现代焊接与连接工程学(章1)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,现代焊接与连接工程学,Modern Welding and Joining Engineering,现代焊接与连接工程学,2015,年高考作文题目：谁更具风采？,辽宁 吉林 黑龙江 宁夏 新疆 青海 贵州 西藏 内蒙古 云南 甘肃 海南 广西,当代,风采人物评选活动已产生最后三名候选人。小李，笃学敏思，矢志创新，为破解生命科学之谜作出重大贡献，率领团队一举跻身为国际学术最前沿。老王，爱岗敬业，练就一手绝活，变普通技术为完美艺术，走出一条从职高生到焊接大师的“大国工匠”之路，小刘，酷爱摄影，跋山涉水捕捉时间美景，他的博客赢得网友一片赞叹：“你带我们品位大千世界,”，“,你帮我们留住美丽乡愁”。这三个人中，你认为谁更具风采,？,现代焊接与连接工程学,千吨级,230mm,厚,热,壁加氢,反应器,现代焊接与连接工程学,30,万吨超大型原油船,（长,333m,，宽,58m,）,世界最大的三峡水轮机转轮,（,直径,10.7m,，高,5.4m,，重,440,吨,）,现代焊接与连接工程学,现代焊接与连接工程学,现代焊接与连接工程学,发展阶段,年代,机体结构材料,发动机结构材料,第一阶段,1903-1919,木材、布纤维,钢,第二阶段,1920-1949,铝、钢,钢、铝,第三阶段,1950-1969,铝合金、钛合金、钢,高温合金、钛合金、钢、铝合金,第四阶段,1970-20,世纪末,铝合金、钛合金、钢、复合材料（以铝合金、钛合金为主）,高温合金、钛合金、钢,第五阶段,21,世纪,复合材料、,铝合金,、,钛合金,、钢结构（以复合材料为主）,高温合金、钛合金、钢、复合材料,飞机机体和发动机的结构材料变化,新材料的使用,使飞机,制造有了飞跃发展，显著,提高生产,效率,，,减轻,结构,重量,，同时也给焊接技术带来挑战！,现代焊接与连接工程学,先进飞机的研制与生产对焊接技术的发展具有强大的推动作用，在解决航空制造技术关键问题时，焊接的优势越来越明显，如减轻结构重量、提高结构性能等，焊接技术已由原来的辅助制造工艺演变成为飞机制造中的关键技术,；,另一方面,，焊接技术自身的发展和完善，也为新型先进飞机的结构设计和制造提供了技术保证,。,几种典型航空,零件,的,焊接,应用,：,大型宽弦风扇叶片,、,整体叶盘结构,、,鼓筒式整体转子,、,飞机,起落架,现代焊接与连接工程学,第一章 现代焊接和连接工程学的基本内涵及相关学科间的,关系（,6,）,基本内涵；焊接与连接技术的分类和发展简史。,第二章 现代材料发展涉及的先进焊接与连接,方法（,10,）,经典焊接技术；压力焊爆炸焊、钎焊,/,扩散焊和点焊；高能束焊等离子焊、电子束焊和激光焊接；发展中的新方法。,第三章 先进材料的焊接性和,质量控制（,10,）,先进材料概述；钛合金；铝,/,镁合金；镍基合金；异质,材料连接,。,第四章 焊接力学的基本理论和结构,失效分析（,10,）,焊接接头及其特性；焊接应力和变形；焊接结构脆性和延性破坏；焊接接头和结构的疲劳强度；焊接结构环境失效,。,第四,章 计算机在焊接工程中的应用（自学为主）,本,课程,共,4,0,学时（课内），尚,需要,2,0,个课外学时进行阅读。本课程共,分五章,，各节学时（课内）大致分配如下：,现代焊接与连接工程学,主要参考书：,1,何德孚，,焊接与连接工程学导论,，上海交通大学出版社，上海，,1998,。,2,中国机械工程学会焊接学会，,焊接手册,（,2,、,3,卷），机械工业出版社，北京，,2008,。,3,王嘉麟等，,球形储罐焊接工程技术,，机械工业出版社，北京，,2000,。,4,顾钰喜，,特种工程材料焊接,，辽宁科学技术出版社，沈阳，,1998,。