第1章 焊接结构绪论

1、焊接焊接结构制造技术与装备结构制造技术与装备主讲：主讲：孙科孙科TL要内容、要求及考核主要内容、要求及考核本课程的主要内容可分为本课程的主要内容可分为二二个板块：个板块：p 焊接方法焊接方法p 焊接结构焊接结构制造技术制造技术 要求要求: 课前预习、课课前预习、课堂堂认真完成作业，掌握大纲要求认真完成作业，掌握大纲要求的教学内容的教学内容,完成考试完成考试。成绩评定方法：考试占40% ；平时占60%（作业30%，出勤30%）。 “焊接结构制造”课程的性质和任务“焊接结构制造”是焊接专业的一门重要工艺课，是实践性、应用性很强的一门应用技术课。它的主要任务是：研究各种金属

2、结构（即焊接结构）的备料（下料与加工）、装配、焊接方法和设备的基本原理、技术与设计，并以此为理论基础，依据焊接产品技术和生产条件，选择、制定合理的焊接结构制造工艺；设计所需工艺装备（加工模具、装配夹具、焊接变位机械等）。第1章绪论本章内容提要：本章内容提要：1 1. .焊接结构与其他结焊接结构与其他结构比较所具有的优点构比较所具有的优点2 2. .焊接结构的分类焊接结构的分类3 3. .焊接结构生产的特焊接结构生产的特点点1、焊接方法的发展、焊接方法的发展 目前工业生产中广泛应用的焊接方法是目前工业生产中广泛应用的焊接方法是19世纪末20世纪初现代科学技术发展的产物。现代科学技术发展的产物。

3、冶金工业、电力工业和电子工业的进步，则为冶金工业、电力工业和电子工业的进步，则为焊接技术的长远发展提供了有利的焊接技术的长远发展提供了有利的物质和技术条件。 1885年年发现了气体放电的电弧并发明了电弧焊；发现了气体放电的电弧并发明了电弧焊；1886年年发明了电阻焊，此后逐渐完善为电阻点焊、缝焊和对发明了电阻焊，此后逐渐完善为电阻点焊、缝焊和对焊方法，它几乎与电弧焊同时推向工业应用，逐步取代铆接，焊方法，它几乎与电弧焊同时推向工业应用，逐步取代铆接，成为工业中广泛应用的两种主要焊接方法；成为工业中广泛应用的两种主要焊接方法；1930年年发明了涂药焊条电弧焊方法，并在此基础上发明了埋发明了涂药焊

4、条电弧焊方法，并在此基础上发明了埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊以及二氧化碳气体保护焊弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊以及二氧化碳气体保护焊等自动或半自动的焊接方法。等自动或半自动的焊接方法。到目前为止，又相继发明了电子束焊、激光焊等到目前为止，又相继发明了电子束焊、激光焊等20余种基本余种基本方法和上百种派生方法，并且仍处于不断发展之中。方法和上百种派生方法，并且仍处于不断发展之中。焊接方法的发明年代及发明国家焊接方法的发明年代及发明国家2、焊接及其本质、焊接及其本质 焊接：焊接：通过加热或加压加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到结合的一种方法。 被结合的两个物体可以是各种

5、同类或不同类的金属、非金属(石墨、陶瓷、塑料等)，也可以是一种金属与一种非金属。目前工业中应用最普遍的是金金属之间的结合属之间的结合。 焊接过程的本质：焊接过程的本质：通过适当的物理化学过程克服通过适当的物理化学过程克服两个困难两个困难，使两个分使两个分离焊件表面的原子接近到晶格距离而形成结合力。离焊件表面的原子接近到晶格距离而形成结合力。 两个困难两个困难：一般情况下材料表面是不平整的；金属表面难免存在着一般情况下材料表面是不平整的；金属表面难免存在着氧化膜和其他污物。氧化膜和其他污物。 这些物理化学过程，归结起来不外乎是用各种能量这些物理化学过程，归结起来不外乎是用各种能量加热加热和用各种

6、方法加压加压两类。两类。 焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。电、视力损害、吸

7、入有毒气体、紫外线照射过度等。焊接结构的定义： 焊接结构是以金属材料轧制的板材和型材作基本元件，采用焊接加工方法，按照一定的结构形式组成的，并能承受载荷的（金属）结构。 现代工业中的联接方式：n螺栓、键、销钉（可拆卸）n铆接、焊接、粘接（不可拆卸）三、焊接的优缺点三、焊接的优缺点1、优点、优点 (1) 构造合理，应力集中系数小，接头连接效率高，对接接头可达100，而铆接很难达到70。(2) 简化结构，减轻自重 由于焊接的强度较高，在同样承载条件下，可更轻、更薄，对交通运输工具来说还可因此而节约能量。(3) 密封性好 焊接结构对水、油、气的密封性都很好，是理想的密封结构，适合于制造各类容器。(4

