山大焊接物理冶金PPT课件

1、课程的主要内容课程的主要内容1 1、 焊接的基本概念焊接的基本概念 1 1 3 3学时学时2 2、 焊接化学冶金焊接化学冶金 3 3 3 3学时（学时（Ch7Ch7、8 8、9 9）3 3、 焊接热影响区组织与性能焊接热影响区组织与性能 2 23学时（Ch10Ch10）4 4、焊接缺陷及控制、焊接缺陷及控制 3 3 3 3学时（学时（Ch11Ch11）第1页/共39页课程的授课计划课程的授课计划时间时间周次周次 课次课次内容内容参考书参考书12/1112/1110101 1焊接的基本概念焊接的基本概念教材、焊接冶金学教材、焊接冶金学( (机械工业出版社机械工业出版社) )15/1115/111

2、1111 1 气相对液态金属的作用（气相对液态金属的作用（Ch7Ch7） 19/1119/1111111 1 液态金属与熔渣的相互作用液态金属与熔渣的相互作用 （Ch8Ch8）22/1122/1112121 1 液态金属的净化液态金属的净化 （Ch9Ch9）26/1126/1112122 2 焊接热影响区组织与性能（焊接热影响区组织与性能（Ch10Ch10）19/1119/1113133/123/1213133 3 焊接缺陷及控制（焊接缺陷及控制（Ch11Ch11）6/126/12141410/1210/121414第2页/共39页材料成型基础Part IPart I焊接基本概念焊接基本概念

3、第3页/共39页焊接的基本概念焊接的基本概念1 1、 焊接的定义及特点焊接的定义及特点2 2、 焊接技术的发展焊接技术的发展3 3、 焊接的分类焊接的分类4 4、 焊接应用焊接应用5 5、 焊接专业及其研究领域焊接专业及其研究领域第4页/共39页连接技术的历史与发展连接技术的历史与发展 l 连接技术是伴随着材料的应用而产生的。在人类还只能使用天然材料时，就产生了捆绑、镶嵌、缝纫等连接技术。l 当人类可以制造材料后，现代意义上的连接技术就开始萌生了。l 除机械方法以外，钎焊或许是最古老的连接金属的技术。l 焊接技术属于连接技术的范畴1 1 焊接的定义及特点Part I Part I 焊接的基本概

4、念焊接的基本概念第5页/共39页材料连接的方法材料连接的方法及其基本特征及其基本特征 u连接技术已经出现了多种方法：连接技术已经出现了多种方法： 捆绑、镶嵌、焊接、铆接、粘接u连接过程中涉及到的能量类型：连接过程中涉及到的能量类型： 光、电、声、化学、机械u结合性质：结合性质： 机械结合、化学结合和材质结合u焊接方法处于绝对主导地位焊接方法处于绝对主导地位 过程最复杂、发展最迅速 应用最广泛 1 1 焊接的定义及特点Part I Part I 焊接的基本概念焊接的基本概念第6页/共39页金属焊接的条件：金属焊接的条件： 只有两块金属的距离d达到（35）10-10m时，金属原子之间便形成了金属键

5、，实现焊接。1 1 焊接的定义及特点焊接的定义及特点焊接的定义：焊接的定义： 被焊工件(同材质或者不同材质)通过加热或加压(或两者并用), 采用或不用填充金属, 使被焊工件达到原子间结合而形成永久性连接的工艺过程。Part I Part I 焊接的基本概念焊接的基本概念第7页/共39页1 1 焊接的定义及特点焊接的定义及特点实现的方法：实现的方法：a.加热 熔焊b.加压 压焊使使d达到达到(35)10-8cm的条件：的条件： a. 两块金属件要接触； b. 要有足够高的能量。Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第8页/共39页1 1 焊接的定义及特点焊接的定义及特点焊接的特点

6、焊接的特点优点优点：1）连接性能好，密封性好，承压能力高 ；2）省料，重量轻，成本低；3）加工装配工序简单，生产周期短 ；4）易于实现机械化和自动化。 焊接的特点焊接的特点缺点：缺点：1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便 ；2）焊接接头的组织和性能发生变化，往往是变坏；3）要产生焊接残余应力和焊接变形； 4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第9页/共39页l焊接与机械连接（如铆接）和粘接的差异：焊接与机械连接（如铆接）和粘接的差异： 被焊接的材料不仅在宏观上建立了永久性的联系，而且在微观上建立了组织之间的内在联系。l焊接技术

