展達(dá)到一個新階段。二、焊接與切割的發(fā)展概況及應(yīng)用（二）焊接與切割的應(yīng)用焊接生產(chǎn)周期短、結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，用材合理能夠以小拼大等一系列優(yōu)點。在造船、電站、汽車、石油、橋梁、礦山機(jī)械等行業(yè)中，已成為不可缺少的加工手段。在世界主要的工業(yè)國家里，每年鋼產(chǎn)量的45%左右要用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)。一輛小轎車，需要焊接5000~12000個焊點一艘30萬噸油輪要焊1000公里長的焊縫一架飛機(jī)的焊點多達(dá)20~30萬個世界焊接發(fā)展史話公元前3000多年埃及出現(xiàn)了鍛焊技術(shù)。公元前2000多年中國的殷朝采用鑄焊制造兵器。公元前200年前，中國已經(jīng)掌握了青銅的釬焊及鐵器的鍛焊工藝。1801年：英國H.Davy發(fā)現(xiàn)電弧。1836年：EdmundDavy發(fā)現(xiàn)乙炔氣。1856年：英格蘭物理學(xué)家JamesJoule發(fā)現(xiàn)了電阻焊原理。1859年：Deville和Debray發(fā)明氫氧氣焊。1881年：法國人DeMeritens

發(fā)明了最早期的碳弧焊機(jī)。1881年：美國的R.H.Thurston博士用了六年的時間，完成了全系列銅-鋅合金釬料在強(qiáng)度與延伸性方面的全部實驗。1882年：英格蘭人RobertA.Hadfield發(fā)明并以他的名字命名的奧氏體錳鋼獲得了專利權(quán)。1885年：美國人ElihuThompson獲得電阻焊機(jī)的專利權(quán)。1885年：俄羅斯人Benardos

Olszewski

發(fā)展了碳弧焊接技術(shù)。1888年：俄羅斯人H.г.Cлавянов發(fā)明金屬極電弧焊。1889—1890年：美國人C.L.Coffin首次使用光焊絲作電極進(jìn)行了電弧焊接。1890年；美國人C.L.Coffin提出了在氧化介質(zhì)中進(jìn)行焊接的概念。1890年：英國人Brown第一次使用氧加燃?xì)馇懈钸M(jìn)行了搶劫銀行的嘗試。1895年：巴伐利亞人KonradRoentgen觀察到了一束電子流通過真空管時產(chǎn)生X射線的現(xiàn)象。1895年：法國人LeChatelier

獲得了發(fā)明氧乙炔火焰的證書。1898年：德國人Goldschmidt發(fā)明鋁熱焊。1898年：德國人克萊菌.施密特發(fā)明銅電極弧焊。1900年：英國人Strohmyer發(fā)明了薄皮涂料焊條。1900年：法國人Fouch

和Picard制造出第一個氧乙炔割炬。1901年：德國人Menne

發(fā)明了氧矛切割。1904年：瑞典人奧斯卡.克杰爾貝格建立了世界上第一個電焊條廠—ESAB公司的OK焊條廠。1904年：美國人Avery發(fā)明了便攜式鋼瓶。1907年：在美國紐約拆除舊的中心火車站時，由于使用氧乙炔切割節(jié)省工程成本的20%多。1907年：10月瑞典人O.Kjellberg

