材料成形原理焊接原理概述

材料成形原理焊接原理概述第1页，课件共35页，创作于2023年2月参考文献崔忠圻。金属学与热处理（铸造、焊接专业用）。机械工业出版社1989年11月（预备知识）。邹家生。材料连接原理与工艺。哈尔滨工业大学出版社，2005年2月（重点参考）RobertW,MesslerJr.JoiningofMaterialsandStructures-JoiningofMaterialsandStructures.ElsevierButterworth–Heinemann200WheelerRoad,Burlington,MA01803,USA.LinacreHouse,JordanHill,OxfordOX28DP,UK冯端，等。金属物理学（第一至第四卷）。科学出版设，1987年11月（拓展提高）材料成形原理-焊接原理 2第2页，课件共35页，创作于2023年2月第一章序论1.1连接与人类历史自石器时代至今天连接始终是人类制造业中最为重要的工艺过程之一材料成形原理-焊接原理（序论） 3第3页，课件共35页，创作于2023年2月在通常意义上，连接是指将零、部件组合成一个（连续）整体的工艺过程，其所获得的整体具备各被连接零、部件没有的功能或复合功能。连接所关心的核心问题是那些具备固有微观结构与宏观性能的被连接材料在连接过程中的演变，以及所构建连接结构的组织与力学特征。材料成形原理-焊接原理（序论） 41.2连接的定义、目的及基本分类1.2.1连接的定义第4页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.1Welding,usingavarietyoffusionwelding,predominantlyconsumableelectrodeprocesses,isusedalmostexclusivelyinshipconstruction.Rollproduct(e.g.,plateandbeams),forgings,andcastingsareallweldedtoprovidestructuralintegrity,structuralefficiency,andleaktightness.Inmostshipyardspartsarejoinedtocreatelargepre-fabricatedmodules,whicharethenjoinedtoproducetheship,heretheaircraftcarrierReagan.大型结构材料成形原理-焊接原理（序论） 5第5页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.2Modernmanufacturingoftenbenefitswhenlabor-intensive,quality-criticalassemblyisautomated,asexemplifiedintheautomobileindustrybyroboticwelding.(CourtesyofDaimlerChryslerAG,Stuttgart,Germany,withpermission.)中型结构材料成形原理-焊接原理（序论） 6第6页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.3Weldingisalsousedformicrojoiningforavarietyofapplicationsandindustries.Here,verythinkovarsheetsarespot-filletweldedbylaser-beamweldingtoproducetheminutelapjointsshown.(CourtesyofSandiaNationalLaboratories,Albuquerque,NM,withpermission.)微小结构材料成形原理-焊接原理（序论） 7第7页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.4Typicallargeweldedstructuresatapetrochemicalplant.Notetheboltedthick-sectionpipes,valves,andfittingsattheleftandrightoftheweldedtowers,asshowninaclose-upinFigure2.3.(CourtesyofMarathonAshlandPetroleumLLC,Findlay,OH,withpermission.)金属材料材料成形原理-焊接原理（序论） 8第8页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.5Typicaluseofmanualironsolderinginindustry.(CourtesyoftheIBMCorporation,Poughkeepsie,NY,withpermission.)Figure1.6Anexampleofafriction-weldedceramicassembly.(CourtesyoftheEdisonWeldingInstitute,Columbus,OH,withpermission.)陶瓷+金属材料成形原理-焊接原理（序论） 9第9页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.7Theuseofthermalbonding,aswellasadhesivebonding,iscommonplaceintheassemblyofthermoplasticmonolithicandreinforcedcompositesusedinmilitaryaircraft.(CourtesyofNorthropGrummanCorporation,withpermission.)复合材料材料成形原理-焊接原理（序论） 10第10页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.8Inananalogtowelding,alaserbeamcanbeusedtoreattachadetachedretina,withtheheatofthelasercausingjoiningbycoagulatingprotein.(CourtesyofJuliaA.Haller,M.D.,TheJohnsHopkinsHospital,Baltimore,MD,withpermission.)生物材料材料成形原理-焊接原理（序论） 11第11页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.9Hugeoffshoredrillingplatforms,servingasself-sufficient‘‘citiesatsea,’’useweldingextensivelyintheirland-basedconstruction,on-siteerection,andaboveandbelowwaterrepair.(CourtesyofMaterials&WeldingTechnology,Houston,TX,withpermission.)VA,withpermission.)Figure1.10Underwaterarcweldingisnecessaryforbothconstructionandrepair.Here,adiverisshownarc-repairweldinganobviouslyovergrownsteelstructure.(CourtesyofDave’sDiving&Offshore,inmemoryofChrisMourtinson,MorganCity,LA,withpermissionofDavidGilbert.)海材料成形原理-焊接原理（序论） 12第12页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.11Weldingisusedtoconstructoverlandpipelinesinallkindsofclimates,includingfrozentundraorscorchingdeserts,asshownhere.(CourtesyofBechtelCorporation,SanFrancisco,CA,withpermission.)