材料连接原理与工艺焊接方法概述ppt课件

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1、 School of Materials Science&Engineering资料衔接原理与工艺赵兴科 :xkzhaoustb.eduTell:62334859 School of Materials Science&Engineering1 焊接方法概述焊接方法概述2 资料熔焊原理资料熔焊原理3 资料焊接性与焊接工艺资料焊接性与焊接工艺4 弧焊原理与工艺弧焊原理与工艺目录目录 School of Materials Science&Engineering1 1 焊接技术概述焊接技术概述1.1 焊接根本原理1.2 焊接技术分类1.3 焊接技术开展历程1.4 常见焊接方法 School of

2、Materials Science&Engineering焊接是经过适当的物理化学过程使两个或两个焊接是经过适当的物理化学过程使两个或两个以上分别的固态物体产生原子或分子间结合而以上分别的固态物体产生原子或分子间结合而构成永久性衔接。构成永久性衔接。不仅在宏观上建立了永久性的衔接，在微观上不仅在宏观上建立了永久性的衔接，在微观上也建立了组织上的联络。也建立了组织上的联络。1.1 1.1 焊接根本原理焊接根本原理 School of Materials Science&Engineering固体是依托键作用结合在一同的。以金属资料为例，固体是依托键作用结合在一同的。以金属资料为例，结合力为金属键

3、。结合力为金属键。以双原子模型为例，两个原子以双原子模型为例，两个原子之间的存在短程的引力和斥力；之间的存在短程的引力和斥力；原子间间隔原子间间隔 为为r r*时合力为零，时合力为零，原子将处于稳定形状。当两者原子将处于稳定形状。当两者的间隔的间隔 偏离偏离r r*时两原子之间时两原子之间将存在引力或斥力，处于不稳将存在引力或斥力，处于不稳定的形状。定的形状。双原子相互作用模型双原子相互作用模型 School of Materials Science&Engineering从实际上讲，要到达焊接的目的，只须使两个工件从实际上讲，要到达焊接的目的，只须使两个工件 外表严密接触，两个外表的原子间相

4、距接近外表严密接触，两个外表的原子间相距接近r*即可。即可。实践上，即使经过精细加工的金属外表，从微观上实践上，即使经过精细加工的金属外表，从微观上也是存在凸凹不平。同时金属外表常伴有氧化膜、也是存在凸凹不平。同时金属外表常伴有氧化膜、杂质原子吸附以及水分、有机物吸附层，这些都会杂质原子吸附以及水分、有机物吸附层，这些都会妨碍金属外表的严密接触。妨碍金属外表的严密接触。为了使金属外表严密接触，就需求能量，有两种方式：为了使金属外表严密接触，就需求能量，有两种方式：v 压力压力v 热量热量 School of Materials Science&Engineering压力可以破坏接触外表的氧化膜

5、，使待衔接处发生部压力可以破坏接触外表的氧化膜，使待衔接处发生部分塑性变性，添加有效接触面积；分塑性变性，添加有效接触面积；热量可以使接触处金属到达塑性变形或熔化形状，并热量可以使接触处金属到达塑性变形或熔化形状，并使该处的氧化膜迅速分解，并添加原子的振动能，促使该处的氧化膜迅速分解，并添加原子的振动能，促进分散、化学反响、再结晶和结晶等物理化学反响。进分散、化学反响、再结晶和结晶等物理化学反响。每种金属实现焊接所必每种金属实现焊接所必需的温度和压力之间存需的温度和压力之间存在一定的关系，温度越在一定的关系，温度越高需求的压力越小，熔高需求的压力越小，熔化焊接可以不需求压力。化焊接可以不需求压

6、力。School of Materials Science&Engineering经过加热、或加压，或二者并用，使分别的两种经过加热、或加压，或二者并用，使分别的两种或两种以上的资料同种或异种接触处原子分或两种以上的资料同种或异种接触处原子分散、再结晶、化学反响和结晶等过程，从而构成散、再结晶、化学反响和结晶等过程，从而构成共同晶粒的过程。共同晶粒的过程。金属资料焊接又可以表述成：金属资料焊接又可以表述成：焊接与钎焊或胶接的区别焊接与钎焊或胶接的区别 School of Materials Science&Engineeringa钎焊；钎焊；b熔钎焊；熔钎焊；c熔焊熔焊 School of M