,5.,先进焊接技术制造丛书，机械工业出版社，,2000,现代焊接与连接工程学,严格意义上讲，,焊接,是一种将二个固态物体通过熔化进行原子（或分子）上的冶金结合的方法，英文称作“,welding,”,；连接泛指将二个固态物体结合到一起的方法，它可以包括熔化和非熔化的冶金或物理的方法，有焊接，钎焊，胶（粘）结，铆接，锻接。考虑到专业的传统叫法，,人们有时还是,把焊接从连接中剥离出来，把不包括常规熔化焊接方法的其它结合工艺统称作,连接,，英文称为,Joining,。,第一章 现代焊接与连接工程学的基本,内涵,及,与,相关,学科间的关系,Chapter 1 The basic,connotation,of modern welding&joining engineering and its connection,with related subjects,现代焊接与连接工程学,获得一个优质的焊接结构，必须：,选用正确的焊接工艺方法，实现可靠连接；,了解材料连接中的物理化学冶金过程，解决可能出现的各种冶金缺,陷，获得理想的组织结构性能；,认识焊接结构的力学行为特征，便于了解或解决焊接接头在诸如疲,劳、腐蚀或低温环境下可能发生提前失效或对有缺陷结构进行安全,评定或焊后处理。,这样一个焊接结构生产的全过程涵盖了焊接学科三大领域：,焊接工艺方法、焊接冶金学、焊接力学,1.1,现代焊接与连接工程学的基本内涵,现代焊接与连接工程学,以高铁车体生产为例说明现代,焊接与连接工程学的基本内涵,选材、结构设计,（涉及焊接力学）,焊接方法,/,工艺选择,（方法、冶金问题）,接头性能,/,应力变形,（焊接力学问题）,现代焊接与连接工程学,结 构 设 计,数值分析,定量冶金,专家系统,实时控制,CAD,设计,现代焊接与连接工程学,焊接性（可焊性）概念及其试验方法：,制 造,焊接可行性,设 计,焊接可靠性,构 件,焊接性,材 料,焊接适应性,德国,DIN 8258,材料：母材与焊材的组织、成分,设计：结构形状、尺寸，工作载荷，,焊缝类型和配置,制造：焊接方法、规范，坡口形状，,拘束，焊前及焊后加热,现代焊接与连接工程学,GB/T 3375-94,的焊接性定义：,金属材料,在限定的施工条件下，焊接成按设计要求的构件，并满足,预定服役要求的能力。即材料对焊接加工的适应性和使用的可靠性。,因此，可将焊接性分为工艺焊接性和使用焊接性两类。,工艺焊接性,（包括加热过程的热焊接性和冷却过程的冶金焊接性）：在一定焊接工艺条件下获得无缺陷优质焊接接头的能力。缺陷包括气孔、夹杂、裂纹等；冶金反应包括合金元素的氧化、还原、蒸发、气体元素的溶解等；热过程主要针对热影响区的组织相变和性能变化。,使用焊接性,：焊接接头满足使用性能的程度,常规力学性能、抗脆断能力、高温性能、抗腐蚀性能、抗磨损性能、抗疲劳性能等。,现代焊接与连接工程学,1.1.1,焊接与连接工艺方法和设备,Welding&Joining Processes and Equipment,一种材料能否制作成焊接结构，首先取决于它的工艺可焊性，即能否找到可以有效实现所选材料焊接的现存工艺方法。焊接工程师应当了解各种现有焊接方法的工艺特点，掌握这些焊接过程的主要影响和控制参数，懂得,从技术和经济角度确定合理的焊接或连接方法,。,绝大多数的焊接方法都是利用电过程实现，,电焊机是一,种重要的机电一体化产品，现代半导体电力电子技术、微电子技术及机电,控制技术决定了当,代电焊机及焊接过程自动化的发展，,电工及自动化技术、微电子技术、机械自动化技术等都是与焊接或连接方法有关的重要基础学科,。,现代焊接与连接工程学,1.1.2,焊接冶金学,（,Welding Metallurgy,）,一般焊接过程均伴随着受焊材料的快速加热熔化凝固相变的过程，因而焊接接头,性能受,焊接冶金,过程控制。,这种冶金过程与一般的铸造冶金有很大差异：快速加热和冷却的工艺特点决定了焊件接头成为由焊缝、热影响区和母材三者构成的组合体，同时也在焊接区产生了不可避免的焊接冶金缺陷（如气孔、夹渣、咬边、未熔合）。