了解焊接及其方法

任务描述

1.认识焊接。

2.认识焊接方法。

任务分析

认识焊接和焊接方法，为后续各种焊接方法的学习奠定基础。

相关知识

一、焊接的本质、特点和焊接方法的分类

1.焊接的本质和特点

在金属结构和机器制造中，经常需要将两个或两个以上的零件连接在一起。采用的连接方法分为两大类：一类是机械连接，是可拆卸的，如螺钉联接、键联接等，如图1-1所示；另一类是永久性连接，是不可拆卸的，如铆接、焊接等，如图1-2所示。

焊接就是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工方法。

图1-1 可拆卸连接

a）螺栓联接 b）键联接

1—螺母 2—零件 3—螺栓 4—键

图1-2 永久性连接

a）铆接 b）焊接

1—零件 2—铆钉 3—焊缝

焊接可以连接同类或不同类的金属、非金属（玻璃、陶瓷、塑料等），也可以连接一种金属与一种非金属。焊接与其他连接方法相比，具有下列优点：

（1）节省材料 焊接接头在连接部位没有重叠部分，也不需要附加的连接件（如铆接时需用铆钉连接），从而节省了大量的金属材料，减轻结构重量，降低生产成本。

（2）工艺过程比较简单 焊接结构生产不需钻孔，也不需要制造连接附件，从而简化了加工和装配工序，提高了劳动生产率。

（3）接头质量好 焊接接头不仅强度高，可以获得与母材相同的力学性能，而且可以获得与母材相匹配的使用性能（如耐磨性、耐热性、耐蚀性等）。此外，焊接接头的致密性好。在压力容器和船舶制造中，焊接已成为主要的连接方法。

（4）劳动条件好 焊接时劳动强度低，噪声小。

焊接也有一些缺点，例如，焊接中会产生有害有毒物质；形成的焊缝会存在一定数量的焊接缺陷，影响焊接接头质量；产生焊接应力及焊接变形，焊接应力会降低焊接结构的承载能力和使用寿命，焊接变形会影响焊接结构的形状和尺寸精度。

2.焊接方法的分类

由于采用的角度不同，目前国内外对焊接方法有不同的分类方式。按照各种焊接方法的基本特点，总体上焊接方法可分为熔焊、压焊和钎焊三大类，每一大类又可以分为若干小类，具体如下：

（1）熔焊 在焊接过程中，将工件接头加热并熔化，不加压，然后冷却结晶，以形成焊缝的焊接方法。

按所用热源的不同，熔焊分为电弧焊（以焊接电弧为热源）、气焊（以气体火焰为热源）、铝热焊（以铝热剂的放热反应产生的热为热源）、电渣焊（以电流通过液体熔渣所产生的电阻热为热源）、电子束焊（以集中的高速电子束轰击工件表面时所产生的热为热源）等。其中，电弧焊根据电极是否熔化，又可分为熔化极电弧焊与非熔化极电弧焊。

（2）压焊 在焊接过程中，对工件在固态下加压（加热或不加热），以完成连接的焊接方法，也称为固态焊接。压焊有两种形式，一是在加压的同时伴随着加热，二是不进行加热，只对工件施加足够大的压力。

按照焊接能源的不同，压焊可分为电阻焊（包括电阻点焊、缝焊、凸焊、电阻对焊）、摩擦焊、锻焊、超声波焊、扩散焊、冷压焊和爆炸焊等。

（3）钎焊 采用熔点比母材熔点低的金属作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点并低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。

根据热源或加热方法的不同，钎焊可分为火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊和电子束钎焊等。按照钎料的熔点不同，钎焊又可分为硬钎焊（钎料熔点高于450℃）和软钎焊（钎料熔点低于450℃）两类。