7、的主体内容：焊接技术的主体内容： 涵盖熔化焊接、钎焊和固相焊接几部分。1 1 焊接的定义及特点Part I Part I 焊接的基本概念焊接的基本概念第10页/共39页2 2 焊接的分类焊接的分类熔化焊熔化焊熔化焊熔化焊液相焊液相焊钎焊钎焊液固相焊液固相焊压力焊压力焊固相焊固相焊Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念固相焊固相焊第11页/共39页2 2 焊接的分类焊接的分类熔化焊熔化焊熔化焊：是指焊接过程中，对于紧密贴在一起的被焊工件，将焊接接头加热至熔化状态，在温度场、重力等的作用下，在不加压力条件下，两个工件熔融的液态金属混合，待温度降低后将两被焊工件牢固地凝结在一起，完成

8、焊接的方法。 Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第12页/共39页2 2 焊接的分类焊接的分类熔化焊熔化焊电弧焊电弧焊埋弧焊埋弧焊Submerged arc welding, Submerged arc welding, 熔化极熔化极螺柱焊螺柱焊Stud weldingStud welding焊条电弧焊焊条电弧焊Shielded metal arc weldingShielded metal arc welding惰性气体保护电弧焊惰性气体保护电弧焊Argon arc welding (or MIG)Argon arc welding (or MIG)COCO2 2电弧焊电

9、弧焊COCO2 2 arc welding( or MAG) arc welding( or MAG)非熔化极非熔化极钨极氩弧焊钨极氩弧焊Argon tungsten arc weldingArgon tungsten arc welding等离子弧焊等离子弧焊Plasma arc weldingPlasma arc welding原子氢焊原子氢焊Atomic hydrogen weldingAtomic hydrogen welding气焊气焊氧氢焊氧氢焊Oxy-hydrogen weldingOxy-hydrogen welding空气乙炔焊空气乙炔焊Air-acetylene weldi

10、ngAir-acetylene welding氧乙炔焊氧乙炔焊Oxy-acetylene weldingOxy-acetylene welding电子束焊电子束焊Electron beam weldingElectron beam welding激光焊激光焊Laser beam weldingLaser beam welding电渣焊电渣焊Electroslag weldingElectroslag welding铝热焊铝热焊Thermit weldingThermit welding复合热源焊复合热源焊Hybrid weldingHybrid welding熔化焊熔化焊GMAW or MIG

11、/MAGGMAW or MIG/MAGGTAW or TIGGTAW or TIG高能束焊接高能束焊接Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第13页/共39页2 2 焊接的分类焊接的分类钎焊钎焊钎焊：利用熔点比母材低的填充金属（称为钎料），经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。 Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第14页/共39页2 2 焊接的分类焊接的分类钎焊钎焊钎焊钎焊火焰钎焊火焰钎焊Torch brazing( soldering)Torch brazing( soldering)盐浴钎焊盐浴钎焊Salt

12、bath dip brazingSaltbath dip brazing激光钎焊激光钎焊Laser brazingLaser brazing炉中钎焊炉中钎焊Furnace brazingFurnace brazing感应钎焊感应钎焊Induction brazingInduction brazing电子束钎焊电子束钎焊Electron beam brazingElectron beam brazing电弧钎焊电弧钎焊Arc brazingArc brazingPart IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第15页/共39页2 2 焊接的分类焊接的分类压力焊压力焊压力焊：典型的固相焊接方

13、法，利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触，并使待焊接部位的温度升高，通过调节温度、压力和时间，使待焊表面充分进行扩散而实现原子间结合，形成焊接接头的方法。Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第16页/共39页焊接有两种形式，一是将被焊金属接触部分加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，以使金属原子间相互结合形成牢固的焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊、气压焊等就是这种类型的压力焊方法。二是不进行加热，仅在被焊金属接触面上施加足够大的压力，借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相互接近而获得牢固的压挤接头，这种压力焊的方法有冷压焊、爆炸焊等2 2 焊接的分类焊接

