第一章 焊接技术概论

1、出 版 社：机械工业出版社 提问：连接方法有哪些？ 现代工业中的连接方法有： 螺栓、键、 销钉（可拆卸）、 铆接、焊接、粘接（不可拆卸）连接范围 （1）金属和金属（同种或异种）连接。 （2）非金属和非金属（同种或异种）连接。 （3）金属和非金属连接。 你所知道的 焊接应用有 哪些？想一想想一想想一想想一想 在现代工业中，金属是不可缺少的重要材料。高速行在现代工业中，金属是不可缺少的重要材料。高速行驶的汽车、火车、载重万吨至几十万吨的轮船、耐腐耐压驶的汽车、火车、载重万吨至几十万吨的轮船、耐腐耐压的化工设备以至宇宙飞行器等都离不开金属材料。在这些的化工设备以至宇宙飞行器等都离不开金属材料。在这些

2、工业产品的制造过程中，需要把各种各样的加工好的零件工业产品的制造过程中，需要把各种各样的加工好的零件按设计要求连接起来制成产品，焊接就是将这些零件连接按设计要求连接起来制成产品，焊接就是将这些零件连接起来的一种高效的加工方法。起来的一种高效的加工方法。 焊接在现代工业生产中具有十分重要的作用，世界每年钢材消耗量的50%都有焊接工序的参与，在现代制造工业中，广泛应用于金属结构件的生产。例如桥梁、船体、车厢、容器、电子产品等，都离不开焊接。 焊接在制造大型结构件或复杂机器，优越性突出，它可以化大为小、化复杂为简单来备料，然后逐次焊接拼小成大，拼简单为复杂，是其他工艺方法难以做到的。 它还可以对不同

3、种材料进行焊接，不同金属间或金属与非金属间进行焊接。第一章 焊接技术概论1.1 焊接概述1.2 焊接安全技术一、焊接定义二、焊接发展过程三、焊接方法的分类四、连接方法及范围五、焊接发展趋势六、本书的内容和学习方法七、焊接工艺与艺术1.1 焊接概述焊接概述学习目标学习目标 通过对绪论通过对绪论的学习，要使的学习，要使学生深入了解学生深入了解焊接在现代工焊接在现代工业中的地位及业中的地位及其发展概况；其发展概况；掌握焊接方法掌握焊接方法的本质及特点；的本质及特点；熟悉本教材的熟悉本教材的内容和学习方内容和学习方法。法。 （二）焊接定义（二）焊接定义 从微观上来说，可以给出焊接的定义如下：两种或两种

4、以上材料（同种或异种）通过适当的物理物理或化学方法化学方法使其达到原达到原子子或分子之间的结合分子之间的结合形成永久性连接的工艺过程。 一般也可以通俗地给出焊接的定义：通过通过加热加热或者或者加压加压，或或两者并用两者并用，用或不用填充材料，使两工件达到，用或不用填充材料，使两工件达到原子间结合原子间结合的的加工工艺方法。加工工艺方法。一、一、 焊接的定义焊接的定义（一）金属连接的方式（一）金属连接的方式按能否拆卸可分为：按能否拆卸可分为：可拆卸连接可拆卸连接（临时）（临时）不可拆卸连接不可拆卸连接（永久）（永久）不用于制造，而用于装配和定位不用于制造，而用于装配和定位用于金属结构制造或零件制

5、造中用于金属结构制造或零件制造中10l焊接技术焊接技术各种焊接方法、焊接工艺、焊接材料及焊接设备等及其基础理论的总称。l焊件焊件焊接对象的总称。l焊接结构焊接结构用焊接方法制造的结构。基本概念基本概念 从理论上来说 ，两块分离的材料的两个表面靠得足够紧密，两者之间的距离能够接近到一个原子的距离，亦即0.4到0.5个nm时，两块材料就能连接在一起。实际上，在常温下这种情况一般不会发生，因为即使这两个要结合的表面经过精密加工，从微观上来看，这个表面依然是凹凸不平凹凸不平的，而且由于材料表面存在氧化膜氧化膜及水分水分、油油等吸附层杂质吸附层杂质，这种氧化膜和杂质极大地阻碍材料的连接。为什么说要加热或