7、aterials Science&Engineering经过加热和加压提供焊接能量外，还必需留意，经过加热和加压提供焊接能量外，还必需留意，金属外表的氧化物一旦去除，就要防止在焊接过金属外表的氧化物一旦去除，就要防止在焊接过程中再次构成外表膜，特别是氧化物。因此几乎程中再次构成外表膜，特别是氧化物。因此几乎每一种焊接工艺都要在焊接过程中排除大气，即每一种焊接工艺都要在焊接过程中排除大气，即对焊接区域进展维护。对焊接区域进展维护。焊接维护的方法很多，可以运用焊剂、维护气氛焊接维护的方法很多，可以运用焊剂、维护气氛或者在真空中操作。或者在真空中操作。School of Materials Scie

8、nce&Engineering总之，焊接衔接必需满足四个方面的要求：总之，焊接衔接必需满足四个方面的要求：v 经过加压或加热提供必需的能量；经过加压或加热提供必需的能量；v 去除外表的氧化物；去除外表的氧化物；v 防止大气污染；防止大气污染；v 控制焊接冶金。控制焊接冶金。School of Materials Science&Engineering1.2 1.2 焊接技术分类焊接技术分类自百年前电弧焊发明以来，现代焊接技术已迅速自百年前电弧焊发明以来，现代焊接技术已迅速 开开展成为制造工业中的重要技术。展成为制造工业中的重要技术。如今已有如今已有9090余种工艺。余种工艺。采用了热、电、光、

9、声、磁等一切可以采用了热、电、光、声、磁等一切可以利用的热源。利用的热源。运用电子、计算机等先进的控制技术。运用电子、计算机等先进的控制技术。School of Materials Science&Engineering焊接方法名类繁多，而且新的方法仍在不断涌现，焊接方法名类繁多，而且新的方法仍在不断涌现，因此如何对焊接进展科学的分类是一个非常重要因此如何对焊接进展科学的分类是一个非常重要的问题。的问题。第一层次，按接缝处能否熔化将焊接方法划分第一层次，按接缝处能否熔化将焊接方法划分为三大类，即熔化焊、固相焊和钎焊。为三大类，即熔化焊、固相焊和钎焊。第二层次，按能源种类细分为电弧焊、电阻焊、第

10、二层次，按能源种类细分为电弧焊、电阻焊、气焊、铝热焊、摩擦焊等类。气焊、铝热焊、摩擦焊等类。第三层次，按维护方式等分为无维护、真空、第三层次，按维护方式等分为无维护、真空、气维护等方法。气维护等方法。School of Materials Science&Engineering熔化焊熔化焊金属熔化金属熔化-混合混合-凝固。凝固。School of Materials Science&Engineering固相焊固相焊焊接过程中无液相参与过程。焊接过程中无液相参与过程。尚有一些分类边境模糊的焊接方法，如尚有一些分类边境模糊的焊接方法，如闪光电阻对焊、瞬时液相分散焊等。闪光电阻对焊、瞬时液相分散焊

11、等。School of Materials Science&Engineering钎焊钎焊Filler metal:brass or solderBase metal低熔点填料熔化低熔点填料熔化-凝固。凝固。软钎焊软钎焊soldering低于低于450 C所进展的钎焊为软钎焊所进展的钎焊为软钎焊，而我国常将，而我国常将350 C作为分界限。作为分界限。硬钎焊硬钎焊brazing 硬钎焊的钎料熔点高于硬钎焊的钎料熔点高于450C，接头强度较高大，接头强度较高大于于200 MPa。School of Materials Science&Engineering电弧焊氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体维

12、护电弧焊、电弧焊氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体维护电弧焊、等离子弧焊、气体维护焊等离子弧焊、气体维护焊以电阻热为能源：电阻焊、电渣焊、高频焊以电阻热为能源：电阻焊、电渣焊、高频焊高能束焊电子束焊、激光焊高能束焊电子束焊、激光焊钎焊：软钎焊、硬钎焊；钎焊：软钎焊、硬钎焊；以化学能为焊接能源：气焊、气压焊、爆炸焊；以化学能为焊接能源：气焊、气压焊、爆炸焊；以机械能为焊接能源：摩擦焊、冷压焊、超声波焊、分散焊以机械能为焊接能源：摩擦焊、冷压焊、超声波焊、分散焊1焊接热源焊接热源 School of Materials Science&Engineering焊接焊接固相焊固相焊钎焊钎焊熔化焊熔化焊电

13、弧焊电弧焊 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 分散焊分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氧乙炔焊氧乙炔焊铝热剂焊铝热剂焊激光焊激光焊电子束焊电子束焊软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊 School of Materials Science&Engineering根据能量的方式与维护方式，焊接方法分为：根据能量的方式与维护方式，焊接方法分为：1固相焊；固相焊；2热化学焊；热化学焊；3电阻焊；电阻焊；4无维护电弧焊；无维护电弧焊

