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焊接:也稱(chēng)作熔接、镕接,是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術(shù)。 焊接通過(guò)下列三種途徑達(dá)成接合的目的:

1、熔焊——加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池,熔池冷卻凝固后便接合,必要時(shí)可加入熔填物輔助,它是適合各種金屬和合金的焊接加工,不需壓力。

2、壓焊——焊接過(guò)程必須對(duì)焊件施加壓力,屬于各種金屬材料和部分金屬材料的加工。

3、釬焊——采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料做釬料,利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材,填充接頭間隙,并與母材互相擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)鏈接焊件。適合于各種材料的焊接加工,也適合于不同金屬或異類(lèi)材料的焊接加工。

現(xiàn)代焊接的能量來(lái)源有很多種,包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。

19世紀(jì)末之前,唯一的焊接工藝是鐵匠沿用了數(shù)百年的金屬鍛焊。最早的現(xiàn)代焊接技術(shù)出現(xiàn)在19世紀(jì)末,先是弧焊和氧燃?xì)夂?稍后出現(xiàn)了電阻焊。

20世紀(jì)早期,第一次世界大戰(zhàn)和第二次世界大戰(zhàn)中對(duì)軍用設(shè)備的需求量很大,與之相應(yīng)的廉價(jià)可靠的金屬連接工藝受到重視,進(jìn)而促進(jìn)了焊接技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后,先后出現(xiàn)了幾種現(xiàn)代焊接技術(shù),包括目前最流行的手工電弧焊、以及諸如熔化極氣體保護(hù)電弧焊、埋弧焊(潛弧焊)、藥芯焊絲電弧焊和電渣焊這樣的自動(dòng)或半自動(dòng)焊接技術(shù)。

20世紀(jì)下半葉,焊接技術(shù)的發(fā)展日新月異,激光焊接和電子束焊接被開(kāi)發(fā)出來(lái)。今天,焊接機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。研究人員仍在深入研究焊接的本質(zhì),繼續(xù)開(kāi)發(fā)新的焊接方法,并進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。

金屬連接的歷史可以追溯到數(shù)千年前,早期的焊接技術(shù)見(jiàn)于青銅時(shí)代和鐵器時(shí)代的歐洲和中東。數(shù)千年前的古巴比倫兩河文明已開(kāi)始使用軟釬焊技術(shù)。公元前340年,在制造重達(dá)5.4噸的古印度德里鐵柱時(shí),人們就采用了焊接技術(shù) 。

中世紀(jì)的鐵匠通過(guò)不斷鍛打紅熱狀態(tài)的金屬使其連接,該工藝被稱(chēng)為鍛焊。維納重·比林格塞奧于1540年出版的《火焰學(xué)》一書(shū)記述了鍛焊技術(shù)。歐洲文藝復(fù)興時(shí)期的工匠已經(jīng)很好地掌握了鍛焊,接下來(lái)的幾個(gè)世紀(jì)中,鍛焊技術(shù)不斷改進(jìn)。到19世紀(jì)時(shí),焊接技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn),其風(fēng)貌大為改觀。1800年,漢弗里·戴維爵士發(fā)現(xiàn)了電弧;稍后隨著俄國(guó)科學(xué)家尼庫(kù)萊·斯拉夫耶諾夫與美國(guó)科學(xué)家C·L·哥芬(C. L. Coffin)發(fā)明的金屬電極推動(dòng)了電弧焊工藝的成型。電弧焊與后來(lái)開(kāi)發(fā)的采用碳質(zhì)電極的碳弧焊,在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。1900年左右,A·P·斯特羅加諾夫在英國(guó)開(kāi)發(fā)出可以提供更穩(wěn)定電弧的金屬包敷層碳電極;1919年,C·J·霍爾斯拉格(C. J. Holslag)首次將交流電用于焊接,但這一技術(shù)直到十年后才得到廣泛應(yīng)用。

電阻焊在19世紀(jì)的最后十年間被開(kāi)發(fā)出來(lái),第一份關(guān)于電阻焊的專(zhuān)利是伊萊休·湯姆森于1885年申請(qǐng)的,他在接下來(lái)的15年中不斷地改進(jìn)這一技術(shù)。鋁熱焊接和可燃?xì)夂附影l(fā)明于1893年。埃德蒙·戴維于1836年發(fā)現(xiàn)了乙炔,到1900年左右,由于一種新型氣炬的出現(xiàn),可燃?xì)夂附娱_(kāi)始得到廣泛的應(yīng)用。由于廉價(jià)和良好的移動(dòng)性,可燃?xì)夂附釉谝婚_(kāi)始就成為最受歡迎的焊接技術(shù)之一。但是隨著20世紀(jì)之中,工程師們對(duì)電極表面金屬敷蓋技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)(即助焊劑的發(fā)展),新型電極可以提供更加穩(wěn)定的電弧,并能夠有效地隔離基底金屬與雜質(zhì),電弧焊因此能夠逐漸取代可燃?xì)夂附?成為使用最廣泛的工業(yè)焊接技術(shù)。

第一次世界大戰(zhàn)使得對(duì)焊接的需求激增,各國(guó)都在積極研究新型的焊接技術(shù)。英國(guó)主要采用弧焊,他們制造了第一艘全焊接船體的船舶弗拉戈號(hào)。大戰(zhàn)期間,弧焊亦首次應(yīng)用在飛機(jī)制造上,如許多德國(guó)飛機(jī)的機(jī)體就是通過(guò)這種方式制造的。 另外值得注意的是,世界上第一座全焊接公路橋于1929年在波蘭沃夫其附近的Słudwia Maurzyce河上建成,該大橋是由華沙工業(yè)學(xué)院的斯特藩·布萊林(Stefan Bryła)于1927年設(shè)計(jì)的。

1920年代,焊接技術(shù)獲得重大突破。1920年出現(xiàn)了自動(dòng)焊接,通過(guò)自動(dòng)送絲裝置來(lái)保證電弧的連貫性。保護(hù)氣體在這一時(shí)期得到了廣泛的重視。因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中,處于高溫狀態(tài)下的金屬會(huì)與大氣中的氧氣和氮?dú)獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此產(chǎn)生的空泡和化合物將影響接頭的強(qiáng)度。解決方法是,使用氫氣、氬氣、氦氣來(lái)隔絕熔池和大氣。接下來(lái)的10年中,焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展使得諸如鋁和鎂這樣的活性金屬也能焊接。1930年代至第二次世界大戰(zhàn)期間,自動(dòng)焊、交流電和活性劑的引入大大促進(jìn)了弧焊的發(fā)展。

20世紀(jì)中葉,科學(xué)家及工程師們發(fā)明了多種新型焊接技術(shù)。 1930年發(fā)明的螺柱焊接(植釘焊),很快就在造船業(yè)和建筑業(yè)中廣泛使用。同年發(fā)明的埋弧焊,直到今天還很流行。鎢極氣體保護(hù)電弧焊在經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展后,終于在1941年得以最終完善。隨后在1948年,熔化極氣體保護(hù)電弧焊使得有色金屬的快速焊接成為可能,但這一技術(shù)需要消耗大量昂貴的保護(hù)氣體。采用消耗性焊條作為電極的手工電弧焊是在1950年代發(fā)展起來(lái)的,并迅速成為最流行的金屬弧焊技術(shù)。 1957年,藥芯焊絲電弧焊首次出現(xiàn),它采用的自保護(hù)焊絲電極可用于自動(dòng)化焊接,大大提高了焊接速度。同一年,等離子弧焊發(fā)明。電渣焊發(fā)明于1958年,氣電焊則于1961年發(fā)明。