完善了厚藥皮焊條。1909年：Schonherr

發(fā)明了等離子弧。上圖為水下等離子切割1911年：由Philadelphia&Suburban氣體公司建成了第一條使用氧溶劑氣焊焊接的11英里長管線。1912年：第一根氧乙炔氣焊鋼管投入市場。1912年：位于美國費城的EdwardG.Budd公司生產(chǎn)出第一個使用電阻點焊焊接的全鋼汽車車身。大約1912：年美國福特汽車公司為了生產(chǎn)著名的T型汽車，在自己工廠的實驗室里完成了現(xiàn)代焊接工藝。1913年：在美國的印第安納波利斯Avery和Fisher完善了乙炔鋼瓶。1916年：安塞爾.先特.約發(fā)明了焊接區(qū)X射線無損探傷法。1917年：第一次世界大戰(zhàn)期間使用電弧焊修理了109艘從德國繳獲的船用發(fā)動機(jī)，并使用這些修理后的船只把50萬美國士兵運(yùn)送到了法國。1917年：位于美國麻薩諸塞州的Webster&Southbridge電氣公司使用電弧焊設(shè)備焊接了11英里長、直徑為3英寸的管線。1919年：ComfortA.Adams組建了美國焊接學(xué)會（AWS）。1924年美國焊接協(xié)會活動時紀(jì)念照片1919年：C.J.Halslag發(fā)明交流焊。1920年：Gerdien發(fā)現(xiàn)等離子流熱效應(yīng)。1920年：第一艘全焊接船體的汽船F(xiàn)ulagar號在英國下水。大約1920年：開始使用電弧焊修理一些貴重設(shè)備。大約1920年：使用電阻焊焊接鋼管的生產(chǎn)方法（TheJohnsonProcess）獲得了專利。大約1920年：第一艘使用焊接方法制造的油輪PoughkeepsieSocony號在美國下水。大約1920年：藥芯焊絲被用于耐磨堆焊。1922年：Prairie管道公司使用氧乙炔焊接技術(shù)，成功地完成了從墨西哥到德克撒斯的直徑為8英寸，長達(dá)140英里的原油輸送管線的鋪設(shè)工作。1923年：斯托迪發(fā)明堆焊。1923年：世界上第一個浮頂式儲罐（用來儲存汽油或其他化工品）建成；其優(yōu)點是由焊接而成的浮頂與罐壁組成象望遠(yuǎn)鏡一樣可升高或降低的儲罐，從而可以很方便的改變儲罐的體積。1924年：Magnolia氣體公司使用氧乙炔焊接技術(shù)建成了14英里長的全焊結(jié)構(gòu)的天然氣管線。1924年：在美國由H.H.Lester首先使用X光線照相術(shù)，為BostonEdison公司的發(fā)電廠檢驗蒸汽壓力為8.3Mpa的待安裝的鑄件質(zhì)量。1926年：美國Langmuir發(fā)明原子氫焊。1926年：美國Alexandre發(fā)明CO2氣體保護(hù)焊原理。1926年：由美國的A.O.Smith公司率先介紹了在電弧焊接用金屬電極外使用擠壓方式涂上起保護(hù)作用的固體藥皮（即手工電弧焊焊條）的制作方法。1926年：鉻鎢鈷焊材合金獲得了第一份關(guān)于藥芯焊絲的專利。1926年：美國人M.Hobart和P.K.Devers獲得了使用氦氣作為電弧保護(hù)氣體的專利。1927年：由Lindberg單獨駕駛Ryan式單翼飛機(jī)成功地飛過了大西洋，該飛機(jī)機(jī)身是由全焊合金鋼管結(jié)構(gòu)組成的。1928年：第一部結(jié)構(gòu)鋼焊接法規(guī)《建筑結(jié)構(gòu)中熔化焊和氣割規(guī)則》由美國焊接學(xué)會出版發(fā)行，這部法規(guī)就是今天的《D1.1結(jié)構(gòu)鋼焊接規(guī)則》的前身。1930年：Georgia鐵路中心為了在兩條隧道中鋪設(shè)鐵路采用了連續(xù)焊接的方法。焊接軌道在兩年后線路貫通時投入使用。1930年：前蘇聯(lián)羅比諾夫發(fā)明埋弧焊。1931年：由焊接工藝制造全鋼結(jié)構(gòu)組成的帝國大廈建成。1933年：第一條使用電弧焊工藝焊接的接頭采用無襯墊結(jié)構(gòu)的長輸管線鋪成。1933年：當(dāng)時世界上最高的懸索橋舊金山的金門大橋建成通車，她是由87750噸鋼材焊接拼成的。1934年：巴頓焊接研究所成立。巴頓所創(chuàng)始人葉夫金·奧斯卡洛維奇·巴頓歐洲最大的全焊接第涅伯河上鐵橋—巴頓橋1934年：非加熱壓力容器規(guī)范由API—ASME合作出版發(fā)行。1935年：美國的LindeAirProducts公司完善了埋弧焊技術(shù)。上圖為埋弧焊在造船中的應(yīng)用1936年：瑞士Wasserman發(fā)明低溫釬焊。1939年：美國Reinecke發(fā)明等離子流噴槍。1940年：第一艘全焊接船Exchequer號在美國的Ingalls船塢建成下水。1941年：美國人Meredith發(fā)明了鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊（氦弧焊）。1941年：二次世界大戰(zhàn)時艦艇、飛機(jī)、坦克及各種重武器的制造采用了大量的焊接技術(shù)。1943年：美國Behl發(fā)明超聲波焊。1943年：飛機(jī)的制造者們首次使用原子氫焊、埋弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊焊接飛機(jī)鋼制螺旋槳的空心葉片。1944年：英國Carl發(fā)明爆炸焊。1947年：前蘇聯(lián)Bopoшeвич（沃羅舍維奇）發(fā)明電渣焊。1949年：第一臺使用弧焊和電阻焊工藝制造的全焊結(jié)構(gòu)的FORD牌汽車下線。1950年：美國人Muller，Gibson和Anderson三人獲得第一個熔化極氣體保護(hù)焊噴射過度的專利。1950年：德國F.Buhorn發(fā)現(xiàn)等離子電弧。大約1950年：在前蘇聯(lián)首次把電渣焊用于生產(chǎn)。1953年：美國Hunt發(fā)明冷壓焊。1953年：前蘇聯(lián)柳波夫斯基、日本關(guān)口等人發(fā)明CO2氣體保護(hù)電弧焊。1954年：自保護(hù)藥芯焊絲在美國Lincoln電氣公司投入生產(chǎn)。圖為焊接工人正在利用自保護(hù)藥芯焊絲焊接高層建筑1954年：第一艘采用焊接工藝制造的核潛艇TheNautilus號開始為美國海軍服役。1954年：貝納德發(fā)明了管狀焊條。1955年：美國托姆.克拉浮德發(fā)明高頻感應(yīng)焊。1956年：中國成立了哈爾濱焊接研究所1956年：前蘇聯(lián)楚迪克夫發(fā)明了摩擦焊技術(shù)。上圖為中國最早的摩擦焊設(shè)備1957年：法國施吉爾發(fā)明電子束焊。1957年：前蘇聯(lián)卡扎克夫發(fā)明擴(kuò)散焊。1957年：《焊接》創(chuàng)刊，這是中國第一本焊接專業(yè)雜志。大約1957年：美國、英國和前蘇聯(lián)都在熔化極氣體保護(hù)焊短路過度工藝中使用了CO2作為保護(hù)氣體。1960年：美國Maiman發(fā)現(xiàn)激光，現(xiàn)激光已被廣泛的應(yīng)用在焊接領(lǐng)域。上圖為利用激光的機(jī)器人對轎車車門進(jìn)行切割1960年：美國的Airco

