1.引言古代焊接技术焊接的历史源远流长。

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,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熔炼,经锻打制造刀、斧;用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上,分段锻焊大型船锚。

西方早在青铜器时代就出现了焊接技术:人们把搭接接头通过加压的方式熔接在一起,制成圆形的小金盒子。

到了铁器时代,埃及人和地中海东部地区的居民已经掌握了将铁片焊接在一起的技术。

中世纪的西方出现了锻造技术,许多铁制品是通过锻焊的方法制造的。

但现在我们知道,直到19世纪才出现了真正的焊接技术。

近现代焊接技术碳弧焊1800年,Humphry Davy爵士使用电池在两个碳极之间生成了电弧。

1836年,英国人Edmund Davy 发现了乙炔。

在19世纪中叶,电动机的发明使电弧得到了广泛砬用。

19世纪末出现了气焊和切割,碳弧焊和金属极电弧焊得到了发展。

1881年,法国卡伯特实验室的Auguste De Meritens 利用电弧产生的热量成功地焊接了蓄电池用铅板。

他的学生—俄国人Nikolai N Benardos和另一个俄国人Stanislaus Olszewski在1885年获得了一项英国专利权,在1887年获得了一项美国专利权。

这些专利涉及的是一种早期的电极夹,他们的研究标志着碳弧焊的开端。

19世纪末20世纪初,碳弧焊开始得到广泛应用。

金属极电弧焊1890年,美国底特律的C LCoffin 利用金属电极(光焊条或光焊丝)进行电弧焊并获得了关于该工艺的首个美国专利权。

2焊接介绍提起焊接人们脑海中马上浮现出这样的画面工人们一手举着面罩一手拿着焊枪弧光闪闪火花飞溅。

在现实生活中焊接无处不在。

我们住的楼房的钢筋需要焊接我们使用的微波炉桥梁船舶小到电子器件焊接都发挥着举足轻重的作用。

焊接是一种古老而又年轻的加工方法远在我国古代就有使用锻焊和钎焊的实例。

近代焊接技术是在电能成功应用于工业生产之后出现的从1882年发明电弧焊到现在已有一百多年的历史。

在电弧焊的初期不成熟的焊接工艺使焊接在生产中的应用受到限制直到20世纪40年代才形成较为完整的焊接工艺体系埋弧焊和电阻焊得到成功的应用。

20世纪50年代的电渣焊各种气体保护焊超声波焊20世纪60年代的等离子弧焊电子焊激光焊等先进焊接方法的不断涌现使焊接达到一个新的水平。

现在世界上从外层空间到深海水下从一百万吨的大油轮到集成电路片是头发丝的几十分之一这么粗的细线的集成电路片的引线焊接都是主要工艺。

而且焊接又是一个安全要求非常高的一种先进工艺。

因为大家都知道如果焊接质量要出现问题所造成的危害是毁灭性的。

从最近你们看到一些报纸上面咱们就可以看到比方讲咱们四川重庆的綦虹桥突然断裂是焊接质量问题韩国的汉江大桥突然断裂也是焊接质量问题。

所以焊接是一项要求极为严格的制造技术它有许多规定的标准所有的焊接工程师和焊工要上岗焊接需要经过严格的考试和发证而且现在正在逐渐制定世界标准。

因此焊接技术现在还有很多的科学规律需要探索还有很多的一些技术问题需要去创新它是一项现在正在发展很快的一项高科技什么是焊接焊接是现代制造技术的重要内容。

我们都知道制造技术是人类创造财富的基本手段是生产力的核心内容也是国强民富的技术基础。

制造技术有很多种我想现在简单地可以归纳一下制造技术能不能够归纳成三种基本功能这就是成形、焊接和改性。

因为任何机器都是由零部件构成的而零部件都是需要按照设计的要求加工而成的加工成所要求的形状同时要保证它的尺寸精度这个就是成形比方讲我们比较熟悉的机械加工属于冷加工车、铣、铇、磨、锻实际上都是成形工序比方讲我们所熟悉的铸造、锻压也是成形工序。

改性就是用各种方法改进加工零件的性能和延长加工零件的寿命我们比较常见的像热处理一个轴承没有经过热处理可能只能运行几百个小时经过热处理以后它就可以延长到几千个小时像化学处理比如电镀防锈还有我们现在非常重视的表面工程也就是表面改性等等这些都属于改性。

连接现在也有很多方法如焊接, 机械的连接最简单机械连接就是螺钉的连接还有铆接还有胶接等等但是所有连接方法焊接是应用最广的最重要的金属材料的永久连接方法它是采用外加能量的方法来促使分离的材料永久地连接在一起所以我们有时候也把焊接叫做熔接。

焊接是金属连接最重要的方法因为它的优点非常突出它连接的部件和材料能够实现高性能在一般的情况下它可以达到和连接母材等强度、等刚度、等塑性、等韧性。

也就是说用焊接方法连接起来的部件或者是材料能和材料的原来的性能完全一样特别是它的动载性能好所以在一些运动载体上运用焊接特别普遍。

它有非常高的可靠性因为它是永久地连接在一起可以在很长的寿命期间内安全地工作。

它有非常高的适应性焊接在各种环境下都能进行连接我们刚才看到的还是在厂房条件下实际上很多焊接都是在野外实现的现在进一步的焊接可以在深水下甚至于到外层空间去进行焊接所以它的适应性是在所有连接方法里边最广的。

同时它有很高的效率焊接完全适应大规模的批生产。

因此这种方法出现之后就受到了科学工作者和技术工作者的注意它的应用面已经涉及到机器制造业的所有部门而且现在正在往其他领域扩张比方讲医疗领域等等。

我想举一个数字来说明焊接的应用西方国家尤其是西方的发达国家它每年钢产量的50到60需要进行焊接加工我们国家去年2001年钢产量达到1.3亿吨在这个1.3亿吨生产出来的钢材中据初步统计四千万吨需要焊接因此焊接已经成为一门独立的学科一项高科技同时又是一个非常重要的产业。