焊接技術(shù)在近年來(lái)的發(fā)展包括:1958年的電子束焊接能夠加熱面積很小的區(qū)域,使得深處和狹長(zhǎng)形工件的焊接成為可能。其后激光焊接于1960年發(fā)明,在其后的幾十年歲月中,它被證明是最有效的高速自動(dòng)焊接技術(shù)。不過(guò),電子束焊與激光焊兩種技術(shù)由于其所需配備價(jià)格高昂,其應(yīng)用范圍受到限制。

焊接過(guò)程中,工件和焊料熔化形成熔融區(qū)域,熔池冷卻凝固后便形成材料之間的連接。這一過(guò)程中,通常還需要施加壓力。焊接的能量來(lái)源有很多種,包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。19世紀(jì)末之前,唯一的焊接工藝是鐵匠沿用了數(shù)百年的金屬鍛焊。最早的現(xiàn)代焊接技術(shù)出現(xiàn)在19世紀(jì)末,先是弧焊和氧燃?xì)夂?稍后出現(xiàn)了電阻焊。20世紀(jì)早期,隨著第一次和第二次世界大戰(zhàn)開(kāi)戰(zhàn),對(duì)軍用器材廉價(jià)可靠的連接方法需求極大,故促進(jìn)了焊接技術(shù)的發(fā)展。今天,隨著焊接機(jī)器人在工業(yè)應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用,研究人員仍在深入研究焊接的本質(zhì),繼續(xù)開(kāi)發(fā)新的焊接方法,以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。

物理本質(zhì)

焊接是兩種或兩種以上同種或異種材料通過(guò)原子或分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散連接成一體的工藝過(guò)程.

促使原子和分子之間產(chǎn)生結(jié)合和擴(kuò)散的方法是加熱或加壓,或同時(shí)加熱又加壓.

焊接的分類(lèi)

金屬的焊接,按其工藝過(guò)程的特點(diǎn)分有熔焊,壓焊和釬焊三大類(lèi).

在熔焊的過(guò)程中,如果大氣與高溫的熔池直接接觸的話,大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池,還會(huì)在隨后冷卻過(guò)程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷,惡化焊縫的質(zhì)量和性能。

為了提高焊接質(zhì)量,人們研究出了各種保護(hù)方法。例如,氣體保護(hù)電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣,以保護(hù)焊接時(shí)的電弧和熔池率;又如鋼材焊接時(shí),在焊條藥皮中加入對(duì)氧親和力大的鈦鐵粉進(jìn)行脫氧,就可以保護(hù)焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進(jìn)入熔池,冷卻后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。

各種壓焊方法的共同特點(diǎn),是在焊接過(guò)程中施加壓力,而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法,如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒(méi)有熔化過(guò)程,因而沒(méi)有像熔焊那樣的,有益合金元素?zé)龘p和有害元素侵入焊縫的問(wèn)題,從而簡(jiǎn)化了焊接過(guò)程,也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短,因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料,往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。

焊接時(shí)形成的,連接兩個(gè)被連接體的接縫稱(chēng)為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時(shí),會(huì)受到焊接熱作用,而發(fā)生了組織和性能變化,這一區(qū)域被稱(chēng)作為熱影響區(qū)。焊接時(shí)因工件材料焊接材料、焊接電流等方面的不同。惡化焊接性這就需要調(diào)整焊接的條件,焊前對(duì)焊件接口處的預(yù)熱、焊時(shí)保溫和焊后熱處理,可以改善焊件的焊接質(zhì)量。

另外,焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過(guò)程,焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮,冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力,矯正焊接變形。

現(xiàn)代焊接技術(shù)已能焊出無(wú)內(nèi)外缺陷的、機(jī)械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱(chēng)為焊接接頭,接頭處的強(qiáng)度除受焊縫質(zhì)量影響外,還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關(guān)。接頭的基本形式有對(duì)接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。

對(duì)接接頭焊縫的橫截面形狀,決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時(shí),為了焊透而在接邊處開(kāi)出各種形狀的坡口,以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時(shí),除保證焊透外還應(yīng)考慮施焊方便,填充金屬量少,焊接變形小和坡口加工費(fèi)用低等因素。

厚度不同的兩塊鋼板對(duì)接時(shí),為避免截面急劇變化引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中,常把較厚的板邊逐漸削薄,達(dá)到兩接邊處等厚。對(duì)接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯(lián)接,常優(yōu)先采用對(duì)接接頭的焊接。

搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單,裝配方便,焊接變形和殘余應(yīng)力較小,因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。一般來(lái)說(shuō),搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作。

采用丁字接頭和角接頭通常是由于結(jié)構(gòu)上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時(shí)便成為正面角焊縫,這時(shí)焊縫表面形狀會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中;焊透的角焊縫受力情況與對(duì)接接頭相似。

角接頭承載能力低,一般不單獨(dú)使用,只有在焊透時(shí),或在內(nèi)外均有角焊縫時(shí)才有所改善,多用于封閉形結(jié)構(gòu)的拐角處。

焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕,對(duì)于交通運(yùn)輸工具來(lái)說(shuō)可以減輕自重,節(jié)約能量。焊接的密封性好,適于制造各類(lèi)容器。發(fā)展聯(lián)合加工工藝,使焊接與鍛造、鑄造相結(jié)合,可以制成大型、經(jīng)濟(jì)合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu),經(jīng)濟(jì)效益很高。采用焊接工藝能有效利用材料,焊接結(jié)構(gòu)可以在不同部位采用不同性能的材料,充分發(fā)揮各種材料的特長(zhǎng),達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)。焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)中一種不可缺少,而且日益重要的加工工藝方法。

在近代的金屬加工中,焊接比鑄造、鍛壓工藝發(fā)展較晚,但發(fā)展速度很快。焊接結(jié)構(gòu)的重量約占鋼材產(chǎn)量的45%,鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的比重也不斷增加。

未來(lái)的焊接工藝,一方面要研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料,以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性,如改進(jìn)現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源;運(yùn)用電子技術(shù)和控制技術(shù),改善電弧的工藝性能,研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。

另一方面要提高焊接機(jī)械化和自動(dòng)化水平,如焊機(jī)實(shí)現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制;研制從準(zhǔn)備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過(guò)程自動(dòng)化的專(zhuān)用焊機(jī);在自動(dòng)焊接生產(chǎn)線上,推廣、擴(kuò)大數(shù)控的焊接機(jī)械手和焊接機(jī)器人,可以提高焊接生產(chǎn)水平,改善焊接衛(wèi)生安全條件。

演變過(guò)程

焊接技術(shù)是隨著銅鐵等金屬的冶煉生產(chǎn)、各種熱源的應(yīng)用而出現(xiàn)的。古代的焊接方法主要是鑄焊、釬焊、鍛焊、鉚焊。公元前2500年前古巴比倫人和印度河文明對(duì)銅鐵金屬的熱加工和冷加工都已達(dá)到較高的水平,能用鍛焊、鑄焊等焊接法制造金屬器具,并刻有文字。這時(shí)代表性的文化是哈拉帕文化。

中國(guó)商朝制造的鐵刃銅鉞,就是鐵與銅的鑄焊件,其表面銅與鐵的熔合線婉蜒曲折,接合良好。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤(pán)龍,是分段釬焊連接而成的。經(jīng)分析,所用的與現(xiàn)代軟釬料成分相近。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期制造的刀劍,刀刃為鋼,刀背為熟鐵,一般是經(jīng)過(guò)加熱鍛焊而成的。據(jù)明朝宋應(yīng)星所著《天工開(kāi)物》一書(shū)記載:中國(guó)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。中世紀(jì),在敘利亞大馬士革也曾用鍛焊制造兵器。