14、；5焊剂维护电弧焊；焊剂维护电弧焊；6气维护电弧焊；气维护电弧焊；7辐射能焊辐射能焊熔焊熔焊2焊接条件焊接条件 School of Materials Science&Engineering3接头类型接头类型对接：丝对接、板对接、棒对接等对接：丝对接、板对接、棒对接等角接：丁字角接，十字角接等角接：丁字角接，十字角接等搭接：丝搭接、板搭接等搭接：丝搭接、板搭接等 School of Materials Science&Engineering平焊：平焊：立焊；立焊；仰焊：仰焊：4 焊接位置焊接位置 对接：开坡口、不开坡口；对接：开坡口、不开坡口；角接：内角、外角、搭接等。角接：内角、外角、搭接等

15、。5 接头型式接头型式 School of Materials Science&Engineering1,2,3,4:对接焊缝，开坡口对接焊缝，开坡口55a,5b:对接焊缝，不开对接焊缝，不开坡口坡口6,7,8,14:内角焊缝内角焊缝9:重力嵌缝重力嵌缝10,11:外角焊缝外角焊缝12,13:搭接焊缝搭接焊缝15:塞焊焊缝塞焊焊缝1,5a,6,9,11,12:平焊或平焊或下焊下焊2,5b,8,10,13:仰焊仰焊3:平平/立焊立焊4,7:立向上焊立向上焊14:立向下焊立向下焊 School of Materials Science&Engineering School of Materials

16、 Science&Engineering School of Materials Science&Engineering焊接技术的命名顺序：焊接技术的命名顺序：1维护的方式；维护的方式；2热源或能量源的种类；热源或能量源的种类；3接头类型。接头类型。氩气维护钨极电弧焊、真空电子束焊、氩气维护钨极电弧焊、真空电子束焊、电阻点焊等电阻点焊等如：如：焊接方法称号通常可以简单说，如焊接方法称号通常可以简单说，如二氧化碳焊二氧化碳焊二氧化碳气体维护电弧焊；二氧化碳气体维护电弧焊；手弧焊手弧焊手工药皮焊条电弧焊等。手工药皮焊条电弧焊等。School of Materials Science&Enginee

17、ring这些加工往往伴随焊接与衔接；这些加工往往伴随焊接与衔接；运用的设备一样或类似。运用的设备一样或类似。与焊接相近的加工技术，如堆焊、喷镀、热切割等。与焊接相近的加工技术，如堆焊、喷镀、热切割等。School of Materials Science&Engineering焊接是一门新兴的同时又是一门古老的技术。焊接是一门新兴的同时又是一门古老的技术。从历史上说，它在从历史上说，它在30003000年以前就有记载年以前就有记载 ，但真，但真正成为一门重要的制造技术，是最近百年的事。正成为一门重要的制造技术，是最近百年的事。1.3 1.3 焊接技术开展历程焊接技术开展历程 School of

18、 Materials Science&Engineering焊接技术的开展历程大致分成三个阶段：焊接技术的开展历程大致分成三个阶段：第一次工业革命前，以炭火加热的锻焊、第一次工业革命前，以炭火加热的锻焊、钎焊等为代表；钎焊等为代表；第一次工业革命到二次世界大战前，以第一次工业革命到二次世界大战前，以手工电弧焊和电阻焊等为代表；手工电弧焊和电阻焊等为代表；二次世界大战后，以气电焊、激光焊等二次世界大战后，以气电焊、激光焊等为代表。为代表。School of Materials Science&Engineering古代锻焊制品古代锻焊制品花钢花钢 School of Materials Scie

19、nce&Engineering汽车车体电阻点焊装配消费线汽车车体电阻点焊装配消费线 School of Materials Science&Engineering1881 碳弧熔化焊英国1886 电阻焊英国1890 金属弧英国1908 电渣焊ESW；俄罗斯美国乌克兰 1909 等离子焊接 PAW；德国美国 1920 钨极惰性气体维护电弧焊 TIG，GMAW；美国 1930 螺柱焊；美国 1930 熔化极惰性气体维护电弧焊 MIG；美国 1930 埋弧焊 SAW；美国 1953 活性气体维护电弧焊 MAG，GMAW；俄罗斯1970激光焊接 LBW；英国 1991 搅拌摩擦焊 FSW 英国 焊接技

20、术方法的发明年代焊接技术方法的发明年代 School of Materials Science&Engineering电阻焊 1856年，年，James Joule初次胜利用电阻加热法对一捆铜丝初次胜利用电阻加热法对一捆铜丝进展了熔化焊接。进展了熔化焊接。1886年，年，Elihu Thomson制造了首台焊接变压器，随后制造了首台焊接变压器，随后又发明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机。又发明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机。1964年，年，Unimation消费的首批用于电阻点焊的机器人在通消费的首批用于电阻点焊的机器人在通用汽车公司运用。目前仍广泛运用于汽车工业和对其它许多用汽

