西安工大焊接冶金学基本原理-绪论

1、第第1 1章章 焊接电弧焊接电弧西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering材料加工基础课群材料加工基础课群主讲主讲 ：张文兴：张文兴西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院20152015年年9 9月月第第4 4篇篇焊接原理焊接原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论参考书目参考书目西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and

2、Chemical Engineering绪论绪论主要内容主要内容 1 1、焊接与现代制造技术、焊接与现代制造技术 2 2、焊接原理、焊接原理 3 3、焊接方法的分类、焊接方法的分类 4 4、焊接的发展、焊接的发展 5 5、焊接的应用、焊接的应用焊接的地位焊接是什么西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论1 1、焊接与现代制造技术、焊接与现代制造技术 现代制造技术的重要内容现代制造技术的重要内容 成形：成形：铸造、锻造铸造、锻造（热加工）；车、铣、刨、磨（冷加工）（热加工）；车、铣、刨、

3、磨（冷加工）连接：连接：焊接焊接、铆接、铆接改性：改性：热处理热处理装配：装配：简单零部件基本零部件完整设备从材料角度细分为冶金（熔铸和粉末冶金）和成型（铸造和从材料角度细分为冶金（熔铸和粉末冶金）和成型（铸造和 加工成形）两个部分；加工成形）两个部分；*热加工：铸、锻、焊；冷加工：机械加工热加工：铸、锻、焊；冷加工：机械加工西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论粗钢产量（百万吨）粗钢产量（百万吨）国家国家/ /地区地区20072007200820082009200920102010

4、20112011201220122012/2012/20112011全球全球134713471341.21341.21235.11235.11431.71431.71529.21529.21547.81547.81.21.2中国中国489.7489.7512.3512.3577.1577.1638.7638.7694.8694.8716.5716.53.13.1欧盟欧盟210.2210.2198.2198.2139.3139.3172.8172.8177.7177.7169.4169.4-4.7-4.7苏联苏联124.2124.2114.3114.396.996.9108.2108.2112.

5、7112.7111.3111.3-1.2-1.2日本日本120.2120.2118.7118.787.587.5109.6109.6107.6107.6107.2107.2-0.3-0.3美国美国98.198.191.491.458.258.280.580.586.486.488.688.62.52.5大洋洲大洋洲8.88.88.48.46 68.18.17.27.25.85.8-19.9-19.9从从2009年开始中国钢产量约占占世界产量的一半年开始中国钢产量约占占世界产量的一半西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemic

6、al Engineering绪论绪论焊接的应用、特点和地位焊接的应用、特点和地位发达国家，发达国家，50-60%钢材焊接钢材焊接，（我国，（我国30%多）多）关键技术，与发达国家差距巨大关键技术，与发达国家差距巨大永久连接，等强、刚、塑、韧永久连接，等强、刚、塑、韧独立学科，多学科基础交叉高技术、重要产业独立学科，多学科基础交叉高技术、重要产业西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论中国第一台万吨水压机1961年12月，上海江南造船厂12000吨。机身高33.65米，机上有13个特大件

7、，即3座横梁、4根立柱和6只工作缸。3座横梁的重量是100300吨，4根立柱各长18米，直径1米，重80吨，立柱上的螺丝帽一个就有五六吨重。解决电力、冶金、重型机械和国防工业的大型锻件生产，结束大型锻件只能依赖进口的局面。目前最大水压机为8万吨，为德阳二重建造，美国最大的只有7万吨（二十世纪四十年代）。 西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪

8、论绪论1.1.现代连接方法现代连接方法材料（材料（金属、陶瓷和塑料）金属、陶瓷和塑料）连接是通过适当的连接是通过适当的手段手段，使，使两个或两个以上分离的两个或两个以上分离的固态固态物体产生形成一个整体，物体产生形成一个整体，从而实现从而实现物理量物理量的传导。实现方法称为的传导。实现方法称为连接技术。连接技术。主要主要连接方法连接方法螺栓连接焊接铆接胶接钎接微连接技术机械连接西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论1.1.现代连接方法现代连接方法1.1 1.1 螺栓（纹）连接螺栓（纹

9、）连接互换性与修复西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论1.1.现代连接方法现代连接方法1.2 1.2 铆接铆接搭接缝搭接缝 单盖板对接缝单盖板对接缝 西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论1.1.现代连接方法现代连接方法1.3 (1.3 (金属）焊接金属）焊接强度高，强度高， 密封性好，密封性好，接头重量轻，接头重量轻， 加工简单，节约材料。加工简单，节约材料。西安工业大

10、学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论1.1.现代连接方法现代连接方法1.4 1.4 钎焊钎焊接头表面光洁，气密性好，形状和尺寸稳定。接头表面光洁，气密性好，形状和尺寸稳定。钎料熔化而焊件不熔化，焊件组织不变化。钎料熔化而焊件不熔化，焊件组织不变化。可连接相同的或不相同的金属及部分非金属。可连接相同的或不相同的金属及部分非金属。电力、电子行业西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论主要

