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焊接

补充:0  浏览:8729  发布时间:2012-11-8
  焊接焊接是被焊工件的材质(同种或异种),通过加热或加压或两者并用,并且用或不用填充材料,使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。
  焊接过程中,工件和焊料熔化形成熔融区域,熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中,通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种,包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。19世纪末之前,唯一的焊接工艺是铁匠沿用了数百年的金属锻焊。最早的现代焊接技术出现在19世纪末,先是弧焊和氧燃气焊,稍后出现了电阻焊。20世纪早期,随着第一次和第二次世界大战开战,对军用器材廉价可靠的连接方法需求极大,故促进了焊接技术的发展。今天,随着焊接机器人在工业应用中的广泛应用,研究人员仍在深入研究焊接的本质,继续开发新的焊接方法,以进一步提高焊接质量。
  焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程.
  焊接工艺的发展史
  焊接技术是随着铜铁等金属的冶炼生产、各种热源的应用而出现的。古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊、锻焊、铆焊。中国商朝制造的铁刃铜钺,就是铁与铜的铸焊件,其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折,接合良好。
  春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙,是分段钎焊连接而成的。经分析,所用的与现代软钎料成分相近。战国时期制造的刀剑,刀刃为钢,刀背为熟铁,一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著《天工开物》一书记载:中国古代将铜和铁一起入炉加热,经锻打制造刀、斧;用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上,分段煅焊大型船锚。中世纪,在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。
  古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊、钎焊和铆焊的水平上,使用的热源都是炉火,温度低、能量不集中,无法用于大截面、长焊缝工件的焊接,只能用以制作装饰品、简单的工具、生活器具和武器。19世纪初,英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源;1885~1887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳;1900年又出现了铝热焊。20世纪初,碳极电弧焊和气焊得到应用,同时还出现了薄药皮焊条电弧焊,电弧比较稳定,焊接熔池受到熔渣保护,焊接质量得到提高,使手工电弧焊进入实用阶段,电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。也成为现代焊接工艺的发展开端。在此期间,美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度,制成自动电弧焊机,从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊,焊接机械化得到进一步发展。40年代,为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要,钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。
  1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊,成为大厚度工件的高效焊接法。1953年,苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊,促进了气体保护电弧焊的应用和发展,如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。1957年美国的盖奇发明等离子弧焊;40年代德国和法国发明的电子束焊,也在50年代得到实用和进一步发展;60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现,标志着高能量密度熔焊的新发展,大大改善了材料的焊接性,使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。
  其他的焊接技术还有1887年,美国的汤普森发明电阻焊,并用于薄板的点焊和缝焊;缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法,随着缝焊过程的进行,工件被两滚轮推送前进;二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年,美国的琼斯发明超声波焊;苏联的丘季科夫发明摩擦焊;1959年,美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊;50年代末苏联又制成真空扩散焊设备。
  焊接技术的发展趋势
  焊接技术的发展趋势 1、提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力