,考虑焊接冶金过程的特点及控制方法，掌握通过冶金途径改善或设计接头性能，对于正确选用现有各类相关的焊接材料或为实现新材料的接头性能设计或研制专用的新型焊接材料具有重要影响。,物理冶金、物理化学、金属及非金属材料学、固体相变理论等是焊接与连接工程学的又一重要基础或相关学科,。,现代焊接与连接工程学,1.1.3,焊接力学,（,Welding Mechanics,）,绝大多数焊接和连接过程均是在构件局部进行的，这种局部加热,(,熔化,),冷却的过程，决定了焊接接头特有的应力变形特征。它不仅使焊件的尺寸和形位公差难以控制，而且增加了接头区的工作负担，,使得焊接接头在冶金缺欠的基础上又增加了几何缺欠和力学缺欠,。这些缺欠对于工作在动载、低温、腐蚀等环境下的焊接结构影响尤甚。,作为焊接工程师，应该掌握焊接应力变形的产生特点和基本影响，了解焊接接头抗疲劳、抗应力腐蚀、抗低温脆断和高温蠕变等性能评定方法，特别是现代裂纹体的断裂力学评定理论（由此派生出一门新的边缘学科焊接接头断裂力学）。,弹塑性力学、断裂力学、传热学,、,有限元理论等，都是研究和深入了解该领域的重要基础学科,。,现代焊接与连接工程学,研究和解决焊接工程实际问题时，以上三大领域常常是交织在一起而又相互影响的。一个有造诣的焊接科学家或焊接工程师常常能分清三者之间的关系，抓住其中的主流，从而有效地解决问题。,近,20,年来，计算机辅助焊接技术越来越彰显出它的巨大作用。在很多电焊机和焊接机器人中越来越多地采用各种微电子技术，甚至发展到离开该技术就无法实现相关功能的地步。现代焊接工程师不了解计算机及其在焊接中的应用，显然也是不完整的。,此外，焊接和连接工程还必然涉及零部件的剪裁下料、成型加工以及焊后为保证接头性能所需的热处理等，加上焊缝的探伤技术（包括超声、射线,、渗透等,），这些就使得作为一名合格的焊接工程师，需要了解的知识要比一般学科领域复杂而广泛得多。,现代焊接与连接工程学,1.2,焊接与连接方法的分类,要将两个分离的部件（金属或非金属）实现物理结合（连接），理论上要使两个被连接的部件表面彼此接近至原子或分子间结合力的距离，即达到金属晶格的间距,0.5-0.3nm,。但在一般情况下，由于固体表面的粗糙度以及表面存在着的氧化膜或其它污染物，使得这种结合在常温、常压下变得不可能。寻找合适的物理或化学的途径，在一定条件下实现这一结合，就是一切焊接和连接技术的工艺特点所在。将目前找到的基本途径总结如下。,现代焊接与连接工程学,现代焊接与连接工程学,现代焊接与连接工程学,1.2.1,熔化焊,实现熔化焊接过程并形成良好接头需具备的几个条件：,1,）,一个合理的加热热源,：气体火焰氧乙炔、丙烷等燃气火焰为热源；电弧气体导电时产生的电弧热为热源；电渣熔渣导电时产生的电阻热为热源；电子束高速运动的电子束流为热源；激光辐射激发光放大原理产生的单色强光束为热源；电阻焊件结合面通过强大电流时的电阻热为热源；固体化学反应铝的氧化物和其它金属氧化物的置换反应热量为热源。,能量密度越高，热源温度也高，所需焊接时间也短。对于熔化焊来说，高能密度的热源使得焊接区的加热宽度变小，熔透能力变大，产生各种缺欠的可能性也变小，对于形成质量优良的焊接接头、提高焊接生产率，实现高效连接有着重大意义。,现代焊接与连接工程学,2,）,一种适当的熔池保护措施,。为防止（局部熔化的）高温金属与空气中的氧气等接触而造成熔池金属成分和性能的变化，同时保证焊接时的工艺性能和可操作性，熔化焊接过程一般都需要采取有效的保护措施来隔离空气和焊接高温区，,常采用真空、气体和熔渣保护三种,。,不同的保护方法也是区别不同熔化焊接工艺的一个重要特征：手工电弧焊是依靠焊条熔化时外敷药皮中的造气剂和熔渣联合保护的，埋弧焊是靠埋弧焊剂熔化后覆盖在焊缝金属表面的的渣相实现，气保护焊则是靠氩气（氩弧焊）或以,CO,2,为主的混合气体实现的，而药芯焊丝的保护作用与焊条相似。至于电子束焊，,一般在,真空中实现，激光焊接只宜采用气体保护的方式。,现代焊接与连接工程学,3,）,两个待连接构件