6、加压？为什么说要加热或加压？因此，焊接过程的因此，焊接过程的物理本质物理本质就是采用施加外部能量的办法，就是采用施加外部能量的办法，去除阻碍原子键结合的一切表面氧化膜和吸附层杂质，促使分离去除阻碍原子键结合的一切表面氧化膜和吸附层杂质，促使分离材料的原子接近，形成原子键的结合，得到一个材料的原子接近，形成原子键的结合，得到一个优质优质的焊接接头。的焊接接头。常用的施加外部能量的方法主要有加热和加压两种。常用的施加外部能量的方法主要有加热和加压两种。 加热加热是把材料加热到熔化状态，或者把材料加热到塑性状态；是把材料加热到熔化状态，或者把材料加热到塑性状态； 加压加压使材料产生塑性流动。使材料产

7、生塑性流动。焊接原理过程示意图电弧电弧焊应焊应用非用非常普常普遍遍二、焊接分类二、焊接分类按焊接时母材金属所处的状态可分为按焊接时母材金属所处的状态可分为（一）熔焊（一）熔焊能量集中性能量集中性：就是在金属电极中单位面积所通过的电流越大，能量集中性越好。将被连接金属局部熔化，然后冷却结晶使分子或原子彼此达将被连接金属局部熔化，然后冷却结晶使分子或原子彼此达到晶格距离并形成结合力。到晶格距离并形成结合力。特征特征1：需要一个能量集中能量集中，热量足够的热源。注意注意焊接部位必须采取有效的隔离空气保护，使焊接部位不能和空气焊接部位必须采取有效的隔离空气保护，使焊接部位不能和空气接触，以免造成焊道的

8、成分和性能不良。接触，以免造成焊道的成分和性能不良。特征特征2：保护方式有三种保护方式有三种:气相气相、渣相渣相、真空真空。熔焊、熔焊、压焊、压焊、钎焊。钎焊。常用的熔焊方法常用的熔焊方法电弧焊电弧焊气焊铝热焊电渣焊电子束焊激光焊熔化极非熔化极非熔化极手工焊CO2焊埋弧焊MAG焊MIG焊TIG焊焊等离子弧焊熔焊熔熔 焊焊 机机（二）压焊 焊接过程中必须要施加压力，可能加热也可能不加热才能完成的焊接。其加热的主要目的主要目的是为使金属软化，靠施加压力使金属塑变,让原子接近到相互稳固吸引的距离，这一点与熔焊时的加热有本质的不同。定义：定义：是焊接变形小、裂纹少、易实现自动化是焊接变形小、裂纹少、易

9、实现自动化电阻焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、爆炸焊电阻焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、爆炸焊、扩散焊等。、扩散焊等。特点：特点：常用方法：常用方法：电阻焊机、超声波焊机 （三）钎 焊分类： 硬钎焊和软钎焊。 硬钎焊: 加热温度大于450度，抗拉强度大于200 MPa ，经常用银基、铜基钎料，适于工作应力大，环境温度高的场合，比如硬质合金车刀、地质钻头的焊接。 软钎焊: 加热温度小于450度，抗拉强度小于70 MPa 适于应力小，工作温度低的环境。比如电路的锡基钎焊 。定义：定义：特点：特点：将熔点比母材低的钎料加热至融化，但加热温度低于母将熔点比母材低的钎料加热至融化，但加热温度低于母材的熔点，

10、用融化的钎料填充焊缝、润湿母材并与母材的熔点，用融化的钎料填充焊缝、润湿母材并与母材相互扩散形成一体的焊接方法。材相互扩散形成一体的焊接方法。 母材不熔化，只是钎料熔化母材不熔化，只是钎料熔化2022-2-919焊接分类 熔化焊固相焊钎焊电弧焊气焊热溶剂焊熔化剂焊非熔化剂焊焊条电弧焊埋弧焊气体保护焊碳弧焊钨极氩弧焊原子氢焊氧-乙炔焊氧氢焊石油液化气焊铝热焊镁热焊锻焊冷压焊超声波焊电阻对焊摩擦焊爆炸焊高频焊扩散焊特点：不传递热量火焰电阻炉感应电弧摩擦电子束盐浴接触激光特点：焊件不熔化填料与母材熔点低特点：熔化母材与焊丝，传递热量2022-2-920三、三、焊接优缺点（一） 优点优点1. 与铆接、