推出熔化極脈沖氣體保護(hù)焊工藝。1962年：氣電立焊的專利權(quán)授予了比利時人Arcos。1962年：電子束焊接首先在超音速飛機(jī)和B-70轟炸機(jī)上正式使用。1964年：熱絲焊接方法和協(xié)調(diào)控制熔化極氣體保護(hù)焊接方法的專利權(quán)授予了美國人Manz。1965年：焊接而成的Appllo10號宇宙飛船登月成功。1967年：日本荒田發(fā)明連續(xù)激光焊。1967年：世界上第一條海底管線在墨西哥灣鋪設(shè)成功，它是由美國的Krank

Pilia公司使用熱螺紋工藝及焊接工藝制造而成的。1968年：在芝加哥的JohnHancock中心的22層以上焊接而成了世界上最高的銳角形鋼結(jié)構(gòu)，高度達(dá)到1107英尺。1969年：美國的Linde公司提出熱絲等離子弧噴涂工藝。1970年：晶閘管逆變焊機(jī)問世。1976年：日本荒田發(fā)明串聯(lián)電子束焊。1980年左右：半導(dǎo)體電路和計算機(jī)電路被廣泛的用來控制焊接與切割過程。1980年左右：使用蒸汽釬焊焊接印刷線路板。1983年：航天飛機(jī)上直徑為160英尺的瓣狀結(jié)構(gòu)的圓形頂部是使用埋弧焊和氣保護(hù)焊方法焊接而成的，使用射線探傷機(jī)進(jìn)行檢驗的。1984年：前蘇聯(lián)女宇航員SvetlanaSavitskaya在太空中進(jìn)行焊接試驗。1988年：焊接機(jī)器人開始在汽車生產(chǎn)線中大量應(yīng)用。1990年左右：逆變技術(shù)得到了長足的發(fā)展，其結(jié)果使得焊接設(shè)備的重量和尺寸大大的下降。1991年：英國焊接研究所發(fā)明了攪拌摩擦焊，成功的焊接了鋁合金平板。1993年：使用機(jī)器人控制CO2激光器成功的焊接了美國陸軍Abrams型主戰(zhàn)坦克。1996年：以烏克蘭巴頓焊接研所B.K.Lebegev院士為首的三十多人的研制小組，研究開發(fā)了人體組織的焊接技術(shù)。2001年：人體組織焊接成功應(yīng)用于臨床。2002年：三峽水輪機(jī)的焊接完成，是已建造和目前正在建造的世界上最大的水輪機(jī)。二、焊接與切割的發(fā)展概況及應(yīng)用（二）焊接與切割的應(yīng)用除了可以焊接普通的材料外，還有如超高強(qiáng)度鋼、活性金屬、難熔金屬以及各種非金屬的焊接。由于各類產(chǎn)品日益向高參數(shù)（高溫、高壓、高壽命）、大型化方向發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，焊接工作量越來越大，這對于焊接生產(chǎn)的質(zhì)量、效率等提出了更高的要求。三、學(xué)習(xí)焊接切割安全技術(shù)的必要性（一）什么是特種作業(yè)特種作業(yè)是指容易發(fā)生人員傷亡事故，對操作者本人、他人、周圍設(shè)施的安全有重大危害的作業(yè)。直接從事這些作業(yè)的人員，即特種作業(yè)人員的安全技術(shù)素質(zhì)行為對于安全狀況是至關(guān)重要的，許多重大、大事故就是因為這些作業(yè)人員的違章造成的。（二）金屬焊接（氣割）作業(yè)是特