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1、过程设备焊接,主讲：李淑华 电话：13845955400 地点：东北石油大学 2013-02-20,绪论,焊接是一种重要的金属加工工艺。随着科学技术的发展，它已发展成为一门独立的科学，并广泛应用于航空、航天、原子能、化工、造船、海洋工程，电子技术、机械制造等工业部门。在工业现代化的过程中，它占有重要的地位。,一、焊接技术的发展现状,焊接技术是十九世纪末叶二十世纪初发展起来的。由于它具有一系列技术和经济上的优越性，所以发展很快，现在已经有几十种焊接方法。二十世纪六十年代后，随着工业的发展，焊接新能源的开发和焊接新工艺的应用达到了一个新的水平。除生产效率较高的埋弧自动焊以外，厚板结构的电渣焊、高效
2、率的气电焊、真空电子束焊、激光焊、以及等离子弧焊接和切割等已经日益广泛地应用到各个工业部门。此外，近年来正在研究离子束焊接和光束焊接，其中包括太阳能焊接。,在焊接机械化和自动化方面也有很大的发展，尤其是在各种自动化生产线和各种焊接机械人等。从应用方面看，采用焊接技术制造了各种大型桁架结构，巨型油轮，大型LNG运输船，15万立方米的大型储罐，高温高压（3000大气压）设备，大型航母，核电设备，航空航天等，焊接技术得到了广泛应用。,二、焊接过程的物理本质,焊接 ：被焊工件的材质（同种或异种），通过加压或加热或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为
3、焊接。 焊接与其它连接方式不同： 宏观上：永久性的不可拆卸的接头。 微观上：原子之间结合力（金属键），即组织之间的内在联系。,金属是靠金属键结合在一起的。大多数金属原子间距离RA=0.30.5nm结合力最大。,从理论上讲，将被联接的固体金属表面接近到0.30.5nm（35 ）， 就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键， 达到焊接的目的。,一般情况下，金属表面总是不平整的： 表面平面度：精密磨削加工，几或几十微米 1m = 103mm = 106m = 109nm = 1010 1m = 103nm = 104 35 难免有氧化膜、油污和水分等吸附层，阻碍焊接两分离表面
4、接近。,放大,d要求达到：0.30.5nm,10m,因此： 采取必要的措施。,d,氧化物,二、焊接过程的物理本质 克服接触表面的氧化膜，克服接触表 面的凹凸不平，形成原子或分子之间的结 合和扩散造，成永久性的连接。,焊接工艺上采取两种措施： 1. 加压 破坏接触表面的氧化膜，是结合处增加有效的接触面积。 2. 加热 达到塑性或熔化状态，氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力增加原子振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 3. 加热和加压,每种金属实现焊接所必须的最低温度和压力之间都存在着一定的关系，对于纯铁来讲：,金属加热的温度越低，实现焊接所需的压力就越大。 区：温度 TTM (熔
5、化温度) 时 ，实现焊接的压力为零，这就是熔化焊的情况； 区：不能够实现焊接。 由此可对焊接进行分类：,加热,压力焊,钎料,加压,熔化焊,钎焊,表l 焊接焊基本方法分类 1.熔化焊 气焊、电弧焊、铝热焊、电渣焊、电子束焊 2.压焊 锻焊、冷压焊、超声波焊、电阻焊（点焊、缝焊、凸焊、对焊），爆炸焊、摩擦焊 3.钎焊 火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊、电子束钎焊,熔化焊：,电弧焊,气焊,铝热焊,电渣焊,电子束焊,激光焊,电阻点焊,电阻缝焊,根据热源来分类,电弧焊：,熔化极电弧焊,CO2焊,埋弧焊,熔化极气体保护焊(GMAW),钨极氩弧焊 （GTAW）,等离子弧焊,非熔化极电弧焊,螺柱焊,手工
6、电弧焊,电弧焊,电源,电极,工件,三、焊接技术的发展历程 1801年-电弧放电现象 迪威发现了电弧放电现象，这是近代焊接技术的起点。(绝缘击穿、暗放电、辉光放电、电弧放电),1885年-碳极电弧 俄国人发明的碳极电弧，可以称作是电弧作为工业热源的一个伟大的创始。,1891年-金属极电弧 俄国人提出以金属电极取代碳电极的金属极焊接法，最初是在空气中产生金属极(铁)电弧进行焊接，焊接区质量用现在的知识判断是不合格的。,1907年瑞典人发明了焊条，并于1912年开发出保护性能良好的厚涂层焊条，确立了焊条电弧焊技术的基础。 1920年英国全焊接船已下水使用。 1935年开发了埋弧焊。埋弧焊方法是向颗粒
7、状焊剂中连续送进钢制焊丝，电弧放电所需电流从导电嘴供给，这种电流供给方式成为现在自动焊的原形。,1930年以后以美国为中心把钨电极与氦气相组合，进行了气体保护钨电极电弧焊接法的研究。适用对象是镁及不锈钢薄板(1940年)。 对于铝合金，由于表面氧化膜的存在，焊接困难。,1945年-阴极雾化 知道了电弧放电的阴极具有去除氧化膜的作用，随后出现了以铝合金为对象的交流TIG焊接法、在氩气保护气氛中采用铝焊丝的直流金属极MIG焊。,1885年-碳极电弧 1891年-金属极电弧焊 1907年-薄药皮焊条 1912年-厚药皮焊条 1935年-埋弧焊 1940年-TIG焊 1945年-MIG焊 1953年-