11、螺栓连接铆接、螺栓连接工艺比: 接头可靠：接头系数= 水密性、密封性好 重量轻、节约材料 厚度不限： 结构设计简化：对接、角接都可 制造时间短、费用少：厂内预制部分部件 现场组装%100%100铆焊母材断裂强度接头断裂强度不用辅料焊不打铆钉孔焊无限制焊：铆：SmmS50212. 与铸件铸件比： 焊省去木、砂模，工艺简单，周期短 省材，比铸铁轻50%60%； 比铸钢轻20%30%；（二） 缺点： 采用焊接结构存在的问题采用焊接结构存在的问题12345、难以止裂、焊接缺陷气孔、裂纹、夹渣、材料敏感性裂纹、气孔等缺陷（铝合金）、缺少可靠的无损探伤技术：费用，可靠性、残余应力、应变热应力，变形三、焊接

12、发展过程（一）古代焊接方法1. 发展过程发展过程 公元前3000多年出现了锻焊技术。 公元前2000多年中国的殷朝采用铸焊制造兵器。 公元前200年前，中国已经掌握了青铜的钎焊及铁器的锻焊工艺。2. 特点特点 热源都是炉火 温度低 能量不集中（二） 近代焊接方法近代焊接方法的发展过程 1801年，英国的戴维斯发现两碳极间产生电弧。 1836年，大卫发现乙炔气。这两项发明被誉为现代焊接技术的基础。 1885年，俄国的贝纳多斯发明碳极电弧焊钳 (见图) 。这一发明是弧焊至少是碳弧焊的实际的开始。1887年，美国发明电阻焊并用于薄板的点焊和缝焊。1900年，英国的Strohmeyer发明了薄药皮焊条

13、(Thin Coated Electrode)，虽然药皮只是一薄层粘土(Clay)或石灰(Lime)，但产生的电弧更稳定。1930年，美国的罗宾诺发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊。1940年，钨极和熔化极气体保护焊相继问世。1951年，苏联巴顿电焊研究所制造电渣焊。1953年，发明了二氧化碳气体保护焊。 1956年，美国的J.B.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。60年代，出现了等离子、电子束和激光焊接的方法。 1991年,英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊，成功的焊接了铝合金平板。 1993年, 奥地利Fronius公司生产了第一款全数字化的I

14、GBT逆变焊机。 1996年,以乌克兰巴顿焊接研所B.K.Lebegev院士为首的三十多人的研制小组，研究开发了人体组织的焊接技术。 2001年,人体组织焊接成功应用于临床。 2002年,三峡水轮机的焊接完成，是已建造和目前正在建造的世界上最大的水轮机。 焊接发展趋势焊接发展趋势 从材料材料上扩大可焊材料的范围，如超细晶粒钢、非金属、金属非金属组合 从结构结构上超大如大型船舶、高层建筑超微如芯片、细微（级）零件 从设备设备上高效率、低能耗数字化、自动化、智能化、柔性化 从技术工艺技术工艺上高效率低能耗环保2022-2-927焊接技术发展历史及趋势材料材料：（时代划分青铜、铁器、机器、电器、信息

15、时代）连接技术连接技术：容器用材尤其低碳钢作为船、钢世纪中叶：）（铁世纪中叶：大型结构（船、桥）木材年前：20191850Fe生产全焊船焊船、美国首次大规模二次世界大战：焊飞机、埋弧焊年后：船建成第一艘全焊远洋轮年：乙炔焊、电阻焊氧碳弧焊、金属电弧焊、：电能源世纪后期：锻接高、低温钎焊焊接煤木材能源年：低温钎焊锡合金铅合金金合金铜年：公元前193019211890188019185030002022-2-928焊接技术发展历史及趋势 19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔火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，铝热焊。 20世

16、纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时出现薄药皮焊条电弧焊 ，手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊成为一种重要焊接方法；在此期间，美国的诺布尔利用制成自动电弧焊机，成为焊接机械化、自动化的开端。 2022-2-9291930年，美国（罗宾诺夫）发明用焊丝和焊剂的埋弧焊 焊接机械化进一步发展。1930 年美国钢结构学会年会上展出了一台自动焊机, 该机原是为焊接装甲结构设计2022-2-930焊接技术发展历史 20世纪40年代，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世，适应铝、镁合金和合金钢焊接需要； 德国和法国发明电子束焊； 1951年，苏联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，