14、的分类压力焊压力焊压力焊压力焊冷压焊冷压焊Cold pressure welding, Cold pressure welding, 爆炸焊爆炸焊Explosive weldingExplosive welding超声波焊超声波焊Ultrasonic weldingUltrasonic welding电阻对焊电阻对焊Upset butt weldingUpset butt welding电阻点、缝焊电阻点、缝焊Resistance spot, seam weldingResistance spot, seam welding锻接锻接Forge-welding, Blacksmith weldi

15、ngForge-welding, Blacksmith welding摩擦焊摩擦焊Friction weldingFriction welding扩散焊扩散焊Diffusion weldingDiffusion welding搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊Friction stir weldingFriction stir welding高频电阻焊高频电阻焊High frequency resistance weldingHigh frequency resistance weldingPart IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第17页/共39页2 2 焊接的分类焊接的分类工艺工艺热源热源压

16、力压力母材母材填充材料填充材料熔化焊熔化焊外加外加无无熔化熔化有或无有或无钎焊钎焊外加外加有（压力低使工有（压力低使工件紧密接触）件紧密接触）不熔化不熔化有有压力焊压力焊外加或内外加或内部部有有不熔化不熔化无无 熔化焊、钎焊、压力焊特点的比较熔化焊、钎焊、压力焊特点的比较Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第18页/共39页2 焊接的分类Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念 熔化焊、钎焊、压力焊特点的比较熔化焊、钎焊、压力焊特点的比较第19页/共39页考古发现：考古发现：u55005500年前用锡钎焊银摆设（古埃及）年前用锡钎焊银摆设（古埃及）u500050

17、00年前用锡钎焊铜钵的银把手（古埃及）年前用锡钎焊铜钵的银把手（古埃及）u50005000年前用银钎料钎焊的管子（古埃及）年前用银钎料钎焊的管子（古埃及）u40004000年前用金钎料钎焊的护符盒（古埃及）年前用金钎料钎焊的护符盒（古埃及）u公元前公元前5 5世纪用锡铅钎料镶嵌皇冠上的珠宝首饰等（中国）世纪用锡铅钎料镶嵌皇冠上的珠宝首饰等（中国）u公元公元7979年被火山爆发埋没的庞贝城中有用锡铅钎料钎焊的家用铅制水管（古罗马）年被火山爆发埋没的庞贝城中有用锡铅钎料钎焊的家用铅制水管（古罗马）Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第20页/共39页钵的锡

18、钎焊（ 5000年以前美索布达米亚时代，大英博物馆收藏）Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第21页/共39页文献记载：文献记载：u汉汉 班固班固 撰撰汉书汉书：胡桐泪盲似眼泪也，胡桐泪盲似眼泪也，可以汗金银也，可以汗金银也，今工匠皆用之。（汗即焊）今工匠皆用之。（汗即焊）u宋宋 宋应星宋应星 撰撰天工开物天工开物：中华：中华小钎用白小钎用白铜末，大钎则竭力挥锤而强合之铜末，大钎则竭力挥锤而强合之，历岁弥久，历岁弥久，终不可坚。（小钎即钎焊，大钎为锻焊）终不可坚。（小钎即钎焊，大钎为锻焊）u明明 方以智方以智 撰撰物理小识物理小识：焊药以硼砂合焊药以硼

19、砂合铜为之，若以胡桐汁合银，坚如石。今玉石刀铜为之，若以胡桐汁合银，坚如石。今玉石刀柄之类焊药，加银一分其中，则永不脱。试以柄之类焊药，加银一分其中，则永不脱。试以圆盆口点焊药于其一隅，其药自走，周而环之，圆盆口点焊药于其一隅，其药自走，周而环之，亦一奇也。亦一奇也。 Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第22页/共39页u从古代历史上来看，遥远的古代主要是以钎从古代历史上来看，遥远的古代主要是以钎焊为代表的固相焊的发展，而到了近现代则焊为代表的固相焊的发展，而到了近现代则是熔化焊技术的大发展。是熔化焊技术的大发展。u在在1919世纪初，电弧的发现为材