11、内容主要内容 1 1、焊接与现代制造技术、焊接与现代制造技术 2 2、焊接原理、焊接原理 3 3、焊接方法的分类、焊接方法的分类 4 4、焊接的发展、焊接的发展 5 5、焊接的应用、焊接的应用西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论熔化焊熔化焊过程示意图过程示意图( (熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊) )（TIG焊焊视频视频1）（CO2保护焊保护焊视频视频2）2 2、焊接原理、焊接原理(1). (1). 焊接过程西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Materi

12、al Science and Chemical Engineering绪论绪论西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论 通过通过 加热或加压或两者并用，加热或加压或两者并用，使被焊材料达到使被焊材料达到 原子间结合，原子间结合，从而形成从而形成 永久性连接的工艺。永久性连接的工艺。被焊材料称为被焊材料称为母材或工件母材或工件。三个要点：三

13、个要点： 一是途径，即一是途径，即加热或加压；加热或加压； 二是本质，微观上达到二是本质，微观上达到原子间原子间的结合；的结合； 三是效果，宏观上三是效果，宏观上永久性连接永久性连接。(2).(2).焊焊接接(Welding)(Welding)定义：定义：2 2、焊接原理、焊接原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论rA（3 3）焊接的障碍）焊接的障碍金属表面只有个别微观金属表面只有个别微观点接触；点接触；材料表面存在着氧化膜材料表面存在着氧化膜、油、杂质、污物、锈、油、杂质、污物

14、、锈等。等。2 2、焊接原理、焊接原理r0123 r r原子间作用力和势能与举例的关系原子间作用力和势能与举例的关系 1斥力斥力 2引力引力 3合力合力相引力相引力 相斥力相斥力西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论 解决方法：解决方法：加热加热 加热到熔化状态加热到熔化状态 熔化焊熔化焊加压（加热或不加热）加压（加热或不加热） 压力焊压力焊西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪

15、论绪论（4 4）. . 焊接接头焊接接头 焊接接头是指整个焊接区，不仅包括结合区，也包焊接接头是指整个焊接区，不仅包括结合区，也包括其周围区域。结合区即是括其周围区域。结合区即是焊缝焊缝（WMWM：weld meltalweld meltal），结合区邻近区即是母材中组织或性能发生变化的区，结合区邻近区即是母材中组织或性能发生变化的区，称为称为热影响区热影响区（HAZHAZ：heat affected zoneheat affected zone）。）。 过渡区是指母材与焊缝交界处，也称为过渡区是指母材与焊缝交界处，也称为熔合区熔合区。接。接头的质量包括焊缝、热影响区与熔合区。头的质量包括焊缝

16、、热影响区与熔合区。 2 2、焊接原理、焊接原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论主要内容主要内容 1 1、焊接与现代制造技术、焊接与现代制造技术 2 2、焊接原理、焊接原理 3 3、焊接方法的分类、焊接方法的分类 4 4、焊接的发展、焊接的发展 5 5、焊接的应用、焊接的应用西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论3 3、焊接方法的分类、焊接方法的分类分三类：分三类：熔

17、化焊、压力焊、钎焊熔化焊、压力焊、钎焊一是熔化焊：一是熔化焊： 电弧焊：手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊。电弧焊：手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊。 气焊气焊 电渣焊电渣焊 等离子焊等离子焊 真空电子束焊真空电子束焊 激光焊激光焊 特点：母材加热熔化西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论3 3、焊接方法的分类、焊接方法的分类二是压力焊二是压力焊： 电阻焊：电阻焊：点焊点焊、（点焊点形成点焊点形成）、缝焊缝焊、对焊对焊、闪光焊等。、闪光焊等。摩擦焊摩擦焊超声波焊、爆炸焊超声波焊、爆

18、炸焊特点：施加压力 扩散结合法（复合材料制备）西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论搅拌摩擦焊（搅拌摩擦焊（FSW)FSW)首先应用于火箭发动机燃料储箱。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论3 3、焊接方法的分类、焊接方法的分类三是钎焊三是钎焊：真空钎焊、真空钎焊、火焰钎焊火焰钎焊、感应钎焊等。、感应钎焊等。软钎焊软钎焊(soldering)：熔点450，强度70MPa硬

19、钎焊硬钎焊(brazing)：熔点450，强度200MPa特点：母材不熔化，钎料熔化西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论 焊接方法总结焊接方法总结焊接焊接压力焊钎焊钎焊熔化焊熔化焊电焊电焊 化学能焊化学能焊高能束焊高能束焊 非熔化极非熔化极 熔化极熔化极 电阻焊电阻焊 冷压焊冷压焊摩擦焊摩擦焊 扩散焊扩散焊闪光焊闪光焊超声焊超声焊爆炸焊爆炸焊气电焊气电焊 焊条焊焊条焊埋弧焊埋弧焊药芯焊药芯焊 电渣焊电渣焊钨极氩弧焊钨极氩弧焊等离子弧焊等离子弧焊激光焊激光焊电子束焊电子束焊西安工业大