17、苏联的柳巴夫斯基等发明二氧化碳气体保护焊，后来相继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。 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； 1957年，美国的盖奇发明等离子弧焊； 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； 20世纪60年代，出现激光焊、等离子、电子束焊，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。 2022-2-931焊接技术发展现状与趋势焊接技术发展现状与趋势 现代焊接技术的发展水平主要体现在： 焊接工艺高效化、 焊接生产自动化、 焊接电源控制

18、数字化、 焊接质量控制智能化， 高新技术交叉、融合： 现代智能控制技术、 数字化信息处理技术、 图像处理及传感器技术、 高性能CPU芯片等现代高新技术 发展现状：发展现状：2022-2-932焊接技术发展现状与趋势焊接技术发展现状与趋势 1） 能源方面能源方面 目前，焊接热源已非常丰富：火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离子、电子束、激光束、微波等，但焊接热源的研究与开发仍待发展，可概括为三个方面： a 现有热源的改善，使它更为有效、方便、经济适用，如电子束和激光束焊接的发展较显著； b 开发更好、更有效的热源，采用两种热源叠加以求获得更强的能量密度，如在电子束焊中加入激光束等； c 节能技术,

19、 由于焊接耗能很大，需要以节能为目标的新技术，如太阳能焊、电阻点焊中利用电子技术的发展来提高焊机的功率因数等。发展趋势发展趋势：2022-2-933焊接技术发展现状与趋势焊接技术发展现状与趋势 2） 计算机在焊接中的应用计算机在焊接中的应用 弧焊设备微机控制系统弧焊设备微机控制系统，可对焊接电流、焊接速度、弧长等多项，可对焊接电流、焊接速度、弧长等多项参数进行分析和控制，对焊接操作程序和参数变化等做出显示参数进行分析和控制，对焊接操作程序和参数变化等做出显示和数据保留，从而给出焊接质量的确切信息。和数据保留，从而给出焊接质量的确切信息。以计算机为核心建立的各种控制系统以计算机为核心建立的各种控

20、制系统包括：包括： 焊接顺序控制系统、焊接顺序控制系统、PID调节系统、最佳控制及自适应控制系调节系统、最佳控制及自适应控制系统等。统等。计算机模拟技术计算机模拟技术已用于焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和已用于焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和变形等的模拟；变形等的模拟；数据库技术数据库技术用于：建立焊工档案管理数据库、焊接符号检索数据用于：建立焊工档案管理数据库、焊接符号检索数据库、焊接工艺评定数据库、焊接材料检索数据库等；库、焊接工艺评定数据库、焊接材料检索数据库等；CAD/CAM的应用的应用正处于不断开发阶段，焊接的柔性制造系统也正处于不断开发阶段，焊接的柔性制造系统也已出现。已出

21、现。 2022-2-934焊接技术发展现状与趋势焊接技术发展现状与趋势3） 焊接机器人和智能化焊接机器人和智能化： 焊接机器人焊接机器人主要优点：稳定和提高焊接质量，保证焊接产品均一性；提高生产率，一天可24小时连续生产；可在有害环境下长期工作，改善了工人劳动条件；降低对工人操作技术要求；可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供了技术基础。 智能化焊接智能化焊接：自动检测焊接坡口的状况，如熔宽、熔深和背面焊道成形等，以便能及时调整焊接参数，保证良好的焊接质量。 焊接专家系统焊接专家系统：是具有相当于专家的知识和经验水平，以及具有解决焊接专门问题能力范围的计算机软件系统。在此基础上发展起

22、来的焊接质量计算机综合管理系统在也得到了应用，包括对产品的初始试验资料和数据的分析、产品质量检验、销售监督等，其软件包括数据库、专家系统等技术的具体应用。 2022-2-935焊接技术发展现状与趋势焊接技术发展现状与趋势4） 提高焊接生产率提高焊接生产率 提高生产率的途径有二： a 提高焊接熔敷率: 手弧焊中的铁粉焊、重力焊、躺焊等工艺；埋弧焊中的多丝焊、热丝焊均属此类，其效果显著。如，三丝埋弧焊，其工艺参数分别为2200A33V；1400A40V 1100A45V，采用坡口截面较小，背面采用挡板或衬垫，506mm的钢板可一次焊透成形，焊速达0.4mmin以上，其熔敷效率是手弧焊的100倍以上