所以可以这么说现在全世界所有大工业的产业像航天航空、造船、通讯、家用电器、大型电站、冶金、微电子、武器装备等等焊接都是最主要的工艺。

2.焊接的本质英文名称welding 定义1通过加热或加压或两者并用也可能用填充材料使工件达到结合的方法。

通常有熔焊、压焊和钎焊三种。

所属学科电力一级学科热工自动化、电厂化学与金属二级学科定义2通过加热和(或)加压使工件达到原子结合且不可拆卸连接的一种加工方法。

包括熔焊、压焊、钎焊等。

所属学科机械工程一级学科焊接与切割二级学科一般焊接与切割名词三级学科定义3利用连接件之间的金属分子在高温下互相渗透而结合成整体的一种金属结构构件连接方法。

所属学科水利科技一级学科工程力学、工程结构、建筑材料二级学科工程结构水利三级学科下面我介绍一下焊接的基本原理从理论上来说两块分离的材料我们把它需要连接的面靠在一起如果我们把这个靠在一起的面足够紧密的话所谓足够紧密就是把这两个分离的表面它的距离能够接近到一个原子的距离也就是0.4到0.5个纳米这种情况下这个材料按照它的物理本性就能连接在一起就能形成一个连接在一起的材料。

但是实际上在常温下在一般情况下我们做不到为什么因为即使把这两个要结合的表面采用精加工的办法我们用显微镜从微观上来看这个表面上依然是凹凸不平的尤其重要的是由于材料在大气当中受到大气里边氧气的化学作用材料放在空气中不要几秒钟就会在表面形成氧化膜随着时间的延长这个氧化膜会不断的增厚同时材料表面上也很难做到没有其他的杂物比方讲有水分有杂质有油形成附加层这种氧化膜和附加层极大地阻碍材料的连接。

因此焊接的基本原理就是采用施加外部能量的办法促使分离材料的原子接近形成原子键的结合在这个同时又能去除掉一切阻碍原子键结合的一切表面膜和吸附层以形成一个优质的焊接接头实际上我们在焊接技术里边常常采用的施加外部能量的方法就是一、加热把材料加热到熔化状态或者把材料加热到塑性状态二、加压使这个材料产生塑性流动。

我来介绍几种形成焊接接头的机理第一个熔化焊的焊接接头那么这是个典型的熔化焊的焊接接头,这个部分是熔化焊缝外面是热影响区两边是母材这种焊接接头的形成机理大体上可以说是这么几个过程首先用外部的热源把材料和填充材料熔化在熔池当中产生物理化学反应这种物理化学反应就是能够去除它的一切杂质和氧化膜附加层然后再结晶相变最后形成一个键结合。

第二种类型就是塑性变形连接你们看这个焊接接头没有熔化焊接头那个熔池断面它基本上看不出有接头这种连接机理是两边加大的压力使这个材料产生塑性变形塑性变形会挤出里边接合面的杂质实现紧密连接经过扩散和化学作用形成一个塑性变形为主的连接接头。

第三种类型就是两个分离的元件采用扩散的办法来进行连接实际上采用扩散的办法有时候看不到焊缝看不到接头它的过程是首先进行接触加压然后加热到高温加热到多少温度看不同材料来定然后经过长时间的扩散原子之间互相渗透最后形成键连接这就是扩散连接的机理。

第四种就是钎焊连接的机理它是采用一种比母材低熔点的第三种金属把这个金属加热,利用表面张力把它润湿到要被焊的表面上这个润湿的金属和要被结合的面产生化学反应实现去除氧化膜、氧化皮等等同时利用毛细管的填缝作用也就是利用表面张力的吸附作用这个熔化的第三种金属会填缝钻到这两个接合面的中间去形成一个接头这个就是钎焊的接头。

当然焊接接头的形成机理还有一些但是我想比较初步的了解焊接这四种连接机理是比较典型的。

可能同学们也都知道一个优秀的焊工是非常不容易的要经过很高成本的培训看起来一个焊工操作一根焊条来进行焊接并不复杂实际上要求焊工眼睛要看着熔池好的焊工能够观测出来熔池里边的一些反应比方讲如果有夹渣夹在里面好的焊工就能发现能够通过一些手法把夹渣熔出来他还能够发现气孔二氧化碳气孔、氢气孔他也能够用熔化的办法用多停留的办法把这个气孔排出来。

手操作着焊条要操作得非常稳使它的弧长要保持高度的一致焊条往前移动的速度要非常均匀焊枪的角度要把握得非常准确等等。

还要用耳朵听声音有经验的焊工就能听出来焊接过程是否平稳飞溅是不是多了等等。

因此手工焊对焊工的要求是非常高的同样一个焊条同样一种材料不同的焊工焊出来的结果可能会天差地别。

因此焊接的基本原理就是采用施加外部能量的办法促使分离材料的原子接近形成原子键的结合。

在这个同时又能去除掉一切阻碍原子键结合的一切表面膜和吸附层以形成一个优质的焊接接头4.焊接案例三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等其中马氏体不锈钢转轮直径10.7M高5.4M重440T为世界最大的铸焊结构转轮。

该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成每个转轮的焊接需要用12T焊丝耗时4个多月。

神舟6号飞船的成功发射与回收标志着中国航天事业的巨大进步其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。

2005年底由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器直径5.5M长62M厚337MM重2060T为当今世界最大、最重的锻焊结构加氢反应器采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术每条环焊缝需连续焊接5天。