近代發(fā)展

古代焊接技術(shù)長(zhǎng)期停留在鑄焊、鍛焊、釬焊和鉚焊的水平上,使用的熱源都是爐火,溫度低、能量不集中,無(wú)法用于大截面、長(zhǎng)焊縫工件的焊接,只能用以制作裝飾品、簡(jiǎn)單的工具、生活器具和武器。

19世紀(jì)初,英國(guó)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?1885~1887年,俄國(guó)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(shí)還出現(xiàn)了薄藥皮焊條電弧焊,電弧比較穩(wěn)定,焊接熔池受到熔渣保護(hù),焊接質(zhì)量得到提高,使手工電弧焊進(jìn)入實(shí)用階段,電弧焊從20年代起成為一種重要的焊接方法。也成為現(xiàn)代焊接工藝的發(fā)展開(kāi)端。在此期間,美國(guó)的諾布爾利用電弧電壓控制焊條送給速度,制成自動(dòng)電弧焊機(jī),從而成為焊接機(jī)械化、自動(dòng)化的開(kāi)端。1930年美國(guó)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。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(wèn)世。

1951年蘇聯(lián)的巴頓電焊研究所創(chuàng)造電渣焊,成為大厚度工件的高效焊接法。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,促進(jìn)了氣體保護(hù)電弧焊的應(yīng)用和發(fā)展,如出現(xiàn)了混合氣體保護(hù)焊、藥芯焊絲氣渣聯(lián)合保護(hù)焊和自保護(hù)電弧焊等。1957年美國(guó)的蓋奇發(fā)明等離子弧焊;40年代德國(guó)和法國(guó)發(fā)明的電子束焊,也在50年代得到實(shí)用和進(jìn)一步發(fā)展;60年代又出現(xiàn)激光焊等離子、電子束和激光焊接方法的出現(xiàn),標(biāo)志著高能量密度熔焊的新發(fā)展,大大改善了材料的焊接性,使許多難以用其他方法焊接的材料和結(jié)構(gòu)得以焊接。

其他的焊接技術(shù)還有1887年,美國(guó)的湯普森發(fā)明電阻焊,并用于薄板的點(diǎn)焊和縫焊;縫焊是壓焊中最早的半機(jī)械化焊接方法,隨著縫焊過(guò)程的進(jìn)行,工件被兩滾輪推送前進(jìn);二十世紀(jì)世紀(jì)20年代開(kāi)始使用閃光對(duì)焊方法焊接棒材和鏈條。至此電阻焊進(jìn)入實(shí)用階段。1956年,美國(guó)的瓊斯發(fā)明超聲波焊;蘇聯(lián)的丘季科夫發(fā)明摩擦焊;1959年,美國(guó)斯坦福研究所研究成功爆炸焊;50年代末蘇聯(lián)又制成真空擴(kuò)散焊設(shè)備。

發(fā)展趨勢(shì)

焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1、提高焊接生產(chǎn)率是推動(dòng)焊接技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力提高生產(chǎn)率的途徑有二:第一提高焊接熔敷率,例如三絲埋弧焊,其工藝參數(shù)分別為220A/33V、1400A40V、1100A45V。采用坡口斷面小,背后設(shè)置擋板或襯墊,50~60mm的鋼板可一次焊透成形,焊接速度可達(dá)到,0.4m/min以上,其熔敷率與焊條電弧焊相比在100倍以上,第二個(gè)途徑則是減少坡口斷面及金屬熔敷,最突出的成就就是窄間隙焊接。窄間隙焊接采用氣體保護(hù)焊為基礎(chǔ),利用單絲、雙絲、三絲進(jìn)行焊接,無(wú)論接頭厚度如何,均可采用對(duì)接形式,例如鋼板厚度為50~300mm,間隙均可設(shè)計(jì)為13mm左右,因此所需熔敷金屬量成數(shù)倍、數(shù)十倍的地降低,從而大大提高生產(chǎn)率。窄間焊接的主要技術(shù)關(guān)鍵是看如何保證兩側(cè)熔透和保證電弧中心自動(dòng)跟蹤并處于坡口中心線上,為此,世界各國(guó)開(kāi)發(fā)出多種不同的方案,因而出現(xiàn)了多種窄間隙焊接法。

電子束焊,等離子焊,激光焊時(shí),可采用對(duì)接接頭,且不用開(kāi)坡口,因此是更理想的間窄隙焊接法,這也是它廣泛受到重視的原因之一。

最新開(kāi)發(fā)成功的激光電弧復(fù)合焊接方法可以提高焊接速度,如5mm的鋼板或鋁板,焊接速度可達(dá)2~3m/min,獲得好的成形和質(zhì)量,焊接變形小。

2、提高準(zhǔn)備車(chē)間的機(jī)械化,自動(dòng)化水平是當(dāng)前世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重點(diǎn)發(fā)展方向。

為了提高焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量,僅僅從焊接工藝著手有一定的局限性,因而世界各國(guó)特別重視車(chē)間的技術(shù)改造。準(zhǔn)備車(chē)間的主要工序包括材料運(yùn)輸,材料表面去油,噴砂,涂保護(hù)漆;鋼板劃線,切割,開(kāi)坡口;部件組裝及點(diǎn)固。以上工序在現(xiàn)代化的工廠中均已采用機(jī)械化、自動(dòng)化。其優(yōu)點(diǎn)不僅是提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率,更重要的是提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3、焊接過(guò)程自動(dòng)化,智能化是提高焊接質(zhì)量穩(wěn)定性,解決惡劣勞動(dòng)條件的重要方向。

4、新興工業(yè)的發(fā)展不斷推動(dòng)焊接技術(shù)的前進(jìn)。

焊接技術(shù)自發(fā)明至今已有百多年歷史,它幾乎可以滿足當(dāng)前工業(yè)中一切重要產(chǎn)品生產(chǎn)制造的需要。但是新興工業(yè)的發(fā)展仍然迫使焊接技術(shù)不斷前進(jìn)。微電子工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)微型連接工藝的和設(shè)備的發(fā)展;又如陶瓷材料和復(fù)合材料的發(fā)展促進(jìn)了真空釬焊、真空擴(kuò)散焊。宇航技術(shù)的發(fā)展也將促進(jìn)空間焊接技術(shù)的發(fā)展。

5、熱源的研究與開(kāi)發(fā)是推動(dòng)焊接工藝發(fā)展的根本動(dòng)力。

焊接工藝幾乎運(yùn)用了世界上一切可以利用的熱源,其中包括火焰、電弧、電阻、超聲波、摩擦、等離子、電子束、激光束、微波等等(我司主要以弧焊、電阻焊自動(dòng)化焊接設(shè)備為主),歷史上每一種熱源的出現(xiàn),都伴有新的焊接工藝的出現(xiàn)。但是,至今焊接熱源的開(kāi)發(fā)與研究并未終止。

6、節(jié)能技術(shù)是普遍關(guān)注的問(wèn)題

眾所周知,焊接消耗能量甚大,以焊條電弧焊為例,每臺(tái)約10KVA,埋弧焊機(jī)每臺(tái)90KVA,電阻焊機(jī)可高達(dá)上千KVA,不少新技術(shù)的出現(xiàn)就是為了實(shí)現(xiàn)這一節(jié)能目標(biāo)。在電阻點(diǎn)焊中,利用電子技術(shù)的發(fā)展,將交流點(diǎn)焊機(jī)改成次級(jí)整流點(diǎn)焊機(jī),可以提高焊機(jī)的功率因素,減少焊機(jī)容量,1000KVA的點(diǎn)焊機(jī)可以降低至200KVA,而仍能達(dá)到同樣的焊接效果。逆變焊機(jī)的出現(xiàn)是另外一個(gè)成功的例子,它可以減少焊機(jī)的重量,提高焊機(jī)的功率因率的控制性能,已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。