8、CO2电弧焊 1957年-等离子弧焊,同时也相继出现了其它形式的焊接方法: 1886年电阻焊 1901年氧乙炔焊 1951年电渣焊 1956年超声波焊 1956年电子束焊 1957年摩擦焊 1963年爆炸焊 1965年脉冲激光焊 1970年连续激光焊 电弧焊和电阻焊几乎是同时点发展起来的，焊接技术开始大规模的工业应用是二十世纪二十年代、三十年代。,电弧焊 60%,焊条电弧焊,气体保护非熔 化极电弧焊,气体保护熔化 极电弧焊,埋弧焊(称为SAW焊接),自保护电弧焊(比如药芯焊丝焊接),螺柱焊,钨极氩弧焊(称为GTAW或TIG焊),等离子弧焊接(称为PAW焊),熔化极氩弧焊(称为MIG焊),CO2
9、电弧焊(称为CO2焊),混合气体保护熔化极电弧焊(MAG焊),熔化极等离子弧焊接,焊条电弧焊 SMAW Shielded Metal Arc Welding,图1 焊条电弧焊原理,钨极氩弧焊 （ TIG焊） GTAW- Gas Tungsten Arc Welding TIG焊-Tungsten Inert Gas 非熔化极焊接多使用钨电极作为电弧的一极，并且更多的情况是使用氩气进行保护，因此被称作钨极氩弧焊。,等离子弧焊接 PAW (Plasma Arc Welding-PAW) 等离子弧焊接法是以TIG焊方法为基础，其特征是利用喷嘴对气体保护的钨极电弧进行拘束，形成更高密度的能量源。,气体
10、保护金属极电弧焊（GMA） GMA- Gas Metal Arc MIG焊-Metal lnert Gas （惰性气体保护金属极电弧焊） （熔化极氩弧焊） C02焊-在使用二氧化碳气体作为保护气时，称作C02气体保护电弧焊。（ C02 焊） MAG-Metal Active Gas（混合气体保护金属极电弧焊）,所以GMA焊接是MIG焊、C02焊、MAG焊的统称，在我国通常称作气体保护熔化极电弧焊。,埋弧焊方法 (SAW) (Submerged Are Welding),自保护电弧焊方法 (Self Shielded Arc Welding) 自保护电弧焊接法与焊条电弧焊、埋弧焊一样，是采用焊剂
11、进行保护的电弧焊接法。采用焊剂焊丝一体的药芯焊丝(flux-cored wire)，在焊丝与母材间引燃电弧进行焊接。,螺柱焊方法(Arc Stud Welding) 螺柱焊是把螺栓或棒材熔化接合到母材上的方法，一般采用下述的2种方式进行： 把螺柱与母材接触，随后拉起引燃电弧。当螺柱及母材达到适当的熔化状态时，把螺柱压到母材中，焊接就结束了。套环起到隔离空气、保护电弧及焊接区的作用。 是采用导电药室的方法，通电后赤热的药室起到引燃电弧的作用。,焊接技术的应用,目前全世界年产量45%的钢和大量的有色金属都是通过焊接加工形成产品的。 60%以上是电弧焊。 今天，几乎所有部门（机械制造、石油化工、交通
12、能源、冶金、电子、航海航天航空等）都离不开焊接技术。 焊接技术的发展水平是衡量一个国家科学技术先进程度的重要标志之一。,焊接技术的应用行业=汽车,焊接技术的应用行业=航天,Delta II,焊接技术的应用行业=航空,焊接技术的应用行业=铁路、工程机械,焊接技术的应用行业=造船,焊接技术的应用行业=电站、化工、管道,非熔化极 熔化极,GTAW,Plasma arc welding,SMAW,GMAW,Stud welding,SAW,焊接应用录像,MIG钎焊 资料来源：ABB上海公司,焊接应用录像,搅拌摩擦焊接 资料来源：TWI,四、焊接课程内容 1、焊接电源 讲解各种电焊机 2、焊接冶金学 讲
13、解焊接原理：焊接热过程；焊接化学冶金过程；焊条焊剂；焊接热影响区；焊接裂纹等 3、金属焊接性 各种金属材料的焊接（碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铸铁、铝、铜、钛）、殷瓦钢焊接 4、电弧焊 焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护电弧焊、等离子焊接与切割、自保护焊等焊接方法及工艺 5、压力焊 电阻焊（点焊、缝焊、凸焊）、闪光对焊、摩擦焊。 6、焊接结构力学 焊接应力与变形 7、焊接检验 无损检测：表面探伤（荧光、磁粉、着色）、超声波、射线、声发射。 8、焊接区断口金相分析 9、钎焊 真空钎焊、盐浴钎焊、炉中钎焊。 10、特种焊接 激光焊接、水下焊接、超声波焊接、新能源、混合能源焊接,五、参考书,1、过程设备焊接 作者 冯兴奎 化学工业出版社. 2003年 2、 电弧焊基础 哈工大 杨春利 哈尔滨工业大学出版社2005年 3、 焊接方法及设备 作者 雷世明 机械工业出版社.2007年 4、 电弧焊 北航 胡特生 机械工业出版社.2005年 5、焊接工艺理论与技术 作者 韩国明 机械工业出版社.2008年 6、 焊接冶金学（基本原理）天大 张文钺 机械工业出版社. 2008 7、焊接冶金学（金属焊接性）吉大 周振丰 机械工业出版社.2008 8、 焊接手册第一分册；第二分册；第三分册 机械工业出版社,六、补充内容录像,1、中国一重 2、西气东输 3、焊接博览会 4、球罐制造,