23、。 b 减少坡口截面及熔敷金属量: 近10年来最突出成就是窄间隙焊接。以气体保护焊为基础，利用单丝、双丝或三丝进行焊接。无论接头厚度如何，均可采用对接形式。如，钢板厚度由50300mm，间隙均可设计为13mm左右，因而所需熔敷金属量成数倍、数十倍地降低，从而大大提高了生产率。主要技术关键：是保证两侧熔透和保证电弧中心自动跟踪处于坡口中心线上。为此出现了多种的窄间隙焊接法。电子束焊、激光束焊及等离子弧焊时，可采用对接接头，且不用开坡口，是理想的窄间隙焊接法， 焊接工艺与艺术焊接工艺与艺术 艺术创造与工艺方法永远是密不可分的。作为一种工业技术，焊接的出现迎合了金属艺术发展对新的工艺手段的需要。 焊

24、接艺术作品的表面效果是其它金属加工工艺无法或者很难实现的，因而说焊接艺术具有独特的艺术性。选用不同的金属材料，使用不同的焊接工艺，焊接的艺术性可以在不同的金属艺术形式中发挥得淋漓尽致：1.1.金属焊接雕塑金属焊接雕塑 在焊接雕塑作品中，焊缝和割痕不是作为一种技术加工的痕迹被动地存在，而是以一种精彩的、不可或缺的表现语言着力地加以体现的。一件焊接雕塑，粗的焊缝裸露在雕塑表面，各种不规则的切割痕迹也变成了艺术家优美的艺术语言在很多情况下,由于焊接雕塑所追求的粗糙质朴的风格，金属的锈蚀、瑕疵也大多根据作品的需要特意保留，因此，在焊接雕塑中常常可以感觉到一种非雕琢的、原始的美。 2.2.金属焊接壁饰金

25、属焊接壁饰 如果把一幅壁饰作品看成一幅画的话，画面中的点、线、面、黑、白、灰甚至颜色的处理都可以通过焊接的方法来实现。各种型号、各种材质的金属丝，应用不同的焊接工艺会在画面上以不同的形式出现。不同金属的颜色不同，不锈钢的亮银色、铝材的亚银色、碳钢的乌亮色，钛钢、青铜、紫铜、黄铜而且就钢材来说，不同的钢材在高温受热时会出现不同的颜色变化，即焊接热影响区不同。另外，切割也是焊接艺术壁饰创作的方法之一，既可以与焊接结合使用，也可以单独使用，这完全取决于创作者的创作意图和对工艺与效果的掌握程度。以上所述的这些方法综合起来，变化的丰富可想而知。第一节第一节 焊接概述焊接概述 3.金属焊接挂件 . .实用

26、金属焊接艺术实用金属焊接艺术 实用焊接艺术从艺术性的角度来看具有焊接艺术的表现语言和审美特性，从实用性的角度来看，由于经常使用，所以作品的强度是一个必须考虑的因素。焊接是最牢固的金属连接方式，因而，焊接技术的使用完全达到了对作品耐用性的要求。 工业焊接需要的是一道道规矩、整齐、没有缺工业焊接需要的是一道道规矩、整齐、没有缺陷的焊缝，而在金属焊接艺术的创作中，艺术家可陷的焊缝，而在金属焊接艺术的创作中，艺术家可以将手中的焊枪作为画笔和刻刀，在金属上随心所以将手中的焊枪作为画笔和刻刀，在金属上随心所欲地雕刻和堆砌。这不同于以往金属艺术创作中仅欲地雕刻和堆砌。这不同于以往金属艺术创作中仅仅将焊接作为技术手段来应用，完全从另外一层意仅将焊接作为技术手段来应用，完全从另外一层意义上诠释了义上诠释了“焊接焊接”。这种艺术与技术的结合无疑。这种艺术与技术的结合无疑是恰当而完美的！相信随着金属艺术家对焊接工艺是恰当而完美的！相信随着金属艺术家对焊接工艺的不断探索和对金属焊接艺术语言的不断挖掘，金的不断探索和对金属焊接艺术语言的不断挖掘，金属焊接艺术的创作将会愈加繁荣！属焊接艺术的创作将会愈加繁荣！ ： 1 ) 各类基本焊接方法的过程本质、特点、接头形成条件