陆材料成形原理-焊接原理（序论） 13第13页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.12Ashumansventurefartherandstaylongerinouterspace,joiningbyspeciallyadaptedconventionalprocessesaswellasyet-to-be-developedprocesseswillbeanecessity.Here,anastronautassemblesnewpartsontoaportionoftheInternationalOrbitingSpaceStation.(CourtesyoftheNationalAeronauticsandSpaceAdministration,Washington,DC,withpermission.)天材料成形原理-焊接原理（序论） 14第14页，课件共35页，创作于2023年2月材料成形原理-焊接原理（序论） 151.2.2连接的目的（1）功能：获得单一工艺方法（例铸造、锻压、粉末冶金、机加）无法获得的大尺寸或复杂结构构件；制备具有多功能耦合的多种材料复合体。（2）可制造性：利用已有构件和材料达到整体结构构造的有效性；获得单一工艺方法无法获得的大尺寸或复杂结构构件将适合的材料用于适合的位置，优化选择；充分利用材料，尽量减少材料的消耗。（3）成本（4）美学重要性第15页，课件共35页，创作于2023年2月1.2.3连接的基本分类连接（Joining）机械连接（MechanicalFasteners,Riveting）粘接（AdhesiveBondingandCementing）焊接（Welding,Braze,solderanddiffusionbonding）机械力（弹、塑性畸变）强度低、非密封范德华力、氢键强度低、密封金属键，共价键，离子键强度高、密封材料成形原理-焊接原理（序论） 16第16页，课件共35页，创作于2023年2月1.3材料焊接成型的物理本质1.3.1焊接基本方法材料成形原理-焊接原理（序论） 17第17页，课件共35页，创作于2023年2月焊接方法分类熔焊压焊钎焊电弧焊气焊铝热焊电渣焊电子束焊激光焊电阻点（缝）焊熔化极手工电弧焊氩弧焊(MIG)埋弧焊(SAW)CO2焊螺柱焊非熔化极钨极氩弧焊(TIG)等离子弧焊(PAW)原子氢焊摩擦焊扩散焊爆炸焊超声波焊冷压焊电阻焊、闪光对焊材料成形原理-焊接原理（序论） 18第18页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.13气体保护钨极电弧焊（Gas-TungstenArcWelding;GTAW）。示意图(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.9,page202,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序论） 19第19页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.14气体保护熔化极电弧焊（gas-metalarcwelding;GMAW）示意图。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.16,page208,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序论） 20第20页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.15手工电弧焊（shieldedmetalarcwelding;SMAW）示意图。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.18,page211,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序论） 21第21页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.16药芯焊丝电弧焊（flux-coredarcwelding;FCAW）示意图。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.19,page213,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序论） 22第22页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.17埋弧焊（submergedarcwelding;SAW）示意图。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.20,page213,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序论） 23第23页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.18电渣焊（electroslagwelding;ESW）示意图。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Figs.6.21and6.22,page215,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序论） 24第24页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.19电阻点焊（resistancespotwelding;RSW）示意图。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.24,page218,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序论） 25第25页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.20(a)爆炸焊示意图（explosionwelding;EXW）；(b)爆炸焊典型形貌。（ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.28,page224,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993）材料成形原理-焊接原理（序论） 26第26页，课件共35页，创作于2023年2月Figure1.21(a)摩擦焊（frictionwelding;FRW）示意图；(b)典型摩擦焊接头。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.29,page225,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序论） 27第27页，课件共35页，创作于2023年2月1.3材料焊接成型的物理本质1.3.2焊接的定义两种或两种以上的材料，在添加或不添加填充材料的条件下，通过加热、加压，或二者并用的外场形式，并借助物质迁移过程，消除接触表面、形成永久性、致密、高强接头的物理化学过程。材料成形原理-焊接原理（序论） 28第28页，课件共35页，创作于2023年2月1.3.3不同焊接方法所需外场（温度、压力）σs2σs3σs4σsTmTb激光电子束电弧电渣气焊扩散接触超声冷压磁脉冲爆炸磨擦0.111010010000.111010010000.010t/sP图1-22不同焊接方法作用温度、压力及过程持续时间的对比材料成形原理-焊接原理（序论） 29第29页，课件共35页，创作于2023年2月1.3.4焊接的物理本质图1-24固-固硬球结构模型图1-23固-液硬球结构模型材料成形原理-焊接原理（序论） 30第30页，课件共35页，创作于2023年2月则两原子间的相吸力为图1-2原子间作用力与距离关系1—斥力；2—引力；3—合力材料成形原理-焊接原理（序论） 31莱纳德-琼斯势Lennard-Jones按求极限法则可得到与最大净作用力对应的原子间距为标准的莱纳德-琼斯势，m=6，n=12，An、Am的数据可以根据点阵参数和