二、焊接的发展和应用

我国是一个具有悠久焊接历史的国家，古代就有使用锻焊和钎焊的记载。然而，目前工业生产中广泛应用的焊接方法却是19世纪末和20世纪初现代科学技术发展的产物。

近代焊接技术是从1882年出现碳弧焊开始的，直到20世纪40年代初期出现优质焊条后，焊接技术才得到了一次飞跃。20世纪40年代后期，埋弧焊和电阻焊得到了成功应用。此后，电渣焊、各种气体保护焊、超声波焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等焊接方法不断涌现，使焊接技术达到了一个新水平。近年来又出现了新的焊接方法，如多丝埋弧焊、窄间隙气体保护全位置焊、水下半自动CO₂焊、全位置脉冲等离子弧焊、搅拌摩擦焊等，尤其是焊接机器人的问世，使焊接过程自动化技术达到了一个崭新的阶段。

在工业生产中，焊接是一种重要的加工工艺。在工业发达国家，焊接结构所用钢材占钢材消耗总产量的45%左右。目前，焊接已广泛应用于机械制造、石油化工、船舶、车辆、建筑、冶炼设备、电力、电子技术、海洋开发、航空航天、核工业等部门。改革开放以来，我国焊接技术的应用与进步取得了举世瞩目的成就，焊接技术已成功地应用于许多重大工程，如大型水力、火力发电成套设备（见图1-3）、国内容积最大的高炉、跨度最大的大吨位桥式起重机、西气东输工程、北京奥运会鸟巢体育馆，以及核反应堆压力容器（见图1-4）、火箭、人造卫星（见图1-5）、太空飞船等。

随着科学技术的发展，焊接工艺在不断进步。为更好地满足工业生产的发展要求，焊接技术仍在不断发展中，发展趋势主要体现为：提高焊接生产率（如焊条电弧焊中的铁粉焊条、重力焊条和躺焊条工艺，埋弧焊中的多丝焊、热丝焊，各种窄间隙焊等）；提高焊接过程自动化、智能化水平（如智能焊接机器人）；研究与开发新的焊接热源（如采用两种热源叠加以获得更强的能量密度，常见的有在等离子束中加激光、在电弧中加激光等）；提高节能技术水平（例如将电阻焊中的交流点焊改变为次级整流点焊）等。(https://www.xing528.com)

图1-3 世界规模最大的水电站——三峡水电站

图1-4 我国自主研制的首台百万千瓦级核电站核反应堆压力容器

图1-5 我国自主研制的月球探测卫星——“嫦娥二号”

任务准备

1.常用焊接方法的焊接图片或视频。

2.联系焊接生产厂家。

任务实施

1.学习焊接方法的分类和特点。

2.参观焊接生产现场，了解常见焊接方法。

检查评议

认识焊接和焊接方法评分表见表1-1。

表1-1 认识焊接和焊接方法评分表

问题防治

1.混淆各种焊接方法

原因：没有掌握各种焊接方法的工作原理及特点。

防止措施：对于常见的焊接方法，老师可简单介绍其工作原理及特点。

2.焊接方法归类错误

原因：没有理解及掌握三大类焊接方法（熔焊、压焊、钎焊）的特征及区别。

防止措施：正确理解并掌握熔焊、压焊、钎焊的特征与区别。

扩展知识

世界上第一架全搅拌摩擦焊飞机——N500型商务飞机

美国月蚀（Eclipse）公司在21世纪初研制出了世界上第一架全搅拌摩擦焊飞机——N500型商务飞机，如图1-6所示。其机身蒙皮、翼肋、弦状支撑、飞机地板以及结构件的装配等铆接工序均由搅拌摩擦焊替代。

单架N500型商务飞机共用263条总长度为136m的搅拌摩擦焊焊缝代替7378个铆钉，制造效率比自动铆接快6倍，比手动铆接快60倍，制造成本节约100万美元。该型全搅拌摩擦焊飞机于2002年取得了FAA认证，2003年8月开始交付用户使用，现已实现批量生产。

图1-6 N500型商务飞机的搅拌摩擦焊焊接构件之一

考证要点

一、填空题

1.按照____，焊接方法总体上分为____、____和____三大类。

2.与螺钉联接、键联接等可拆卸的机械连接方法相比，焊接____是连接方法，是____的。

3.电弧焊根据电极是否熔化，又可分为____与____。

二、简答题

1.什么是焊接？焊接与其他连接方法相比具有哪些优点？

2.熔焊、压焊及钎焊各有什么特点？可分别分为哪些基本方法？