  提高生产率的途径有二:第一提高焊接熔敷率,例如三丝埋弧焊,其工艺参数分别为220A/33V、1400A40V、1100A45V。采用坡口断面小,背后设置挡板或衬垫,50~60mm的钢板可一次焊透成形,焊接速度可达到,0.4m/min以上,其熔敷率与焊条电弧焊相比在100倍以上,第二个途径则是减少坡口断面及金属熔敷,近十年来最突出的成就就是窄间隙焊接。窄间隙焊接采用气体保护焊为基础,利用单丝、双丝、三丝进行焊接,无论接头厚度如何,均可采用对接形式,例如钢板厚度为50~300mm,间隙均可设计为13mm左右,因此所需熔敷金属量成数倍、数十倍的地降低,从而大大提高生产率。窄间焊接的主要技术关键是看如何保证两侧熔透和保证电弧中心自动跟踪并处于坡口中心线上,为此,世界各国开发出多种不同的方案,因而出现了多种窄间隙焊接法。
  电子束焊,等离子焊,激光焊时,可采用对接接头,且不用开坡口,因此是更理想的间窄隙焊接法,这也是它广泛受到重视的原因之一。
  最新开发成功的激光电弧复合焊接方法可以提高焊接速度,如5mm的钢板或铝板,焊接速度可达2~3m/min,获得好的成形和质量,焊接变形小。
  2、提高准备车间的机械化,自动化水平是当前世界先进工业国家的重点发展方向。
  为了提高焊接结构的生产效率和质量,仅仅从焊接工艺着手有一定的局限性,因而世界各国特别重视车间的技术改造。准备车间的主要工序包括材料运输,材料表面去油,喷砂,涂保护漆;钢板划线,切割,开坡口;部件组装及点固。以上工序在现代化的工厂中均已采用机械化、自动化。其优点不仅是提高了产品的生产率,更重要的是提高了产品的质量。
  3、焊接过程自动化,智能化是提高焊接质量稳定性,解决恶劣劳动条件的重要方向。
  4、新兴工业的发展不断推动焊接技术的前进。
  焊接技术自发明至今已有百多年历史,它几乎可以满足当前工业中一切重要产品生产制造的需要。但是新兴工业的发展仍然迫使焊接技术不断前进。微电子工业的发展促进微型连接工艺的和设备的发展;又如陶瓷材料和复合材料的发展促进了真空钎焊、真空扩散焊。宇航技术的发展也将促进空间焊接技术的发展。
  5、热源的研究与开发是推动焊接工艺发展的根本动力。
  焊接工艺几乎运用了世界上一切可以利用的热源,其中包括火焰、电弧、电阻、超声波、摩擦、等离子、电子束、激光束、微波等等(我司主要以弧焊、电阻焊自动化焊接设备为主),历史上每一种热源的出现,都伴有新的焊接工艺的出现。但是,至今焊接热源的开发与研究并未终止。
  6、节能技术是普遍关注的问题
  众所周知,焊接消耗能量甚大,以焊条电弧焊为例,每台约10KVA,埋弧焊机每台90KVA,电阻焊机可高达上千KVA,不少新技术的出现就是为了实现这一节能目标。在电阻点焊中,利用电子技术的发展,将交流点焊机改成次级整流点焊机,可以提高焊机的功率因素,减少焊机容量,1000KVA的点焊机可以降低至200KVA,而仍能达到同样的焊接效果。近十年来,逆变焊机的出现是另外一个成功的例子,它可以减少焊机的重量,提高焊机的功率因率的控制性能,已广泛应用于生产。
  焊接方法
  焊接技术主要应用在金属母材上,常用的有电弧焊,氩弧焊,CO2保护焊,氧气-乙炔焊,激光焊接,电渣压力焊等多种,塑料等非金属材料亦可进行焊接。金属焊接方法有40种以上,主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。
  熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态,不加压力完成焊接的方法。熔焊时,热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化,形成熔池。熔池随热源向前移动,冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。
  在熔焊过程中,如果大气与高温的熔池直接接触,大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池,还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷,恶化焊缝的质量和性能。 
  压焊是在加压条件下,使两工件在固态下实现原子间结合,又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊,当电流通过两工件的连接端时,该处因电阻很大而温度上升,当加热至塑性状态时,在轴向压力作用下连接成为一体。
  各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程,因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损,和有害元素侵入焊缝的问题,从而简化了焊接过程,也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短,因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料,往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。
  钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料,将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度,利用液态钎料润湿工件,填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散,从而实现焊接的方法。
  焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用,而发生组织和性能变化,这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同,焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象,也使焊件性能下降,恶化焊接性。这就需要调整焊接条件,焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。
  防范措施
  ⑴焊接切割作业时,将作业环境l Om范围内所有易燃易爆一380.