8、) 板厚限制小 铆接在板厚大于50mm时将会十分困难，而焊接结构高压容器的单层壁厚可达300mm以上。(5) 设计简单、灵活设计简单、灵活 铆接结构的连接部分设计相当复杂，而焊铆接结构的连接部分设计相当复杂，而焊接结构可将结构元件比较简单地对接、角接、接结构可将结构元件比较简单地对接、角接、T形连接或搭接形连接或搭接成任意结构，较灵活，不像铸、锻工艺对工件形状有很多限成任意结构，较灵活，不像铸、锻工艺对工件形状有很多限制。制。(6) 制造周期短，成本低，经济效益好制造周期短，成本低，经济效益好 焊接结构的制造工艺比焊接结构的制造工艺比铆接结构简单得多，可省去钻孔和划埋头孔等工作。采用现铆接结构

9、简单得多，可省去钻孔和划埋头孔等工作。采用现代分部件制造工艺，很容易实现专业化和批量生产。代分部件制造工艺，很容易实现专业化和批量生产。(7) 可焊接不同金属材料可焊接不同金属材料 采用焊接工艺能把不同金属连接起来，采用焊接工艺能把不同金属连接起来，有效利用材料。焊接结构还可在不同部位采用不同性能的材有效利用材料。焊接结构还可在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。 简单成形方式：简单成形方式：n锻压、铸造、切削锻压、铸造、切削n许多结构都是由铸焊、许多结构都是由铸焊、锻焊组合而成锻焊组合而成焊接成形优点：焊接成形优点：

10、n不需要大型、贵重的设备，建设焊接结构生厂时设备投资少、见效快，易适应不同批量焊接产品生产，更换产品型号和品种较方便。n“以小拼大”是焊接的优势之一。焊接可以将大型、复杂的结构先分解为许多小零件或部件后分别加工，然后焊接成整体结构，从而扩大了工作面，简化了结构的加工艺，缩短加工周期n节约能源，利于环保。每吨焊接结构比铸件大约节能35%，有害物排放量也较少。1.1 焊接结构的特点及应用 焊接结构的优点： 可节省钢材用量、降低生产成本、提高经济效益； 有利于改革结构形式、应用范围广泛； 尺寸大、结构复杂、整体刚性好。1.1 焊接结构的特点及应用焊接结构的缺点：钢的强度和硬度高，机加性能不如铸铁；焊

11、件连接刚性大，会产生残余应力和变形；焊缝的低温敏感性较大； 焊件的减振性差，其减振性只有铸铁的1/3，所以焊件又不能完全代替铸件和锻件。1.1.1 焊接结构的分类与应用按结构形式方面的特点可分为： 板结构以各种板材为基本原材料制成的结构包括各类容器、管道、高炉炉体、船体外壳、各类吊车梁、铁路桥梁、机床床身、箱体等。特点如下： 结构紧凑，占用空间小，易于实现封闭； 加工量大，焊接工艺复杂，质量要求高； 焊缝较长，宜采用自动化焊接方法施焊。1.1.1 焊接结构的分类与应用 格架结构用各种具有一定断面形式的型材制作的结构包括厂房屋架、高压输电铁塔、电视发射塔、大跨度铁路桥梁、各种网架结构等。特点如下

12、： 结构断面较分散，整体力学性能强，承载能力高； 结构重量轻，节省材料，制造工艺简单，加工量小； 占用空间大，局部刚性和稳定性差，防腐困难； 焊缝短小，不易实现机械化和自动化生产。1.1.1 焊接结构的分类与应用焊接结构的分类与应用焊接结构综合分类如下： 容器和管道结构包括各类压力容器、锅炉、贮罐、槽车、输送各种液体或气体的管道。特点： 一般在一定温度或压力条件下工作； 承装介质多为易燃、易爆或强腐蚀性或有毒介质； 设计和制造均须遵守专门的技术规范，并设有专门的质量监督和检查机构。 1.1.1 焊接结构的分类与应用 房屋建筑结构包括单层和多层工业厂房、大型建筑物的金属框架、大型民用建筑、公用设