20、料连接技术世纪初，电弧的发现为材料连接技术带来了革命性的发展和进步带来了革命性的发展和进步, ,电弧作为一种可电弧作为一种可以使钢铁等高熔点材料熔化的能量高度集中以使钢铁等高熔点材料熔化的能量高度集中的热源，使得金属材料的熔化焊接成为可能。的热源，使得金属材料的熔化焊接成为可能。Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第23页/共39页u在十九世纪末，熔化电极的和非熔化电极的、在十九世纪末，熔化电极的和非熔化电极的、直接作用电弧的和间接作用电弧的、手工的、直接作用电弧的和间接作用电弧的、手工的、半自动的和自动的、无保护的电弧和保护气半自动的和自动的、无保护

21、的电弧和保护气氛中的电弧焊都已被提出和获得实施。氛中的电弧焊都已被提出和获得实施。u同一时期，气焊以及接触电焊（电阻焊）的同一时期，气焊以及接触电焊（电阻焊）的基本形式基本形式-点焊和滚焊也获得了研究和发展。点焊和滚焊也获得了研究和发展。u随着冶金、化工、电工、电子等技术的不断随着冶金、化工、电工、电子等技术的不断发展和进步，以电弧焊为代表的熔化焊接技发展和进步，以电弧焊为代表的熔化焊接技术成为材料连接领域中处于主导地位的连接术成为材料连接领域中处于主导地位的连接方法。方法。Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第24页/共39页 从近现代历史上看从近现

22、代历史上看, , 焊接的发展主要是焊接的发展主要是焊接热源的发展所推动的。焊接热源的发展所推动的。l1801 1801 迪威发现电弧放电现象迪威发现电弧放电现象l1855 1855 俄罗斯人俄罗斯人 碳弧焊碳弧焊( (应用：铁管及容器的应用：铁管及容器的制造、蒸汽机修理；问题：碳使金属接头变得制造、蒸汽机修理；问题：碳使金属接头变得脆硬脆硬) )l1886 1886 美国人美国人 电阻焊电阻焊l1891 1891 俄罗斯人俄罗斯人 金属极焊接法金属极焊接法( (空气中铁电极空气中铁电极) )l1895 1895 德国人德国人 热剂焊热剂焊l1901 1901 法国人法国人 氧乙炔焊氧乙炔焊l1

23、907 1907 瑞典人瑞典人 焊条电弧焊焊条电弧焊Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第25页/共39页l1909 1909 瑞士人瑞士人 金属喷焊金属喷焊l1912 1912 瑞典人瑞典人 开发出保护良好的厚涂层焊条开发出保护良好的厚涂层焊条l1920 1920 英国人英国人 全焊接船下水全焊接船下水l1928 1928 美国人美国人 高频感应焊高频感应焊l1930s1930s： 钨极氩弧焊、埋弧焊、厚皮焊条电弧焊、氢原钨极氩弧焊、埋弧焊、厚皮焊条电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊子焊、氦气保护焊l1940s1940s： 交流交流GTAWGTAW焊、直流

24、金属极焊接焊、直流金属极焊接GMAWGMAWPart IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第26页/共39页l1950s1950s： COCO2 2气体保护焊、电渣焊、高频电阻焊、摩擦气体保护焊、电渣焊、高频电阻焊、摩擦焊、超声波焊焊、超声波焊l1960s1960s： 电子束焊、等离子弧焊接与切割、爆炸焊电子束焊、等离子弧焊接与切割、爆炸焊l1970s1970s： 激光焊接与切割激光焊接与切割l1980s1980s： 离子束、太阳能、微波焊接离子束、太阳能、微波焊接l1990s1990s： 搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊FSWFSW、复合热源焊接、复合热源焊接Part I

25、Part I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第27页/共39页现代焊接生产对于焊接热源的要求主要是：现代焊接生产对于焊接热源的要求主要是： (1) (1) 能量密度高，并能产生足够高的温度。能量密度高，并能产生足够高的温度。高能量密度和高温可使焊接加热区域高能量密度和高温可使焊接加热区域尽可能小，热量集中，并实现高速高效焊接生产。尽可能小，热量集中，并实现高速高效焊接生产。 (2) (2) 热源性能稳定，易于调节和控制。热源性能稳定，易于调节和控制。热源性能稳定是保证焊接质量的基本条件。热源性能稳定是保证焊接质量的基本条件。 (3) (3) 高的热效率，降低能源消耗。高的