焊接方法

焊接技術(shù)主要應(yīng)用在金屬母材上,常用的有電弧焊,氬弧焊,CO2保護(hù)焊,氧氣-乙炔焊,激光焊接,電渣壓力焊等多種,塑料等非金屬材料亦可進(jìn)行焊接。金屬焊接方法有40種以上,主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類(lèi)。

熔焊是在焊接過(guò)程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài),不加壓力完成焊接的方法。熔焊時(shí),熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化,形成熔池。熔池隨熱源向前移動(dòng),冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。

壓焊是在加壓條件下,使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合,又稱(chēng)固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對(duì)焊,當(dāng)電流通過(guò)兩工件的連接端時(shí),該處因電阻很大而溫度上升,當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時(shí),在軸向壓力作用下連接成為一體。

釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料,將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度,利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕工件,填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散,從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。

焊接時(shí)形成的連接兩個(gè)被連接體的接縫稱(chēng)為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時(shí)會(huì)受到焊接熱作用,而發(fā)生組織和性能變化,這一區(qū)域被稱(chēng)為熱影響區(qū)。焊接時(shí)因工件材料焊接材料、焊接電流等不同,焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過(guò)熱、脆化、淬硬或軟化現(xiàn)象,也使焊件性能下降,惡化焊接性。這就需要調(diào)整焊接條件,焊前對(duì)焊件接口處預(yù)熱、焊時(shí)保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。

工業(yè)藝術(shù)

焊接的出現(xiàn)迎合了金屬藝術(shù)發(fā)展對(duì)新工藝手段的需要。

藝術(shù)創(chuàng)造與工藝方法,永遠(yuǎn)是密不可分的。作為一種工業(yè)技術(shù),焊接的出現(xiàn),迎合了金屬藝術(shù)發(fā)展對(duì)新的工藝手段的需要。而在另一方面,金屬在焊接熱量作用下,所產(chǎn)生的獨(dú)特美妙的變化,也滿足了金屬藝術(shù)對(duì)新的藝術(shù)表現(xiàn)語(yǔ)言的需求。在今天的金屬藝術(shù)創(chuàng)作中,焊接正在被作為一種獨(dú)特的藝術(shù)表現(xiàn)語(yǔ)言而著力加以表現(xiàn)。金屬焊接藝術(shù),可以作為一種相對(duì)獨(dú)立的藝術(shù)形式,以分支的方式從傳統(tǒng)的金屬藝術(shù)中分離出來(lái),這是因?yàn)楹附泳哂兴囆g(shù)性。

焊接,可以產(chǎn)生豐富的藝術(shù)創(chuàng)作的表現(xiàn)語(yǔ)言。焊接通常是在高溫下進(jìn)行的,而金屬在高溫下,會(huì)產(chǎn)生許多美妙豐富的變化。金屬母材會(huì)發(fā)生顏色變化和熱變形(即焊接熱影響區(qū)) ;焊絲熔化后會(huì)形成一些漂亮的肌理;而焊接缺陷在焊接藝術(shù)中更是經(jīng)常被應(yīng)用。焊接缺陷是指焊接過(guò)程中,在焊接接頭產(chǎn)生的不符合設(shè)計(jì)或工藝要求的缺陷。其表現(xiàn)形式主要有焊接裂紋、氣孔、咬邊、未焊透、未熔合、夾渣、焊瘤、塌陷、凹坑、燒穿、夾雜等這是個(gè)十分有趣的現(xiàn)象 :在今天的金屬藝術(shù)創(chuàng)作中,焊接的藝術(shù)性通常體現(xiàn)在一些工業(yè)焊接的失敗操作之中,或者說(shuō)蘊(yùn)藏于一些工業(yè)焊接極力避免的焊接缺陷之中。其次,焊接藝術(shù)語(yǔ)言是獨(dú)特的。

一件焊接雕塑,粗的焊縫裸露在雕塑表面,各種不規(guī)則的切割痕跡也變成了藝術(shù)家優(yōu)美的藝術(shù)語(yǔ)言在很多情況下,由于焊接雕塑所追求的粗糙質(zhì)樸的風(fēng)格,金屬的銹蝕、瑕疵也大多根據(jù)作品的需要特意保留,因此,在焊接雕塑中常�？梢愿杏X(jué)到一種非雕琢的、原始的美。

雕塑下部的鋼板拼接處的焊縫很粗大,從焊接工藝的牢固性來(lái)看,這顯然不僅僅是出于對(duì)雕塑結(jié)實(shí)程度的考慮,在這件雕塑中,下部幾條扭曲的焊縫已經(jīng)作為雕塑整體審美的一個(gè)重要因素而成為其不可缺少的一部分。從雕塑整體來(lái)看,不論是上半部分的文字造型,還是下半部分的肌理處理,到處有扭曲的焊接痕跡的出現(xiàn),整個(gè)作品達(dá)到了整體視覺(jué)語(yǔ)言的統(tǒng)一。手工等離子切割的方法,利用切割時(shí)電流產(chǎn)生的熱量,使切割的邊緣產(chǎn)生熱影響區(qū),這樣的話就給亮白色的不銹鋼"染"上了一圈略帶漸變的色彩了。同時(shí),通過(guò)對(duì)焊接的規(guī)范的調(diào)節(jié),割槍噴出的強(qiáng)烈氣流,會(huì)在切割鋼板熔化的瞬間,在切割邊緣"吹"起一圈隨機(jī)形成的肌理。這種隨機(jī)效果的形成過(guò)程,帶有一定的偶然性,但又是在一定的焊接規(guī)范下,必然產(chǎn)生的現(xiàn)象。從尺寸的角度考慮,尺寸較大的焊接藝術(shù)壁飾,可采用半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊,較小的可采用手工鎢極氬弧焊。

如果把一幅壁飾作品,看成一幅畫(huà)的話,畫(huà)面中的點(diǎn)、線、面、黑、白、灰甚至顏色的處理,都可以通過(guò)焊接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。各種型號(hào)、各種材質(zhì)的金屬絲,應(yīng)用不同的焊接工藝,會(huì)在畫(huà)面上以不同的形式出現(xiàn)。不同金屬的顏色不同,不銹鋼的亮銀色、鋁材的亞銀色、碳鋼的烏亮色,鈦鋼、青銅、紫銅、黃銅而且就鋼材來(lái)說(shuō),不同的鋼材,在高溫受熱時(shí),會(huì)出現(xiàn)不同的顏色變化,即焊接熱影響區(qū)的不同。另外,切割也是焊接藝術(shù)壁飾創(chuàng)作的方法之一,既可以與焊接結(jié)合使用,也可以單獨(dú)使用,這完全取決于創(chuàng)作者的創(chuàng)作意圖,和對(duì)工藝與效果的掌握程度。以上所述的這些方法綜合起來(lái),變化的豐富可想而知。

采用加熱和加壓或其他方法使熱塑性塑料制品的兩個(gè)或多個(gè)表面熔合成為一個(gè)整體的方法。

火災(zāi)、爆炸事故的原因

1、焊接切割作業(yè)時(shí),尤其是氣體切割時(shí),由于使用壓縮空氣或氧氣流的噴射,使火星、熔珠和鐵渣四處飛濺(較大的熔珠和鐵渣能飛濺到距操作點(diǎn)5m以外的地方),當(dāng)作業(yè)環(huán)境中存在易燃、易爆物品或氣體時(shí),就可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故。