13、施(机场、车站、体育场馆、剧院、博物馆、图书馆)及高层建筑中的金属结构。特点如下： 强度高、整体稳定性好； 承载能力高，坚固耐久； 具有较强的防震、防腐和防火能力。1.1.1 焊接结构的分类与应用 桥梁结构包括主要是铁路桥梁。特点有： 工作环境差，承受动载频率高； 对使用材料要求高(强度、塑性、韧性、屈强比、时效敏感性、焊接性等均须满足铁路桥梁的工作特点)。1.1.1 焊接结构的分类与应用 船舶与海洋结构包括海中航行的船舶、海上采油平台、海底管道及各类海上建筑物。特点：工作环境极为恶劣(受海水的浸蚀,受风浪和潮涌复杂交变力的作用及海底地震的影响), 对原材料和焊接工艺都有特殊要求。各国在这方面

14、都有专门的规范和要求。1.1.1 焊接结构的分类与应用 塔桅结构包括高压输电铁塔、电讯、电视的发射塔和接收塔。特点： 这类结构的一部分为全焊结构，大部分为螺焊联合结构； 制造过程简单，承载能力强，要求整体稳定性好； 要求安装尺寸准确可靠。1.1.1 焊接结构的分类与应用 机器结构机器结构随着焊接技术的不断发展和完善，在机械制造领域中，焊接结构的应用越来越广泛。以焊代铸，以焊代锻及用锻焊联合结构，已经显示出极大的优越性。在大型机床和其他机械设备的床身、机座、横梁、箱体、以及大型齿轮和中空轴等机件，都逐渐改用焊接结构，形成了焊接结构的另一广阔领域。1.1.2 焊接结构生产的特点1.焊接结构的生产过

15、程是以焊接为主要工艺内容的加工生产过程以焊接为核心 焊接是制作焊接结构必不可少的最基本的加工手段和工序，其它生产步骤和工序都是围绕焊接这一主工序进行的，故焊接结构生产又称为焊接生产。正确地选择焊接方法，制定合理的焊接工艺，妥善安排生产工序，进行科学施工，有效地控制焊接质量是进行焊接生产的核心内容。作为焊接结构生产人员，尤其是工程技术人员，熟悉和了解焊接技术的内容和特点，掌握焊接工艺过程和要求，是搞好焊接结构生产的必要条件和前提。1.1.2 焊接结构生产的特点2.焊接结构生产的基本材料和加工对象是各种金属材料正确地选用金属材料，选择恰当的加工方法，既要保证制成符合要求的产品，还必须采用相应的技术

16、措施，尽可能地保持和不降低材料的原有性能，以保证所制造焊接结构的质量和性能。1.1.2 焊接结构生产的特点3.焊接结构制造是对成材的再加工和应用以成材为基础较之其他产品的加工具有工序简单、节省工时、成本低等优点，所以，其生产速度快，经济效益高，能得到广泛地应用。 1.1.2 焊接结构生产的特点4.焊接结构生产的机械化和自动化程度低以单件生产为主焊接结构具有体积大，重量重，耗材多，生产周期长，单件造价高，使用周期长等特点以笨、重、粗而著称。这就决定了焊接结构生产厂的类型多为单件或小批量生产，因此，难以实现整个生产过程的机械化和自动化的流水作业。 1.1.2 焊接结构生产的特点5.以专用胎夹具为主

17、要生产设备（需用大型加工设备）焊接结构生产要求设备要具有足够的加工能力和尺寸范围，如钢材矫正机、剪板机、刨边机、卷板机、压力机、都要求有宽阔的加工空间和面积，相应地起运设备) 和合理的车间布置。1.1.2 焊接结构生产的特点6.以多种工艺为辅助的综合性加工生产过程焊接结构的生产过程是一个具有多种工艺内容的综合性生产加工过程。1.1.2 焊接结构生产的特点说明：焊接结构的生产虽以焊接为主，但没有焊前将多种规格的型材和板材加工转变为结构所要求的尺寸和形状；没有焊后各种加工工序的补充和完善是不可能得到合乎质量要求的产品。由于组成结构的零件所用材质，工件的尺寸、形状等各不相同，故所需要的加工方法、加工设备和加工工艺也各不相同。 随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求： (1)从焊接产品的使用方面，提出了动载、强韧、高压、高温、低温和耐蚀等要求； (2)从焊接产品结构形式上，提出了焊接厚壁零件到精密零件的要求； (3)从焊接材料的选择上，提出了焊接各种黑色金属和有色金属的要求。 （1）在造船和海洋开发中：）在造船和海洋开发中：要求解决大面积拼板以及大型立体框架结构的自动焊及各种低合金高强度钢的焊接；（2）在石