  物品清理干净,应注意作业环境的地沟、下水道内有无可燃液体和可燃气体,以及是否有可能泄漏到地沟和下水道内可燃易爆物质,以免由于焊渣、金属火星引起灾害事故。
  ⑵高空焊接切割时,禁止乱扔焊条头,对焊接切割作业下方应进行隔离,作业完毕应做到认真细致的检查,确认无火灾隐患后方可离开现场。
  ⑶应使用符合国家有关标准、规程要求的气瓶,在气瓶的贮存、运输、使用等环节应严格遵守安全操作规程。
  ⑷对输送可燃气体和助燃气体的管道应按规定安装、使用和管理,对操作人员和检查人员应进行专门的安全技术培训。
  ⑸焊补燃料容器和管道时,应结合实际情况确定焊补方法。实施置换法时,置换应彻底,工作中应严格控制可燃物质的含影实施带压不置换法时,应按要求保持一定的电压。工作中应严格控制其含氧量。要加强检测,注意监护,要有安全组织措施。
  内容摘要:作为一种工业技术,焊接的出现迎合了金属艺术发展对新工艺手段的需要。而在另一方面,金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中,焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。本文对这一技术的出现与运用进行了分析。
  关键词:金属艺术 焊接
  艺术创造与工艺方法永远是密不可分的。作为一种工业技术,焊接的出现迎合了金属艺术发展对新的工艺手段的需要。而在另一方面,金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中,焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。
  金属焊接艺术可以作为一种相对独立的艺术形式以分支的方式从传统的金属艺术中分离出来,这是因为:
  首先,焊接具有艺术性。
  焊接可以产生丰富的艺术创作的表现语言。焊接通常是在高温下进行的,而金属在高温下会产生许多美妙丰富的变化 :金属母材会发生颜色变化和热变形(即焊接热影响区) ;焊丝熔化后会形成一些漂亮的肌理 ;而焊接缺陷在焊接艺术中更是经常被应用。焊接缺陷是指焊接过程中,在焊接接头产生的不符合设计或工艺要求的缺陷。其表现形式主要有焊接裂纹、气孔、咬边、未焊透、未熔合、夹渣、焊瘤、塌陷、凹坑、烧穿、夹杂等。这是个十分有趣的现象 :焊接的艺术性通常体现在一些工业焊接的失败操作之中,或者说蕴藏于一些工业焊接极力避免的焊接缺陷之中。
  其次,焊接艺术语言是独特的。
  上述种种焊接缺陷的表现形式以及焊接热影响区,是通过一定规范下的焊接操作形成的,也只有通过焊接的方式才会产生这些艺术语言。焊接艺术作品的表面效果是其它金属加工工艺无法或者很难实现的,因而说焊接艺术具有独特的艺术性。
  选用不同的金属材料,使用不同的焊接工艺,焊接的艺术性可以在不同的金属艺术形式中发挥得淋漓尽致:
1. 金属焊接雕塑
  在焊接雕塑作品中,焊缝和割痕不是作为一种技术加工的痕迹被动地存在,而是以一种精彩的、不可或缺的表现语言着力地加以体现的。一件焊接雕塑,粗的焊缝裸露在雕塑表面,各种不规则的切割痕迹也变成了艺术家优美的艺术语言……在很多情况下,由于焊接雕塑所追求的粗糙质朴的风格,金属的锈蚀、瑕疵也大多根据作品的需要特意保留,因此,在焊接雕塑中常常可以感觉到一种非雕琢的、原始的美。
  在图2中,雕塑下部的钢板拼接处的焊缝很粗大,从焊接工艺的牢固性来看,这显然不仅仅是出于对雕塑结实程度的考虑,在这件雕塑中,下部几条扭曲的焊缝已经作为雕塑整体审美的一个重要因素而成为其不可缺少的一部分。从雕塑整体来看,不论是上半部分的文字造型,还是下半部分的肌理处理,到处有扭曲的焊接痕迹的出现,整个作品达到了整体视觉语言的统一。
2. 金属焊接壁饰
  如果把一幅壁饰作品看成一幅画的话,画面中的点、线、面、黑、白、灰甚至颜色的处理都可以通过焊接的方法来实现。各种型号、各种材质的金属丝,应用不同的焊接工艺会在画面上以不同的形式出现。不同金属的颜色不同,不锈钢的亮银色、铝材的亚银色、碳钢的乌亮色,钛钢、青铜、紫铜、黄铜……而且就钢材来说,不同的钢材在高温受热时会出现不同的颜色变化,即焊接热影响区不同。另外,切割也是焊接艺术壁饰创作的方法之一,既可以与焊接结合使用,也可以单独使用,这完全取决于创作者的创作意图和对工艺与效果的掌握程度。以上所述的这些方法综合起来,变化的丰富可想而知。
  图3所示作品采用的是手工等离子切割的方法,利用切割时电流的热量,使切割边缘产生热影响区,这样就给亮白色的不锈钢“染”上了一圈略带渐变的色彩。同时,通过对焊接规范的调节,割枪喷出的强烈气流会在切割钢板熔化的瞬间在切割边缘“吹”起一圈随机形成的肌理,在切割完成金属冷却后,固化为一道美丽的割痕,与中间平坦光亮的不锈钢板材形成了质感的对比。这种随机效果的形成过程带有一定的偶然性,但又是在一定的焊接规范下必然产生的现象。
  从尺寸的角度考虑,尺寸较大的焊接艺术壁饰可采用半自动CO2气体保护焊,较小的可采用手工钨极氩弧焊。
  目前焊接系统的特点
  1. 机械装置
  点焊机系统由机械装置、供电装置、控制装置三大部分组成。点焊机为了适应焊接工艺要求,加压机构(焊钳)采用了双行程快速气压传动机构,通过切换行程控制手柄改变焊钳开口度,可分为大开和小开来满足焊接操作要求。通常状态为焊钳短行程张开,当把控制按钮切换到“通电”位置,扣动手柄开关则焊钳夹紧加压,同时电流在控制系统控制下完成一个焊接周期后恢复到短行程张开状态。
2. 供电装置
  主电力电路由电阻焊变压器、可控硅单元、主电力开关、焊接回路等组成。目前,我们采用的焊接设备是功率200kVA、次级输出电压20V的单相工频交流电阻焊机。由于多种车型共线生产,焊钳要焊接高强度钢板和低碳钢薄板,焊钳枪臂要传递较大的机械力和焊接电流,因此焊钳的强度、刚度、发热要满足一定要求,并且要具有良好的导电和导热性,同时要求焊钳采用通水冷却,所以选择焊钳电极臂能够承受400kg压力的新型焊钳。
3. 控制装置
  控制装置主要提供信号控制电阻焊机动作接通和切断焊接电流,控制焊接电流值,进行故障监测和处理。

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