2、在高空焊接切割作業(yè)時(shí),對(duì)火星所及的范圍內(nèi)的易燃易爆物品未清理干凈,作業(yè)人員在工作過(guò)程中亂扔焊條頭,作業(yè)結(jié)束后未認(rèn)真檢查是否留有火種。

3、氣焊、氣割的工作過(guò)程中未按規(guī)定的要求放置乙炔發(fā)生器,工作前未按要求檢查焊(割)炬、橡膠管路和乙炔發(fā)生器的安全裝置。

4、氣瓶存在制定方面的不足,氣瓶的保管充灌、運(yùn)輸、使用等方面存在不足,違反安全操作規(guī)程等。

5、乙炔、氧氣等管道的制定、安裝有缺陷,使用中未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和整改其不足。

6、在焊補(bǔ)燃料容器和管道時(shí),未按要求采取相應(yīng)措施。在實(shí)施置換焊補(bǔ)時(shí),置換不徹底,在實(shí)施帶壓不置換焊補(bǔ)時(shí)壓力不夠致使外部明火導(dǎo)入等。

防范措施

1、焊接切割作業(yè)時(shí),將作業(yè)環(huán)境10M范圍內(nèi)所有易燃易爆物品清理干凈,應(yīng)注意檢查作業(yè)環(huán)境的地溝、下水道內(nèi)有無(wú)可燃液體和可燃?xì)怏w,以及是否有可能泄漏到地溝和下水道內(nèi)可燃易爆物質(zhì),以免由于焊渣、金屬火星引起災(zāi)害事故。

2、高空焊接切割時(shí),禁止亂扔焊條頭,對(duì)焊接切割作業(yè)下方應(yīng)進(jìn)行隔離,作業(yè)完畢應(yīng)做到認(rèn)真細(xì)致的檢查,確認(rèn)無(wú)火災(zāi)隱患后方可離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)。

3、應(yīng)使用符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求的氣瓶,在氣瓶的貯存、運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié)應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程。

4、對(duì)輸送可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w的管道應(yīng)按規(guī)定安裝、使用和管理,對(duì)操作人員和檢查人員應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的安全技術(shù)培訓(xùn)。

5、焊補(bǔ)燃料容器和管道時(shí),應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況確定焊補(bǔ)方法。實(shí)施置換法時(shí),置換應(yīng)徹底,工作中應(yīng)嚴(yán)格控制可燃物質(zhì)的含影實(shí)施帶壓不置換法時(shí),應(yīng)按要求保持一定的電壓。工作中應(yīng)嚴(yán)格控制其含氧量。要加強(qiáng)檢測(cè),注意監(jiān)護(hù),要有安全組織措施。

內(nèi)容摘要:作為一種工業(yè)技術(shù),焊接的出現(xiàn)迎合了金屬藝術(shù)發(fā)展對(duì)新工藝手段的需要。而在另一方面,金屬在焊接熱量作用下所產(chǎn)生的獨(dú)特美妙的變化也滿足了金屬藝術(shù)對(duì)新的藝術(shù)表現(xiàn)語(yǔ)言的需求。

關(guān)鍵詞:金屬藝術(shù) 焊接

藝術(shù)創(chuàng)造與工藝方法永遠(yuǎn)是密不可分的。作為一種工業(yè)技術(shù),焊接的出現(xiàn)迎合了金屬藝術(shù)發(fā)展對(duì)新的工藝手段的需要。

金屬焊接藝術(shù)可以作為一種相對(duì)獨(dú)立的藝術(shù)形式以分支的方式從傳統(tǒng)的金屬藝術(shù)中分離出來(lái),這是因?yàn)?

首先,焊接具有藝術(shù)性。

焊接可以產(chǎn)生豐富的藝術(shù)創(chuàng)作的表現(xiàn)語(yǔ)言。焊接通常是在高溫下進(jìn)行的,而金屬在高溫下會(huì)產(chǎn)生許多美妙豐富的變化 :金屬母材會(huì)發(fā)生顏色變化和熱變形(即焊接熱影響區(qū)) ;焊絲熔化后會(huì)形成一些漂亮的肌理 ;而焊接缺陷在焊接藝術(shù)中更是經(jīng)常被應(yīng)用。焊接缺陷是指焊接過(guò)程中,在焊接接頭產(chǎn)生的不符合設(shè)計(jì)或工藝要求的缺陷。其表現(xiàn)形式主要有焊接裂紋、氣孔、咬邊、未焊透、未熔合、夾渣、焊瘤、塌陷、凹坑、燒穿、夾雜等。

其次,焊接藝術(shù)語(yǔ)言是獨(dú)特的。

上述種種焊接缺陷的表現(xiàn)形式以及焊接熱影響區(qū),是通過(guò)一定規(guī)范下的焊接操作形成的,也只有通過(guò)焊接的方式才會(huì)產(chǎn)生這些藝術(shù)語(yǔ)言。焊接藝術(shù)作品的表面效果是其它金屬加工工藝無(wú)法或者很難實(shí)現(xiàn)的,因而說(shuō)焊接藝術(shù)具有獨(dú)特的藝術(shù)性。

選用不同的金屬材料,使用不同的焊接工藝,焊接的藝術(shù)性可以在不同的金屬藝術(shù)形式中發(fā)揮得淋漓盡致:

1、金屬焊接雕塑

在焊接雕塑作品中,焊縫和割痕不是作為一種技術(shù)加工的痕跡被動(dòng)地存在,而是以一種精彩的、不可或缺的表現(xiàn)語(yǔ)言著力地加以體現(xiàn)的。一件焊接雕塑,粗的焊縫裸露在雕塑表面,各種不規(guī)則的切割痕跡也變成了藝術(shù)家優(yōu)美的藝術(shù)語(yǔ)言……

2、金屬焊接壁飾

如果把一幅壁飾作品看成一幅畫(huà)的話,畫(huà)面中的點(diǎn)、線、面、黑、白、灰甚至顏色的處理都可以通過(guò)焊接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。各種型號(hào)、各種材質(zhì)的金屬絲,應(yīng)用不同的焊接工藝會(huì)在畫(huà)面上以不同的形式出現(xiàn)。

圖3所示作品采用的是手工等離子切割的方法,利用切割時(shí)電流的熱量,使切割邊緣產(chǎn)生熱影響區(qū),這樣就給亮白色的不銹鋼"染"上了一圈略帶漸變的色彩。同時(shí),通過(guò)對(duì)焊接規(guī)范的調(diào)節(jié),割槍噴出的強(qiáng)烈氣流會(huì)在切割鋼板熔化的瞬間在切割邊緣"吹"起一圈隨機(jī)形成的肌理,在切割完成金屬冷卻后,固化為一道美麗的割痕,與中間平坦光亮的不銹鋼板材形成了質(zhì)感的對(duì)比。這種隨機(jī)效果的形成過(guò)程帶有一定的偶然性,但又是在一定的焊接規(guī)范下必然產(chǎn)生的現(xiàn)象。

從尺寸的角度考慮,尺寸較大的焊接藝術(shù)壁飾可采用半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊,較小的可采用手工鎢極氬弧焊。

焊接系統(tǒng)的特點(diǎn)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1、機(jī)械裝置

