《金属熔焊原理》绪论

绪 论焊接是制造金属制品的一项重要工艺，也是一门综合性的科学技术。由于它具有独特优异的技术经济指标，已被广泛应用于机械制造、石油化工、海洋船舶、航空航天、电力、电讯及家用电器等各个部门。现代焊接技术的发展始于19世纪80年代末。科学技术的发展为焊接技术的发展提供了理论基础和物质条件。随着新焊接能源的开发与应用，新的焊接方法不断涌现。推动了焊接技术的应用范围不断扩大。而一些高、精、大型产品制造的高要求，又有力的推动了焊接技术的发展。迄今为止，焊接已发展为一门独立的学科，已成为不可缺少的工艺方法，并将发挥越来越大的作用。能力知识点一焊接的定义与熔焊特点一、焊接的概念与分类焊接，一般用加热的方式使两件金属物体结合起来。GB/T3375-1994焊接术语中指出：焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件间达到原子间结合的一种加工方法。根据上述定义，焊接时必须加热或加压（或两者并用）。按照加热的程度以及是否加压，可将焊接划分为熔焊、压焊与钎焊三大类。如图0-1所示。焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法称为熔焊。常用的熔焊方法有电弧焊、气焊、电渣焊等。焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。常用的压焊方法有电阻焊（对焊、点焊、缝焊）、摩擦焊、旋转电弧焊、超声波焊等。焊接过程中，采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。常用的钎焊方法有火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊和真空钎焊等。本教材的内容就是介绍与熔焊相关的基础知识。图0-1熔焊是国防与民用工业装备制造中应用最多的一类焊接方法。对大型、高参数（高温、高压下运行）设备，如在大吨位船舶、舰艇、发电设备、核能装置、化工机械的制造中，几乎全部使用熔焊。二、熔焊的特点在机械制造中，连接的方法很多，除焊接外，还有螺栓连接，铆钉连接，胶接等。其中螺栓连接是可以拆卸的；而其它集中连接则只有将街头破坏才能拆开，属于不可拆卸连接。与其它连接方法相比，熔焊具有以下优点：（1）节约材料 焊接接头在连接部分没有重叠部分，也不需要附加的连接件（如铆钉），从而减少了材料的消耗，降低结构自重及生产成本。（2）工艺过程比较简单 焊件不需开孔加工，也不需制造连接附件，同时焊接本身生产率高，大大缩短了制造周期。（3）质量高 熔焊的结合部位（焊接接头）不仅可以获得与母材相同的力学性能，而且其它使用性能（耐热性、耐蚀能力等）也都能够与母材相匹配。特别是不需采用特殊措施即可获得优良的密封性，使其成为在压力容器与船舶制造中唯一的连接方法。（4）可充分发挥设备和材料的潜力 焊接可以将较大的产品分段制造，不仅能制造由不同材料连接而成的双金属结构，还可将不同方法制造的毛坯连成铸焊、铸锻焊复合结构。（5）劳动条件好 劳动强度低，噪声小。由于具备了上述优点，使熔焊获得了广泛应用，在工业发达国家，制造焊接结构所用的钢材约占钢材总量的一半。三、焊接技术的历史发展焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线蜿蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近。 战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。 古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。 19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；18851887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。 20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。 在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。 1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法。1953年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。 1957年美国的盖奇发明等离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。 其他的焊接技术还有1887年，美国的汤普森发明电阻焊，并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法，随着缝焊过程的进行，工件被两滚轮推送前进；二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年，美国的琼斯发明超声波焊；苏联的丘季科夫发明摩擦焊；1959年，美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50年代末苏联又制成真空扩散焊设备。四、本教材的主要内容根据中等职业学校的培养目标和课程教学大纲的要求，本教材安排了以下的内容（1）焊接冶金基础 主要有焊接热过程、焊缝金属的构成、焊接化学冶金过程的特点、焊接熔渣、有害元素对焊缝金属的作用及其控制、焊缝金属的合金化等内容。（2）焊接接头的组织与性能 主要包括熔池凝固、焊缝组织与性能、焊接熔合区的特征、焊接热影响区等。（3）焊接缺陷的产生与防止 主要包括气孔与夹杂产生的原因及防止措施、结晶裂纹产生的原因及防止措施、焊接冷裂纹、其他焊接裂纹等内容（4）焊接材料 主要包括焊条、焊丝、焊剂、其他焊接材料等内容。五、本教材的教学目标及学习方法本教材的教学任务是使学生具备金属熔化焊技术的基本知识和基本技能，为今后从事焊接技术或接近焊接技术的工作奠定良好的理论基础。（1）本教材的教学目标了解金属熔化焊过程的基本规律、焊接冶金特点；理解焊缝在其形成过程中成分、组织变化的规律；理解焊接热影响区金属组织和性能变化的规律；掌握焊接材料的特点、选用原则及焊条性能测定方法，能借助工具书正确选择和使用常用的焊接材料；了解熔化焊过程中常见缺陷产生的原因及控制方法，初步具备根据生产实际条件判断焊接缺陷的性质，并提出防止措施的能力；（2）对学习本课程的建议焊接是一门实践性很强的专业，金属熔化焊基础的理论知识是建立工艺能力的基础，工艺能力也只是解决焊接工程实际问题综合能力的一部分。因此，学习本课程时一方面应与其他课程和其他教学环节（如实习、课程设计等）配合，注意理论知识与实践知识的相联系，培养分析和解决实际问题的能力，另一方面还要进行综合活动性课程的学习，通过在实际生产条件的限制下制订实际焊接结构的完整生产工艺，获得解决焊接工程问题的科学的思路，建立并提高解决焊接工程实际问题的综合能力和系统经验。资料卡片 19世纪末之前，唯一的焊接工艺是铁匠沿用了数百年的金属锻焊。最早的现代焊接技术出现在19世纪末，先是弧焊和氧燃气焊，稍后出现了电阻焊。20世纪早期，