焊接工艺创新设计与智能化生产新技术、质量检验控制新规范实务全书.pdf

第一篇
焊接工艺创新设计基础技术与焊
接材料质量检测、设备选型
! 第第一一章章
焊接的基本概念与
技术发展简史
机械制造工业是国民经济的基础工业,它决定着整个。焊接技术则是机械制造工业中的关键技术之一。例如很多工业产
品以及能源工程、海洋工程、航空航天工程、石油比工工程等,无不依靠机
械制造工业提供装备。对于各种压力容器、核反应堆器件、宇航运载工具等
产品,如不采用焊接技术,产品就不可能制造出来。随着近代科学技术的迅
猛发展,对结构和材料的要求越来越高,如造船和海洋工程要求解决大面积
拼板、大型立体框架结构自动焊及各种低合金高强钢的焊接问题;石油化学
工业要求解决各种耐高温、耐低温及耐各种腐蚀性介质的压力容器焊接;航
空航天工业中要求解决铝、钛等轻合金结构的焊接;重型机械工业中要求解
决大截面构件的拼接;电子及精密仪表制造工业要求解决微型精密焊件的焊
接。可见,现代工业及科学技术的发展促进了焊接技术的发展,同时为焊接
技术的发展提供了广阔的空间天地。
第一节焊接的定义
一、焊接定义
焊接是通过加热或加压或两者兼用,可以用或不用填充材料,使焊件达
到原子结合的一种加工方法。
焊接的本质是使两个分离的物体产生原子间结合,使之连接成一体的连
接方法。
金属等固体所以能保持固定的形状,是因为其内部原子之间距离(晶
第一篇焊接工艺创新设计基础技术与焊接材料质量检测、设备选型
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
格)十分小,原子之间形成了牢固的结合力。怎样才能实现焊接过程呢?从
物理本质上讲,就是使两个被连接的固体金属表面上的原子彼此接近到金属
晶格距离(!"# $ !"%&&)时,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。即使经过精加工的金属表
面,实际上也有凹凸不平之处。由于金属表面存在着氧化膜及水、油污等吸
附层,这些因素都会阻碍金属表面紧密接触。为了克服阻碍金属表面紧密接
触的各种因素,在焊接工艺上采取以下两种措施(’)对破焊金属施加压力,
破坏接触及面的氧比膜,使连接处产生局部塑性变形,增加有效接触面积,
从而使之紧密接触(()对被焊金属加热) 使连接处达到塑性或熔化状态,使
接触面的氧化膜迅速破坏,降低金属变形的阻力,增加原子的振动能,促进
扩散、再结晶的比学反应和结晶过程的发展。
二、焊接的优点
焊接与螺钉连接、铆接、铸件及锻件相比具有下列优点:
(’)节省金属材料、减轻结构重量,且经济效益好。
据统计,焊接结构比铆接结构重量可减轻’%* $ (!*,比铸件轻#!* $
+!*,比锻件轻#!*。
(()简化了加工与装配工序,生产周期短,生产效率高。
(#)结构强度高,接头密封性好。
采用轧制材料的焊接结构的材质一般比铸件好。即使不用轧材,用小铸
件拼焊成大件,小铸件的质量也比大铸件容易保证。
焊接结构接头密封性比铆接和铸件高得多。因此,焊接的容器能充分满
足高温、高压条件下对强度和密封性的要求。
(+)为结构设计提供较大的灵活性。可以按结构的受力情况优化配置材
料,按工程需要在不同部位选用不同强度、不同耐磨、耐腐蚀及耐高温等性
能的材料。例如,大型齿轮的轮缘可用高强度的耐磨优质合金钢,而其它部
分则可用一般钢材来制造,这样既提高了齿轮的使用寿命,又节省了优质钢
材。
(%)用拼焊的方法可以大大突破铸锻能力的限制,可以生产特大型锻—
焊、铸—焊结构,提供特大、特重型设备、毛坯,促进了国民经济的发展。
(,)焊接工艺过程容易实现机械化和自动化。
· ! ·
第一章焊接的基本概念与技术发展简史
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
第二节焊接的特点
一、焊接结构的应力集中变化范围比铆接结构大
铆钉孔周围的应力集中系数变化较小,而焊缝除了起着连接焊件的作用
外,还与基本金属组成一个整体,并能在外力作用下与它一起变形。因此,
焊缝的形状和焊缝的布置必然会影响应力的分布,使应力集中在较大的范围
内变比。应力集中对结构的脆性断裂和疲劳有很大的影响。采取合理的工艺
和设计,可以控制焊接结构的应力集中,提高其强度和寿命。
二、焊接结构有较大的焊接应力和变形
绝大多数焊接方法部采用局部加热,经焊接后的焊件不可避免地在结构
中会产生一定的焊接应力和变形。焊接应力和变形不但可能引起工艺缺陷,
而且影响结构的承载能力(