點(diǎn)焊機(jī)系統(tǒng)由機(jī)械裝置、供電裝置、控制裝置三大部分組成。點(diǎn)焊機(jī)為了適應(yīng)焊接工藝要求,加壓機(jī)構(gòu)(焊鉗)采用了雙行程快速氣壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu),通過(guò)切換行程控制手柄改變焊鉗開(kāi)口度,可分為大開(kāi)和小開(kāi)來(lái)滿足焊接操作要求。通常狀態(tài)為焊鉗短行程張開(kāi),當(dāng)把控制按鈕切換到"通電"位置,扣動(dòng)手柄開(kāi)關(guān)則焊鉗夾緊加壓,同時(shí)電流在控制系統(tǒng)控制下完成一個(gè)焊接周期后恢復(fù)到短行程張開(kāi)狀態(tài)。

2、供電裝置

主電力電路由電阻焊變壓器、可控硅單元、主電力開(kāi)關(guān)、焊接回路等組成。我們采用的焊接設(shè)備是功率200kVA、次級(jí)輸出電壓20V的單相工頻交流電阻焊機(jī)。由于多種車(chē)型共線生產(chǎn),焊鉗要焊接高強(qiáng)度鋼板和低碳鋼薄板,焊鉗槍臂要傳遞較大的機(jī)械力和焊接電流,因此焊鉗的強(qiáng)度、剛度、發(fā)熱要滿足一定要求,并且要具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性,同時(shí)要求焊鉗采用通水冷卻,所以選擇焊鉗電極臂能夠承受400kg壓力的新型焊鉗。

3、控制裝置

控制裝置主要提供信號(hào)控制電阻焊機(jī)動(dòng)作接通和切斷焊接電流,控制焊接電流值,進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)和處理。

早期發(fā)展

金屬焊接和切割的發(fā)展歷史:

公元前3000多年,古埃及出現(xiàn)了鍛焊技術(shù)

公元前2000 多年中國(guó)的殷朝采用鑄焊制造兵器

公元前2000年前,中國(guó)已經(jīng)掌握了青銅的釬焊及鐵器的鍛焊工藝

近代發(fā)展

1801年:英國(guó)人H.Davy發(fā)現(xiàn)電弧焊

1836年:Edmund Davy 發(fā)現(xiàn)乙炔氣焊

1856年:英格蘭物理學(xué)家James Joule 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(guó)人 De Meritens 發(fā)明了最早期的碳弧焊機(jī)

1881年:美國(guó)的R. H. Thurston 博士用了六年的時(shí)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(shí)驗(yàn)

1882年:英格蘭人Robert A. Hadfield 發(fā)明并以他的名字命名的奧氏體錳鋼獲得了專(zhuān)利權(quán)

1885年:美國(guó)人Elihu ThomPSon 獲得電阻焊機(jī)的專(zhuān)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(guó)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(guó)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(guó)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 Konrad Roentgen 觀察到了一束電子流通過(guò)真空管時(shí)產(chǎn)生X 射線的現(xiàn)象。

1895年:法國(guó)人 Le Chatelier 獲得了發(fā)明氧乙炔火焰焊的證書(shū)

1898年:德國(guó)人Goldschmidt 發(fā)明鋁熱焊

1898年:德國(guó)人克萊菌.施密特發(fā)明銅電極弧焊

1900年:英國(guó)人Strohmyer 發(fā)明了薄皮涂料焊條

1900年:法國(guó)人 Fouch 和 Picard 制造出第一個(gè)氧乙炔割炬

1901年:德國(guó)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(gè)電焊條廠-ESAB公司的OK焊條廠

1904年:美國(guó)人Avery 發(fā)明了便攜式鋼瓶

1907年:在美國(guó)紐約拆除舊的中心火車(chē)站時(shí),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)明了等離子弧焊

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(zhǎng)管

1912年:第一根氧乙炔氣焊鋼管投入市場(chǎng)

1912年:位于美國(guó)費(fèi)城的Edward G. Budd 公司生產(chǎn)出第一個(gè)使用電阻點(diǎn)焊焊接的全鋼汽車(chē)車(chē)身

大約1912年: 美國(guó)福特汽車(chē)公司為了生產(chǎn)著名的T 型汽車(chē),在自己工廠的實(shí)驗(yàn)室里完成了現(xiàn)代焊接工藝。

1913年:在美國(guó)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(wú)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(guó)繳獲的船用發(fā)動(dòng)機(jī),并使用這些修理后的船只

把50 萬(wàn)美國(guó)士兵運(yùn)送到了法國(guó)

1917年:位于美國(guó)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(zhǎng)、直徑為

3英寸的管線

1919年:Comfort A.Adams 組建了美國(guó)焊接學(xué)會(huì)(AWS)

1924年美國(guó)焊接協(xié)會(huì)活動(dòng)時(shí)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 Fulagar號(hào)在英國(guó)下水

大約1920年:開(kāi)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(The Johnson Process)獲得了專(zhuān)利

大約1920年:第一艘使用焊接方法制造的油輪PoughkeEPSie Socony 號(hào)在美國(guó)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(zhǎng)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(gè)浮頂式儲(chǔ)罐(用來(lái)儲(chǔ)存汽油或其他化工品)建成;其優(yōu)點(diǎn)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(chǔ)罐,從而可以很方便的改變儲(chǔ)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(zhǎng)的全焊結(jié)構(gòu)的天然氣管線

1924年:在美國(guó)由H.H.Lester 首先使用X 光線照相術(shù),為Boston Edison 公司的發(fā)電廠檢驗(yàn)蒸汽壓力為

8.3Mpa 的待安裝的鑄件質(zhì)量

一、電弧的長(zhǎng)度

電弧的長(zhǎng)度與焊條涂料種類(lèi)和藥皮厚度有關(guān)系。但都應(yīng)盡可能采取短弧,特別是低氫焊條。電弧長(zhǎng)可能造成氣孔。短弧可避免大氣中的O2、N2等有害氣體侵入焊縫金屬,形成氧化物等不良雜質(zhì)而影響焊縫質(zhì)量。

二、焊接速度

適宜的焊接速度是以焊條直徑、涂料類(lèi)型、焊接電流、被焊接物的熱容量、結(jié)構(gòu)開(kāi)頭等條件有其相應(yīng)變化,不能作出標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。保持適宜的焊接速度,熔渣能很好的覆蓋著熔潭。使熔潭內(nèi)的各種雜質(zhì)和氣體有充分浮出時(shí)間,避免形成焊縫的夾渣和氣孔。在焊接時(shí)如運(yùn)棒速度太快,焊接部位冷卻時(shí),收縮應(yīng)力會(huì)增大,使焊縫產(chǎn)生裂縫。

焊絲選用的要點(diǎn)

焊絲的選擇要根據(jù)被焊鋼材種類(lèi)、焊接部件的質(zhì)量要求、焊接施工條件(板厚、坡口形狀、焊接位置、焊接條件、焊后熱處理及焊接操作等待)、成本等綜合考慮。

焊絲選用要考慮的順序如下:

①根據(jù)被焊結(jié)構(gòu)的鋼種選擇焊絲 對(duì)于碳鋼及低合金高強(qiáng)鋼,主要是按"等強(qiáng)匹配"的原則,選擇滿足力學(xué)性能要求的焊絲。對(duì)于耐熱鋼和耐候鋼,主要是側(cè)重考慮焊縫金屬與母材化學(xué)成分的一致相似,以滿足耐熱性和耐腐蝕性等方面的要求。

②根據(jù)被焊部件的質(zhì)量要求(特別是沖擊韌性)選擇焊絲 與焊接條件、坡口形狀、保護(hù)氣體混合比等工藝條件有關(guān),要在確保焊接接頭性能的前提下,選擇達(dá)到最大焊接效率及降低焊接成本的焊接材料。