21、车公司运用。目前仍广泛运用于汽车工业和对其它许多金属片的焊接上。金属片的焊接上。School of Materials Science&Engineering电弧焊 1810年，年，Humphrey Davy在电路的两极造了一个稳定的电在电路的两极造了一个稳定的电弧弧电弧焊的根底。电弧焊的根底。1881年，年，Nikolai Benardos在碳极和工件间产生了电弧，在碳极和工件间产生了电弧，金属棒或金属丝可以送进这个电弧并熔化。金属棒或金属丝可以送进这个电弧并熔化。1890年，年，Benardos进一步完善了这一焊接法，用金属棒替进一步完善了这一焊接法，用金属棒替代碳棒作为电极，焊接过程中电

22、极熔化，充任热源和填充金代碳棒作为电极，焊接过程中电极熔化，充任热源和填充金属。属。1907年，年，Oscar Kjellberg发明了涂层焊条，使焊缝质量显著发明了涂层焊条，使焊缝质量显著改善，电焊技术得到突破。改善，电焊技术得到突破。School of Materials Science&Engineering一战期间，舰船等配备的需求刺激了一批廉价、快捷的焊接技术的开展；二战期间，航空业有色金属镁、铝衔接的需求刺激了新的焊接技术的产生。School of Materials Science&Engineering1801年,Humphrey Davy在首批电弧实验中运用电池作为电源。Be

23、nardos在碳弧焊实验中运用一台22马力的蒸汽机驱动直流电机，用150个电池来发电。单是电池的总分量就到达2400kg。Thomson在发明电阻焊机时运用了变压器。Oscar Kjellberg运用110V直流电压电源，他让电流经过一个装满盐水的桶，从而把电流减小到适当的程度。1905年，德国AEG公司消费了焊接发电机。由三相异步电动机驱动，其特性适宜焊接，重1000kg,电流250A。焊接设备的开展焊接设备的开展 19世纪末以前没有出现电焊的缘由之一就是缺乏适宜的电源。世纪末以前没有出现电焊的缘由之一就是缺乏适宜的电源。School of Materials Science&Enginee

24、ring直流电直到20世纪20年代才适宜用于电弧焊。焊接变压器很快变得受欢送，由于它的价钱较廉价，耗费能源相对较少。20世纪50年代末，固体焊接整流器问世。最初运用的是硒整流器，接着很快出现了硅整流器。以后，硅可控整流器的出现实现了电子控制焊接电流。这些整流器如今都普遍运用，尤其是用于大型焊接电源。焊接逆变器的出现是在电源上最引人注目的开展。伊萨首个逆变器模型造于1970年。但是逆变器在1977年以前没有普遍用于工业。1984年，伊萨推出140A“Caddy 牌逆变器，分量只需8kg。School of Materials Science&Engineering早期焊机早期焊机现代焊机现代焊机

25、 School of Materials Science&Engineering上世纪上世纪7070年代出现电弧焊机器人。年代出现电弧焊机器人。School of Materials Science&Engineering焊接工艺的开展焊接工艺的开展F 提高焊接效率：提高焊接效率：加拿大人加拿大人John Church运用了快速送丝速度和混合运用了快速送丝速度和混合维护气体，在运用同样的焊接设备下，熔化极惰性维护气体，在运用同样的焊接设备下，熔化极惰性气体维护电弧焊接速度提高一倍。气体维护电弧焊接速度提高一倍。在同一熔池内运用两根焊丝的焊接法在同一熔池内运用两根焊丝的焊接法双丝焊或双丝焊或双芯

26、焊，实验证明更富有效果。双芯焊，实验证明更富有效果。最新高效焊接法是混合焊最新高效焊接法是混合焊这种方法结合了两种这种方法结合了两种不同的工艺。激光熔化极惰性气体维护电弧焊焊接不同的工艺。激光熔化极惰性气体维护电弧焊焊接速度极快，熔深大。速度极快，熔深大。School of Materials Science&EngineeringF 节约能源和资料：节约能源和资料：窄间隙焊接，焊既节省时间，又节省耗材，减少了窄间隙焊接，焊既节省时间，又节省耗材，减少了热影响区焊接的变形。热影响区焊接的变形。“太空焊接技术太空焊接技术 ，电极端部开小孔，处理放电分，电极端部开小孔，处理放电分散的问题：比传统焊接方法省电；减少金属飞溅；散的问题：比传统焊接方法省电；减少金属飞溅；School of Materials Science&Engineering钢板的平焊对接钢板的平焊对接