过程设备制造及安装第一章绪论

过程设备焊接主讲：李淑华电话：[phone]地点：东北石油大学2013-02-20绪论焊接是一种重要的金属加工工艺。随着科学技术的发展，它已发展成为一门独立的科学，并广泛应用于航空、航天、原子能、化工、造船、海洋工程，电子技术、机械制造等工业部门。在工业现代化的过程中，它占有重要的地位。一、焊接技术的发展现状焊接技术是十九世纪末叶二十世纪初发展起来的。由于它具有一系列技术和经济上的优越性，所以发展很快，现在已经有几十种焊接方法。二十世纪六十年代后，随着工业的发展，焊接新能源的开发和焊接新工艺的应用达到了一个新的水平。除生产效率较高的埋弧自动焊以外，厚板结构的电渣焊、高效率的气电焊、真空电子束焊、激光焊、以及等离子弧焊接和切割等已经日益广泛地应用到各个工业部门。此外，近年来正在研究离子束焊接和光束焊接，其中包括太阳能焊接。在焊接机械化和自动化方面也有很大的发展，尤其是在各种自动化生产线和各种焊接机械人等。从应用方面看，采用焊接技术制造了各种大型桁架结构，巨型油轮，大型LNG运输船，15万立方米的大型储罐，高温高压（3000大气压）设备，大型航母，核电设备，航空航天等，焊接技术得到了广泛应用。二、焊接过程的物理本质焊接：被焊工件的材质（同种或异种），通过加压或加热或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。焊接与其它连接方式不同：宏观上：永久性的不可拆卸的接头。微观上：原子之间结合力（金属键），即组织之间的内在联系。金属是靠金属键结合在一起的。大多数金属原子间距离RA=0.3~0.5nm结合力最大。从理论上讲，将被联接的固体金属表面接近到0.3~0.5nm（3~5Å），就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。一般情况下，金属表面总是不平整的：①表面平面度：精密磨削加工，几或几十微米1m=103mm=106µm=109nm=1010Å1µm=103nm=104Å3~5Å②难免有氧化膜、油污和水分等吸附层，阻碍焊接两分离表面接近。放大d要求达到：0.3~0.5nm10m因此：采取必要的措施。d氧化物二、焊接过程的物理本质克服接触表面的氧化膜，克服接触表面的凹凸不平，形成原子或分子之间的结合和扩散造，成永久性的连接。焊接工艺上采取两种措施：1.加压破坏接触表面的氧化膜，是结合处增加有效的接触面积。2.加热达到塑性或熔化状态，氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力增加原子振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。3.加热和加压每种金属实现焊接所必须的最低温度和压力之间都存在着一定的关系，对于纯铁来讲：金属加热的温度越低，实现焊接所需的压力就越大。Ⅰ区：温度TT1时，压力必须在AB线以上（Ⅰ区）才能实现焊接；高压焊Ⅱ区：温度T在T1~T2时，压力应在BC线以上（Ⅱ区）才能实现焊接；电阻焊、扩散焊Ⅲ区：温度TTM(熔化温度)时，实现焊接的压力为零，这就是熔化焊的情况；Ⅳ区：不能够实现焊接。由此可对焊接进行分类：三、焊接的分类焊接熔化焊：压力焊：钎焊：利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个连接表面的不平度，除去氧化膜及其它污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法。利用一定的热源，使构件的被连接部位局部熔化成液体，然后再冷却结晶成一体的方法称为熔焊。采用熔点比母材低的材料作钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点、但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料充满接头间隙，熔化钎料润湿母材表面，冷却后结晶形成冶金结合。加热压力焊钎料加压熔化焊钎焊•表l焊接焊基本方法分类•1.熔化焊•气焊、电弧焊、铝热焊、电渣焊、电子束焊•2.压焊•锻焊、冷压焊、超声波焊、电阻焊（点焊、缝焊、凸焊、对焊），爆炸焊、摩擦焊•3.钎焊•火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊、电子束钎焊熔化焊：电弧焊气焊铝热焊电渣焊电子束焊激光焊电阻点焊电阻缝焊根据热源来分类电弧焊：熔化极电弧焊CO2焊埋弧焊熔化极气体保护焊(GMAW)钨极氩弧焊（GTAW）等离子弧焊非熔化极电弧焊螺柱焊手工电弧焊电弧焊电源电极工件三、焊接技术的发展历程1801年--电弧放电现象迪威发现了电弧放电现象，这是近代焊接技术的起点。(绝缘击穿、暗放电、辉光放电、电弧放电)1885年-----碳极电弧俄国人发明的碳极电弧，可以称作是电弧作为工业热源的一个伟大的创始。•1891年----金属极电弧•俄国人提出以金属电极取代碳电极的金属极焊接法，最初是在空气中产生金属极(铁)电弧进行焊接，焊接区质量用现在的知识判断是不合格的。•1907年瑞典人发明了焊条，并于1912年开发出保护性能良好的厚涂层焊条，确立了焊条电弧焊技术的基础。•1920年英国全焊接船已下水使用。•1935年开发了埋弧焊。埋弧焊方法是向颗粒状焊剂中连续送进钢制焊丝，电弧放电所需电流从导电嘴供给，这种电流供给方式成为现在自动焊的原形。