20、学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论主要内容主要内容 1 1、焊接与现代制造技术、焊接与现代制造技术 2 2、焊接原理、焊接原理 3 3、焊接方法的分类、焊接方法的分类 4 4、焊接的发展、焊接的发展 5 5、焊接的应用、焊接的应用西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论4 4、焊接的发展、焊接的发展（1 1）从古老到现代）从古老到现代在古代锻焊曾是金属连接的方式。西安工业大学材化学

21、院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论4 4、焊接的发展、焊接的发展（2 2）近代焊接方法）近代焊接方法18811881年年 碳弧焊碳弧焊 俄罗斯俄罗斯 1885188519001900年年 电阻焊电阻焊 美国美国 19001900年年 铝热焊铝热焊 西德西德 、美国、美国 氧乙炔氧乙炔 法国法国 1907190719101910年年 手工电弧焊手工电弧焊 瑞典瑞典 19081908年年 电渣焊电渣焊ESWESW俄罗、斯美国、乌克兰俄罗、斯美国、乌克兰 1909 1909 等离子焊接等离子焊接PAWP

22、AW 德国、美国德国、美国 1920 1920 钨极惰性气体保护电弧焊钨极惰性气体保护电弧焊TIG TIG 美国美国 1930 1930 熔化极惰性气体保护电弧焊熔化极惰性气体保护电弧焊MIG MIG 美国美国 埋弧焊埋弧焊 SAWSAW 美国美国 一战期间一战期间，舰船等装，舰船等装备的需求刺备的需求刺激了一批廉激了一批廉价、快捷的价、快捷的焊接技术的焊接技术的发展；发展；西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论4 4、焊接的发展、焊接的发展（3 3）新焊接方法仍在发现）新焊接方法仍

23、在发现19531953年年 活性气体保护电弧焊活性气体保护电弧焊 MAG MAG 俄罗斯俄罗斯19561956年年 摩擦焊摩擦焊 俄罗斯俄罗斯 超声波焊超声波焊 19501950年末年末 真空扩散焊真空扩散焊 19591959年年 爆炸焊爆炸焊19611961年年 电子束焊电子束焊 法国法国 19701970年年 激光焊接激光焊接 LBWLBW 英国英国 19911991年年 搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊 FSW FSW 英国英国 二战期间二战期间，航空业有，航空业有色金属（镁色金属（镁、铝）连接、铝）连接的需求刺激的需求刺激了新的焊接了新的焊接技术的产生技术的产生。西安工业大学材化学院西安工业大学材

24、化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论汽车零件汽车零件汽车制造汽车制造工程机械工程机械10 其其 它它我国焊接机器人分布我国焊接机器人分布锅炉锅炉摩摩托托车车路路铁铁（4 4）趋势之一：自动化）趋势之一：自动化 机械臂机械臂 焊接机器人焊接机器人（1 1），（2 2）4 4、焊接的发展、焊接的发展西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论焊接发展趋势之二：协同化焊接发展趋势之二：协同化汽车车体焊接装配生产线汽车

25、车体焊接装配生产线西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论焊接焊接 仍将是制造业的重要加工工艺，它是一仍将是制造业的重要加工工艺，它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其它方法能够比焊接材料的方法。目前还没有其它方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊的接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。产品增加更大的附加值。西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Mater

26、ial Science and Chemical Engineering绪论绪论主要内容主要内容 1 1、焊接与现代制造技术、焊接与现代制造技术 2 2、焊接原理、焊接原理 3 3、焊接方法的分类、焊接方法的分类 4 4、焊接的发展、焊接的发展 5 5、焊接的应用、焊接的应用西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论5 5、焊接的应用、焊接的应用 航空、航天、船舶、汽车、工程机械、压力容器、建筑、管道航空、航天、船舶、汽车、工程机械、压力容器、建筑、管道、电厂等等，涵盖几乎所有制造业。、

27、电厂等等，涵盖几乎所有制造业。焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。人才寻求强劲，供不应求！人才寻求强劲，供不应求！西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论（1 1）航天）航天西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论（2 2）航空）航空西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Materi

28、al Science and Chemical Engineering绪论绪论（3 3）船舶）船舶20072007年起我国造船订单量晋身全球第一，年起我国造船订单量晋身全球第一，船体是典型的船体是典型的板板- -焊结构。焊结构。我国建造最大的我国建造最大的3030万吨超大型原油船万吨超大型原油船总长总长333m333m，型宽，型宽58m58m西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论（4 4）汽车，摩托车，运输车辆、集装箱）汽车，摩托车，运输车辆、集装箱录像西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material Science and Chemical Engineering绪论绪论（5 5）压力容器）压力容器中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5.55.5m m，长长6262m m， 厚厚337337mmmm，重重20602060t t，为当今世界最大、最重，为当今世界最大、