材料连接技术2

1、材料连接技术材料连接技术Materials Welding and Joining Techniques 赵兴科赵兴科课程编号：302706第一章第一章 材料连接技术概述材料连接技术概述1-1 材料连接的原理与分类材料连接的原理与分类1-2 焊接的发展历程焊接的发展历程1-3 常见焊接方法简介常见焊接方法简介1.2 焊接的发展历程焊接的发展历程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3000年以前就有记载 ，但真正成为一门重要的制造技术，是最近百年的事。焊接发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、钎焊等为代表；第一次工业革命到二次世界大战前，以手工电弧焊和

2、电阻焊等为代表；二次世界大战后，以气电焊、激光焊等为代表。1. 焊接技术的发展阶段焊接技术的发展阶段 锻焊在古代锻焊曾是金属连接的唯一方式。古代锻焊制品古代锻焊制品花钢花钢 电焊 电阻焊 1856年，James Joule首次成功用电阻加热法对一捆铜丝进行了熔化焊接。1886年，Elihu Thomson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。 1964年，Unimation生产的首批用于电阻点焊的机器人在通用汽车公司使用。目前仍广泛应用于汽车工业和对其它许多金属片的焊接上。电弧焊 1810年，Humphrey Davy在电路的两极造了一个稳定的电弧电弧焊的基础

3、。1881年， Nikolai Benardos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。1890年， Benardos进一步完善了这一焊接法，用金属棒代替碳棒作为电极，焊接过程中电极熔化，充当热源和填充金属。1907年，Oscar Kjellberg发明了涂层焊条，使焊缝质量显著改善，电焊技术得到突破。o一战期间，舰船等装备的需求刺激了一批廉价、快捷的焊接技术的发展；o二战期间，航空业有色金属（镁、铝）连接的需求刺激了新的焊接技术的产生。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 钨极惰性气体保护电弧焊 TIG，GMAW；

4、 美国 1930 螺柱焊；美国 1930 熔化极惰性气体保护电弧焊 MIG；美国 1930 埋弧焊 SAW； 美国 1953 活性气体保护电弧焊 MAG，GMAW；俄罗斯1970激光焊接 LBW；英国 1991 搅拌摩擦焊 FSW 英国 焊接技术方法的发展1801年, Humphrey Davy在首批电弧实验中使用电池作为电源。Benardos在碳弧焊实验中使用一台22马力的蒸汽机驱动直流电机，用150个电池来发电。单是电池的总重量就达到2400kg。 Thomson在发明电阻焊机时使用了变压器。 Oscar Kjellberg使用110V直流电压电源，他让电流通过一个装满盐水的桶，从而把电流

5、减小到适当的水平。1905年，德国AEG公司生产了焊接发电机。由三相异步电动机驱动，其特性适合焊接，重1000kg, 电流250A。 焊接设备的发展 19世纪末以前没有出现电焊的原因之一就是缺乏合适的电源。世纪末以前没有出现电焊的原因之一就是缺乏合适的电源。直流电直到20世纪20年代才适合用于电弧焊。焊接变压器很快变得受欢迎，因为它的价格较便宜，消耗能源相对较少。 20世纪50年代末，固体焊接整流器问世。最初使用的是硒整流器，接着很快出现了硅整流器。此后，硅可控整流器的出现实现了电子控制焊接电流。这些整流器现在都普遍使用，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发展。伊萨

6、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，重量只有8kg。 早期焊机现代焊机上世纪70年代出现电弧焊机器人。 焊接工艺的发展F 提高焊接效率：提高焊接效率：加拿大人John Church使用了快速送丝速度和混合保护气体，在使用同样的焊接设备下，熔化极惰性气体保护电弧焊接速度提高一倍。在同一熔池内使用两根焊丝的焊接法双丝焊或双芯焊，实验证明更富有成效。最新高效焊接法是混合焊这种方法结合了两种不同的工艺。激光熔化极惰性气体保护电弧焊焊接速度极快，熔深大。 F 节约材料：节约材料：窄间隙焊既节省时间，又节省耗材，减