–1930年以后以美国为中心把钨电极与氦气相组合，进行了气体保护钨电极电弧焊接法的研究。适用对象是镁及不锈钢薄板(1940年)。–对于铝合金，由于表面氧化膜的存在，焊接困难。•1945年----阴极雾化•知道了电弧放电的阴极具有去除氧化膜的作用，随后出现了以铝合金为对象的交流TIG焊接法、在氩气保护气氛中采用铝焊丝的直流金属极MIG焊。•1885年-----碳极电弧•1891年-----金属极电弧焊•1907年-----薄药皮焊条•1912年-----厚药皮焊条•1935年-----埋弧焊•1940年-----TIG焊•1945年-----MIG焊•1953年-----CO2电弧焊•1957年-----等离子弧焊•同时也相继出现了其它形式的焊接方法:•1886年电阻焊•1901年氧乙炔焊•1951年电渣焊•1956年超声波焊•1956年电子束焊•1957年摩擦焊•1963年爆炸焊•1965年脉冲激光焊•1970年连续激光焊•电弧焊和电阻焊几乎是同时点发展起来的，焊接技术开始大规模的工业应用是二十世纪二十年代、三十年代。电弧焊60%焊条电弧焊气体保护非熔化极电弧焊气体保护熔化极电弧焊埋弧焊(称为SAW焊接)自保护电弧焊(比如药芯焊丝焊接)螺柱焊钨极氩弧焊(称为GTAW或TIG焊)等离子弧焊接(称为PAW焊)熔化极氩弧焊(称为MIG焊)CO2电弧焊(称为CO2焊)混合气体保护熔化极电弧焊(MAG焊)熔化极等离子弧焊接①焊条电弧焊SMAWShieldedMetalArcWelding图1焊条电弧焊原理②钨极氩弧焊（TIG焊）GTAW---GasTungstenArcWeldingTIG焊---TungstenInertGas非熔化极焊接多使用钨电极作为电弧的一极，并且更多的情况是使用氩气进行保护，因此被称作钨极氩弧焊。③等离子弧焊接PAW(PlasmaArcWelding-----PAW)等离子弧焊接法是以TIG焊方法为基础，其特征是利用喷嘴对气体保护的钨极电弧进行拘束，形成更高密度的能量源。④气体保护金属极电弧焊（GMA）GMA----GasMetalArcMIG焊----MetallnertGas（惰性气体保护金属极电弧焊）（熔化极氩弧焊）C02焊----在使用二氧化碳气体作为保护气时，称作C02气体保护电弧焊。（C02焊）MAG----MetalActiveGas（混合气体保护金属极电弧焊）所以GMA焊接是MIG焊、C02焊、MAG焊的统称，在我国通常称作气体保护熔化极电弧焊。⑤埋弧焊方法(SAW)(SubmergedAreWelding)⑥自保护电弧焊方法(SelfShieldedArcWelding)自保护电弧焊接法与焊条电弧焊、埋弧焊一样，是采用焊剂进行保护的电弧焊接法。采用焊剂·焊丝一体的药芯焊丝(flux-coredwire)，在焊丝与母材间引燃电弧进行焊接。⑦螺柱焊方法(ArcStudWelding)•螺柱焊是把螺栓或棒材熔化接合到母材上的方法，一般采用下述的2种方式进行：•把螺柱与母材接触，随后拉起引燃电弧。当螺柱及母材达到适当的熔化状态时，把螺柱压到母材中，焊接就结束了。套环起到隔离空气、保护电弧及焊接区的作用。•是采用导电药室的方法，通电后赤热的药室起到引燃电弧的作用。焊接技术的应用•目前全世界年产量45%的钢和大量的有色金属都是通过焊接加工形成产品的。60%以上是电弧焊。•今天，几乎所有部门（机械制造、石油化工、交通能源、冶金、电子、航海航天航空等）都离不开焊接技术。•焊接技术的发展水平是衡量一个国家科学技术先进程度的重要标志之一。焊接技术的应用行业==汽车焊接技术的应用行业==航天DeltaII焊接技术的应用行业==航空焊接技术的应用行业==铁路、工程机械焊接技术的应用行业==造船焊接技术的应用行业==电站、化工、管道•非熔化极•熔化极GTAWPlasmaarcweldingSMAWGMAWStudweldingSAW焊接应用录像MIG钎焊资料来源：ABB上海公司焊接应用录像搅拌摩擦焊接资料来源：TWI四、焊接课程内容1、焊接电源讲解各种电焊机2、焊接冶金学讲解焊接原理：焊接热过程；焊接化学冶金过程；焊条焊剂；焊接热影响区；焊接裂纹等3、金属焊接性各种金属材料的焊接（碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铸铁、铝、铜、钛）、殷瓦钢焊接4、电弧焊焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护电弧焊、等离子焊接与切割、自保护焊等焊接方法及工艺5、压力焊电阻焊（点焊、缝焊、凸焊）、闪光对焊、摩擦焊。。6、焊接结构力学焊接应力与变形7、焊接检验无损检测：表面探伤（荧光、磁粉、着色）、超声波、射线、声发射。。8、焊接区断口金相分析9、钎焊真空钎焊、盐浴钎焊、炉中钎焊。。10、特种焊接激光焊接、水下焊接、超声波焊接、新能源、混合能源焊接五、参考书1、《过程设备焊接》作者冯兴奎化学工业出版社.2003年2、《电弧焊基础》哈工大杨春利哈尔滨工业大学出版社2005年3、《焊接方法及设备》作者雷世明机械工业出版社.2007年4、《电弧焊》北航胡特生机械工业出版社.2005年5、《焊接工艺理论与技术》作者韩国明机械工业出版社.2008年6、《焊接冶金学》（基本原理）天大张文钺机械工业出版社.20087、《焊接冶金学》（金属焊接性）吉大周振丰机械工业出版社.20088、《焊接手册》第一分册；第二分册；第三分册机械工业出版社六、补充内容录像1、中国一重2、西气东输3、焊接博览会4、球罐制造