26、热效率，降低能源消耗。尽可能提高焊接热效率，节约能源消耗有着重尽可能提高焊接热效率，节约能源消耗有着重要技术经济意义。要技术经济意义。Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念3 焊接技术的历史与发展第28页/共39页焊接工艺焊接工艺及设备及设备4 焊接技术的应用零件修复零件修复材料切割材料切割材料连接材料连接再制造工程再制造工程表面改性表面改性 焊接技术的应用领域：焊接技术的应用领域：Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第29页/共39页4 4 焊接的应用焊接的应用 焊接在机械制造中是一种十分重要的加工工艺。据工业发达国家统计，每年用于制造焊接结构的钢材占钢总产

27、量的7070左右。 焊接不仅能解决各种钢材的连接，而且还能解决有色金属和钛、锆等特种金属材料的连接。焊接既能连接异种金属，又能连接厚薄相差悬殊的金属。因而已广泛地应用于机械、汽车、船舶、石油化工、电力、建筑、核能、海洋工程、航空航天、电子等工业领域。 随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术进步很快, , 到现在焊接方法已发展到数十种之多。 Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第30页/共39页4 4 焊接的应用焊接的应用目前许多新的焊接工艺正逐步用于焊接生产，极大地提高了焊接生产率和焊接质量。与工业发达国家相比，我国的焊接机械化和自动化水平还较低，按熔化焊来计算

28、，目前日本为67%67%，德国为80%80%，美国为56%56%，原苏联为40%40%，而我国还不到20%20%，其主要原因是我国焊接生产主要还靠手工电弧焊，自动化水平高的气体保护焊和埋弧自动焊应用少。从焊接生产工艺装备水平来看，我国近年来，生产了成套的焊接工艺装备和焊接生产线，也有的厂家从国外引进了自动化水平较高的焊接辅助装置，焊接质量和生产效率有了很大提高。Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第31页/共39页4 4 焊接的应用焊接的应用计算机控制系统在焊接生产工艺的应用，在国外已经比较普遍，除用于焊接工艺参数的控制之外，还可用于整条生产线、焊机的群控。它还可以根据材料厚

29、度自动选择并预置焊接工艺参数，对焊接过程实现自适应控制、最佳控制以及智能控制等。从焊接装备上讲，具有智能的焊接机器人，特别是具有自动路径规划，自动校正轨迹，自动控制熔深的机器人以及特殊用途的焊接专用装备是近期重点发展方向。从焊接工艺上讲，优质、高效、低成本以及绿色、节能的焊接工艺，如复合热源焊接，是未来发展的重要方向。Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第32页/共39页1952年，哈尔滨工业大学从50年入学的研究生中挑选了6名研究生进入第一届焊接师资研究班学习，成为第一届焊接师资研究班学员。1953年9月哈尔滨工业大学又举办了第二届焊接师资研究班;1958年9月至1959年

30、2月哈工大又聘请了捷克布拉格工业大学教授F 法尔杜斯通讯院士来哈尔滨开办焊接结构讲学班，全国各校30多位教师来哈尔滨进修。50年代，国外专家培养的研究生和本科生都陆续到高等院校和科研院所，进行焊接教学和科研工作。大多数人都在我国的焊接教育和研究岗位上辛勤耕耘了四、五十年成为我国焊接界著名的学者和教授，为我国焊接事业的发展做出了重大贡献。5 焊接专业的基本介绍 焊接专业的发展：焊接专业的发展：Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第33页/共39页1952年: 哈工大于成立焊接教研室，同年从1950年入学的本科生中抽调两个班入焊接专业学习，开始焊接专业本科生的培养工作, 第一批焊接专业本科生于1956年毕业。 天津大学创建焊接教研室，培养焊接专业大专生, 1955年培养焊接专业本科生。1955年: 清华大学成立焊接教研室，招收焊接专业本科生。 上海交通大学、西安交通大学成立焊接教研室，同年招收焊接专业本科生。1956年: 西北工业大学成立焊接教研室，招收焊接专业本科生。1958年: 山东工业大学成立焊接教研室，培养焊接专业本科生。 1959年: 大连铁道学院成立焊接教研室，招收焊接专业本科生。5 焊接专业的基本介绍 焊接专业的发展：焊接专业的发展：Part IPart I 焊接的基本概念焊接的基本概念第34页/共39页19601960年年: : 吉林工业大学成