7、少了热影响区焊接的变形。“太空焊接”技术 ，在棒状的焊接器具尖头部位开了一个直径毫米的小孔，让电流从小孔通过，成功解决了放电扩散的问题。同时，由于电压得以降低，金属不易飞散。该技术也可以在地面使用，比传统焊接方法省电。 材料连接技术材料连接技术Materials Welding and Joining Techniques 赵兴科赵兴科课程编号：302506第一章第一章 材料连接技术概述材料连接技术概述1-1 材料连接的原理与分类材料连接的原理与分类1-2 现代焊接技术的发展历程现代焊接技术的发展历程1-3 常见焊接方法简介常见焊接方法简介电弧焊（氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等

8、离子弧焊、气体保护焊）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）钎焊：软钎焊、硬钎焊：软钎焊、硬钎焊；以化学能为焊接能源：气焊、气压焊、爆炸焊；以机械能为焊接能源：摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊1.3 常见焊接方法简介常见焊接方法简介一、一、电弧焊电弧焊 以电极与工件之间燃烧的电弧作热源。是目前应用最广泛的一类焊接方法。不熔化极电弧焊不熔化极电弧焊熔化极电弧焊熔化极电弧焊手弧焊（手弧焊（SMAW）；）；埋弧焊（埋弧焊（ SAW ）；气体保护电弧焊（气体保护电弧焊（MIG/MAG）；）；药芯焊丝电弧焊（药芯焊丝电弧焊（FCAW）等。等。钨极氩弧焊（钨极氩弧焊（TIG）；

9、）；等离子弧焊（等离子弧焊（ PAW ）等。）等。以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属.涂料在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与周围气体的相互作用。熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。 1. 手弧焊手弧焊焊条电弧焊的电弧能量易于控制，适合所有位置上的焊接，尤其是适合于结构形状复杂，零件小，短焊缝和不规则焊缝的焊接。焊条品种多，易于调整熔敷金属的成分，可适用于大多数工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及其合金。手弧焊设备简单、成本低，维护方便。生产效率低，劳动强度大，劳动条件差。埋弧焊是以连续送时

10、的焊丝作为电极，焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝，熔化的焊剂形成渣壳覆盖在焊缝上，有保护作用。 2. 埋弧焊埋弧焊 生产效率高，焊丝的导电长度小，电流密度可以显著提高，焊透率大。焊缝质量好，保护效果好，自动化程度高；劳动条件好，劳动强度低，无弧光辐射；节约，无焊条尾端，未熔化的焊剂可以重复使用。可焊材料种类、结构尺寸和焊接位置等受限。利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接的。 3. 熔化极气体保护电弧焊熔化极气体保护电弧焊 MIG焊以氩气或氦气等惰性气体为为保护气；MAG焊以氧化性气体

11、为保护气。熔化极气体保护电弧焊的主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接，还可以进行电弧点焊；同时也具有焊接速度较快、熔敷率高等优点。可适用于大部分主要金属，包括碳钢、合金钢。熔化极惰性气体保护焊适用于不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金。5. 药芯焊丝电弧焊药芯焊丝电弧焊 利用连续送进的充填焊剂的管状金属焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，以焊剂高温反应产生的气体和熔渣为保护介质进行的焊接。 这是一种不熔化极气体保护电弧焊，是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。焊接过程中钨极不熔化，只起电极的作用。同时由焊炬的喷嘴送进氩气或氦气作保护。还可根据需要另外添加金属。在国际上通称为TIG焊。

12、5. 钨极气体保护电弧焊钨极气体保护电弧焊 钨极气体保护电弧焊由于能很好地控制热输入，是连接薄板金属和打底焊的一种极好方法。几乎可以用于所有金属的连接，尤其适用于焊接铝、镁这些能形成难熔氧化物的金属以及象钛和锆这些活泼金属。焊缝质量高。焊接速度较慢，效率低，劳动强度大；成本相对较高；对焊前除油、除锈、除水等要求较高；抗风能力差。 等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊。它是利用电极和工件之间地压缩电弧（转移电弧）实现焊接的。所用的电极通常是钨极。产生等离子弧的等离子气可用氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。同时还通过喷嘴用惰性气体保护。焊接时可以外加填充金属，也可以不加填充金属。 6. 等离子弧焊焊等离子弧焊焊 等离子弧焊焊接时，由于其电弧挺直、能量密