③根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)焊接位置對(duì)應(yīng)于被焊工件的板厚選擇所使用的焊絲直徑,確定所使用的電流值,參考各生產(chǎn)廠的產(chǎn)品介紹資料及使用經(jīng)驗(yàn),選擇適合于焊接位置及使用電流的焊絲牌號(hào)。

焊接工藝性能包括電弧穩(wěn)定性、飛濺顆粒大小及數(shù)量、脫渣性、焊縫外觀與形狀等。對(duì)于碳鋼及低合金鋼的焊接(特別是半自動(dòng)焊),主要是根據(jù)焊接工藝性能來(lái)選擇焊接方法及焊接材料。

2、 實(shí)芯焊絲的選用

①埋弧焊焊絲

焊絲和焊劑是埋弧焊的消耗材料,從碳素鋼到高鎳合金多種金屬材料的焊接都可以選用焊絲和焊劑配合進(jìn)行埋弧焊接.。埋弧焊焊絲的選用既要考慮焊劑成分的影響,又要考慮母材的影響。為了得到不同的焊縫成分和力學(xué)性能,可以采用一種焊劑(主要是熔煉焊劑)與幾種焊絲配合,也可以采用一種焊絲與幾種焊劑(主要是燒結(jié)焊劑)配合。A、 低碳鋼和低合金鋼用焊絲

低碳鋼和低合金鋼埋弧焊常用焊絲有如下三類(lèi):

①低錳焊絲(如H08A)常配合高錳焊劑用于低碳鋼用強(qiáng)度較低的低合金鋼焊接。

②中錳焊絲(如H08MnA H10MnSi)主要用于低合金鋼焊接,也可配合低錳焊劑用于低碳鋼焊接。

③高錳焊絲(H10Mn2 H08Mn2Si)用于低合金鋼焊接。

B、低合金高強(qiáng)鋼用焊絲

低合金高強(qiáng)鋼用焊絲含Mn 1%以上,含Mo 0.3%-0.8%,如H08MnMoA、H08Mn2MoA,用于強(qiáng)度較高的低合金高強(qiáng)鋼焊接。此外,根據(jù)低合金高強(qiáng)鋼的成分用使用性能要求,還可在焊絲中加入Ni、Cr、V及RE等元素,提高焊縫性能。

強(qiáng)度級(jí)別590Mpa級(jí)的焊縫金屬多采用Mn- Mo系焊絲,如H08MnMoA、H08Mn2MoA、H10Mn2Mo等。

C、不銹鋼用焊絲

不銹鋼焊接時(shí),采用的焊絲成分要與被焊接的不銹鋼成分基本一致。焊接鉻不銹鋼時(shí)可采用H0Cr14 H1Cr13 H1Cr17等焊絲,焊接鉻鎳不銹鋼時(shí),可采用H0Cr19Ni9 H0Cr19Ni9Ti等焊絲;焊接超低碳不銹鋼時(shí),應(yīng)采用相應(yīng)的超低碳焊絲,如H00Cr19Ni9等。焊劑可采用熔煉型或燒結(jié)型,要求焊劑的氧化性要小,以減少合金元素的燒損。

D.焊條(電焊)

1焊條型號(hào)J422

J422是鈦鈣型藥皮的碳鋼焊條。交直流兩用,可進(jìn)行全位置焊接。具有優(yōu)良的焊接工藝性能及良好的力學(xué)性能;電弧穩(wěn)定,飛濺小,脫渣易,再引弧容易;焊縫成型美觀,焊波可寬、可窄、可薄、可厚,焊接輕松,效率高。

用途:用于焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等級(jí)低的低合金鋼結(jié)構(gòu),如Q235、09MnV、09Mn2等。

焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1、焊接質(zhì)量 GB6416-1986 影響鋼熔化焊接頭質(zhì)量的技術(shù)因素

2、焊接質(zhì)量 GB6417-1986 金屬熔化焊焊縫缺陷分類(lèi)及說(shuō)明

3、焊接質(zhì)量 TJ12.1-1981 建筑機(jī)械焊接質(zhì)量規(guī)定

4、焊接質(zhì)量 JB/ZQ3679 焊接部位的質(zhì)量

5、焊接質(zhì)量 JB/ZQ3680 焊縫外觀質(zhì)量

6、焊接質(zhì)量 CB999-1982 船體焊縫表面質(zhì)量檢驗(yàn)方法

7、焊接質(zhì)量 JB3223-1983 焊條質(zhì)量管理規(guī)程

8、2005年廢止的焊接標(biāo)準(zhǔn) GB/T 12469-1990 焊接質(zhì)量保證 鋼熔化焊接頭的要求和缺陷分級(jí)

焊接種類(lèi)

1、焊條電弧焊:

原理——用手工操作焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。利用焊條與焊件之間建立起來(lái)的穩(wěn)定燃燒的電弧,使焊條和焊件熔化,從而獲得牢固的焊接接頭。屬氣-渣聯(lián)合保護(hù)。

主要特點(diǎn)——操作靈活;待焊接頭裝配要求低;可焊金屬材料廣;焊接生產(chǎn)率低;焊縫質(zhì)量依賴(lài)性強(qiáng)(依賴(lài)于焊工的操作技能及現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮)。

應(yīng)用——廣泛用于造船、鍋爐及壓力容器、機(jī)械制造、建筑結(jié)構(gòu)、化工設(shè)備等制造維修行業(yè)中。適用于(上述行業(yè)中)各種金屬材料、各種厚度、各種結(jié)構(gòu)形狀的焊接。

2、埋弧焊(自動(dòng)焊):

原理——電弧在焊劑層下燃燒。利用焊絲和焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生的熱量,熔化焊絲、焊劑和母材(焊件)而形成焊縫。屬渣保護(hù)。

主要特點(diǎn)——焊接生產(chǎn)率高;焊縫質(zhì)量好;焊接成本低;勞動(dòng)條件好;難以在空間位置施焊;對(duì)焊件裝配質(zhì)量要求高;不適合焊接薄板(焊接電流小于100A時(shí),電弧穩(wěn)定性不好)和短焊縫。

應(yīng)用——廣泛用于造船、鍋爐、橋梁、起重機(jī)械及冶金機(jī)械制造業(yè)中。凡是焊縫可以保持在水平位置或傾斜角不大的焊件,均可用埋弧焊。板厚需大于5毫米(防燒穿)。焊接碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、復(fù)合鋼材等。

3、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊(自動(dòng)或半自動(dòng)焊):

原理:利用二氧化碳作為保護(hù)氣體的熔化極電弧焊方法。屬氣保護(hù)。

主要特點(diǎn)——焊接生產(chǎn)率高;焊接成本低;焊接變形小(電弧加熱集中);焊接質(zhì)量高;操作簡(jiǎn)單;飛濺率大;很難用交流電源焊接;抗風(fēng)能力差;不能焊接易氧化的有色金屬。

應(yīng)用——主要焊接低碳鋼及低合金鋼。適于各種厚度。廣泛用于汽車(chē)制造、機(jī)車(chē)和車(chē)輛制造、化工機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械等部門(mén)。

4、MIG/MAG焊(熔化極惰性氣體/活性氣體保護(hù)焊):

MIG焊原理——采用惰性氣體作為保護(hù)氣,使用焊絲作為熔化電極的一種電弧焊方法。

保護(hù)氣通常是氬氣或氦氣或它們的混合氣。MIG用惰性氣體,MAG在惰性氣體中加入少量活性氣體,如氧氣、二氧化碳?xì)獾取?/P>

主要特點(diǎn)——焊接質(zhì)量好;焊接生產(chǎn)率高;無(wú)脫氧去氫反應(yīng)(易形成焊接缺陷,對(duì)焊接材料表面清理要求特別嚴(yán)格);抗風(fēng)能力差;焊接設(shè)備復(fù)雜。

應(yīng)用——幾乎能焊所有的金屬材料,主要用于有色金屬及其合金,不銹鋼及某些合金鋼(太貴)的焊接。最薄厚度約為1毫米,大厚度基本不受限制。

5、TIG焊(鎢極惰性氣體保護(hù)焊)

原理——在惰性氣體保護(hù)下,利用鎢極與焊件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲(也可不加填充焊絲),形成焊縫的焊接方法。焊接過(guò)程中電極不熔化。

主要特點(diǎn)——適應(yīng)能力強(qiáng)(電弧穩(wěn)定,不會(huì)產(chǎn)生飛濺);焊接生產(chǎn)率低(鎢極承載電流能力較差(防鎢極熔化和蒸發(fā),防焊縫夾鎢));生產(chǎn)成本較高。

應(yīng)用——幾乎可焊所有金屬材料,常用于不銹鋼,高溫合金,鋁、鎂、鈦及其合金,難熔活潑金屬(鋯、鉭、鉬、鈮等)和異鐘金屬的焊接。焊接厚度一般在6毫米以下的焊件,或厚件的打底焊。利用小角度坡口(窄坡口技術(shù))可以實(shí)現(xiàn)90mm以上厚度的窄間隙TIG自動(dòng)焊。

6、等離子弧焊

原理——借助水冷噴嘴對(duì)電弧的拘束作用,獲得高能量密度的 等離子弧進(jìn)行焊接的方法。

主要特點(diǎn)(與氬弧焊比)——①能量集中、溫度高,對(duì)大多數(shù)金屬在一定厚度范圍內(nèi)都能獲得小孔效應(yīng),可以得到充分熔透、反面成形均勻的焊縫。②電弧挺度好,等離子弧基本是圓柱形,弧長(zhǎng)變化對(duì)焊件上的加熱面積和電流密度影響比較小。所以,等離子弧焊的弧長(zhǎng)變化對(duì)焊縫成形的影響不明顯。③焊接速度比氬弧焊快。⑷能夠焊接更細(xì)、更薄加工件。⑷設(shè)備復(fù)雜,費(fèi)用較高。

應(yīng)用

①穿透型(小孔型)等離子弧焊:利用等離子弧直徑小、溫度高、能量密度大、穿透力強(qiáng)的特點(diǎn),在適當(dāng)?shù)墓に噮��?shù)條件下(較大的焊接電流100A~500A),將焊件完全熔透,并在等離子流力作用下,形成一個(gè)穿透焊件的小孔,并從焊件的背面噴出部分等離子弧的等離子弧焊接方法。可單面焊雙面成形,最適于焊接3~8毫米不銹鋼,12毫米以下鈦合金,2~6毫米低碳鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼以及銅、黃銅、鎳及鎳合金的對(duì)接焊。(板太厚,受等離子弧能量密度的限制,形成小孔困難;板太薄,小孔不能被液態(tài)金屬完全封閉,固不能實(shí)現(xiàn)小孔焊接法。)

②熔透型(溶入型)等離子弧焊:采用較小的焊接電流(30A~100A)和較低的等離子氣體流量,采用混合型等離子弧焊接的方法。不形成小孔效應(yīng)。主要用于薄板(0.5~2.5毫米以下)的焊接、多層焊封底焊道以后各層的焊接及角焊縫的焊接。

③微束等離子弧:焊接電流在30A以下的等離子弧焊。噴嘴直徑很小(Φ0.5~Φ1.5毫米),得到針狀細(xì)小的等離子弧。主要用于焊接1毫米以下的超薄、超小、精密的焊件。

附注

1、以上是常用的幾種熔焊方法,各有優(yōu)點(diǎn)和不足,選擇焊接方法時(shí),要考慮的因素比較多,如:焊件材料的種類(lèi)、板厚、焊縫在空間的位置等。選焊接方法的原則是:在保證焊接接頭質(zhì)量的前提下,用總成本低的焊接方法。

焊接溫度控制

熔池溫度,直接影響焊接質(zhì)量,熔池溫度高、熔池較大、鐵水流動(dòng)性好,易于熔合,但過(guò)高時(shí),鐵水易下淌,單面焊雙面成形的背面易燒穿,形成焊瘤,成形也難控制,且接頭塑性下降,彎曲易開(kāi)裂。熔池溫度低時(shí),熔池較小,鐵水較暗,流動(dòng)性差,易產(chǎn)生未焊透,未熔合,夾渣等缺陷。

熔池溫度與焊接電流、焊條直徑、焊條角度、電弧燃燒時(shí)間等有著密切關(guān)系,針對(duì)有關(guān)因素采取以下措施來(lái)控制熔池溫度。

直徑

1、焊接電流與焊條直徑:根據(jù)焊縫空間位置、焊接層次來(lái)選用焊接電流和焊條直徑,開(kāi)焊時(shí),選用的焊接電流和焊條直徑較大,立、橫仰位較小。如12mm平板對(duì)接平焊的封底層選用φ3.2mm的焊條,焊接電流:80-85A,填充,蓋面層選用φ4.0mm的焊條,焊接電流:165-175A,合理選擇焊接電流與焊條直徑,易于控制熔池溫度,是焊縫成形的基礎(chǔ)。

方法

2、運(yùn)條方法,圓圈形運(yùn)條熔池溫度高于月牙形運(yùn)條溫度,月牙形運(yùn)條溫度又高于鋸齒形運(yùn)條的熔池溫度,在12mm平焊封底層,采用鋸齒形運(yùn)條,并且用擺動(dòng)的幅度和在坡口兩側(cè)的停頓,有效的控制了熔池溫度,使熔孔大小基本一致,坡口根部未形成焊瘤和燒穿的機(jī)率有所下降,未焊透有所改善,使乎板對(duì)接平焊的單面焊接雙面成形不再是難點(diǎn)。

角度

3、焊條角度,焊條與焊接方向的夾角在90度時(shí),電弧集中,熔池溫度高,夾角小,電弧分散,熔池溫度較低,如12mm平焊封底層,焊條角度:50-70度,使熔池溫度有所下降,避免了背面產(chǎn)生焊瘤或起高。又如,在12mm板立焊封底層換焊條后,接頭時(shí)采用90-95度的焊條角度,使熔池溫度迅速提高,熔孔能夠順利打開(kāi),背面成形較平整,有效地控制了接頭點(diǎn)內(nèi)凹的現(xiàn)象。

時(shí)間

4、電弧燃燒時(shí)間,φ57×3.5管子的水平固定和垂直固定焊的實(shí)習(xí)教學(xué)中,采用斷弧法施焊,封底層焊接時(shí),斷弧的頻率和電弧燃燒時(shí)間直接影響著熔池溫度,由于管壁較薄,電弧熱量的承受能力有限,如果放慢斷弧頻率來(lái)降低熔池溫度,易產(chǎn)生縮孔,所以,只能用電弧燃燒時(shí)間來(lái)控制熔池溫度,如果熔池溫度過(guò)高,熔孔較大時(shí),可減少電弧燃燒時(shí)間,使熔池溫度降低,這時(shí),熔孔變小,管子內(nèi)部成形高度適中,避免管子內(nèi)部焊縫超高或產(chǎn)生焊瘤。