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焊接

2019-06-20

大型床身加工讲解焊接。

焊接,也称作熔接、镕接,是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。 焊接通过下列三种途径达成接合的目的:

1、熔焊——加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池,熔池冷却凝固后便接合,必要时可加入熔填物辅助,它是适合各种金属和合金的焊接加工,不需压力。

2、压焊——焊接过程必须对焊件施加压力,属于各种金属材料和部分金属材料的加工。

3、钎焊——采用比母材熔点低的金属材料做钎料,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙,并与母材互相扩散实现链接焊件。适合于各种材料的焊接加工,也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。

现代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。除了在工厂中使用外,焊接还可以在多种环境下进行,如野外、水下和太空。无论在何处,焊接都可能给操作者带来危险,所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。

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,第一次世界大战和第二次世界大战中对军用设备的需求量很大,与之相应的廉价可靠的金属连接工艺受到重视,进而促进了焊接技术的发展。战后,先后出现了几种现代焊接技术,包括目前最流行的手工电弧焊、以及诸如熔化极气体保护电弧焊、埋弧焊(潜弧焊)、药芯焊丝电弧焊和电渣焊这样的自动或半自动焊接技术。

20世纪下半叶,焊接技术的发展日新月异,激光焊接和电子束焊接被开发出来。今天,焊接机器人在工业生产中得到了广泛的应用。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,并进一步提高焊接质量。

金属连接的历史可以追溯到数千年前,早期的焊接技术见于青铜时代和铁器时代的欧洲和中东。数千年前的古巴比伦两河文明已开始使用软钎焊技术。公元前340年,在制造重达5.4吨的古印度德里铁柱时,人们就采用了焊接技术 。

中世纪的铁匠通过不断锻打红热状态的金属使其连接,该工艺被称为锻焊。维纳重·比林格塞奥于1540年出版的《火焰学》一书记述了锻焊技术。欧洲文艺复兴时期的工匠已经很好地掌握了锻焊,接下来的几个世纪中,锻焊技术不断改进。到19世纪时,焊接技术的发展突飞猛进,其风貌大为改观。1800年,汉弗里·戴维爵士发现了电弧;稍后随着俄国科学家尼库莱·斯拉夫耶诺夫与美国科学家C·L·哥芬(C. L. Coffin)发明的金属电极推动了电弧焊工艺的成型。电弧焊与后来开发的采用碳质电极的碳弧焊,在工业生产上得到广泛应用。1900年左右,A·P·斯特罗加诺夫在英国开发出可以提供更稳定电弧的金属包敷层碳电极;1919年,C·J·霍尔斯拉格(C. J. Holslag)首次将交流电用于焊接,但这一技术直到十年后才得到广泛应用。

电阻焊在19世纪的最后十年间被开发出来,第一份关于电阻焊的专利是伊莱休·汤姆森于1885年申请的,他在接下来的15年中不断地改进这一技术。铝热焊接和可燃气焊接发明于1893年。埃德蒙·戴维于1836年发现了乙炔,到1900年左右,由于一种新型气炬的出现,可燃气焊接开始得到广泛的应用。由于廉价和良好的移动性,可燃气焊接在一开始就成为最受欢迎的焊接技术之一。但是随着20世纪之中,工程师们对电极表面金属敷盖技术的持续改进(即助焊剂的发展),新型电极可以提供更加稳定的电弧,并能够有效地隔离基底金属与杂质,电弧焊因此能够逐渐取代可燃气焊接,成为使用最广泛的工业焊接技术。

第一次世界大战使得对焊接的需求激增,各国都在积极研究新型的焊接技术。英国主要采用弧焊,他们制造了第一艘全焊接船体的船舶弗拉戈号。大战期间,弧焊亦首次应用在飞机制造上,如许多德国飞机的机体就是通过这种方式制造的。 另外值得注意的是,世界上第一座全焊接公路桥于1929年在波兰沃夫其附近的Słudwia Maurzyce河上建成,该大桥是由华沙工业学院的斯特藩·布莱林(Stefan Bryła)于1927年设计的。

1920年代,焊接技术获得重大突破。1920年出现了自动焊接,通过自动送丝装置来保证电弧的连贯性。保护气体在这一时期得到了广泛的重视。因为在焊接过程中,处于高温状态下的金属会与大气中的氧气和氮气发生化学反应,因此产生的空泡和化合物将影响接头的强度。解决方法是,使用氢气、氩气、氦气来隔绝熔池和大气。接下来的10年中,焊接技术的进一步发展使得诸如铝和镁这样的活性金属也能焊接。1930年代至第二次世界大战期间,自动焊、交流电和活性剂的引入大大促进了弧焊的发展。

20世纪中叶,科学家及工程师们发明了多种新型焊接技术。 1930年发明的螺柱焊接(植钉焊),很快就在造船业和建筑业中广泛使用。同年发明的埋弧焊,直到今天还很流行。钨极气体保护电弧焊在经过几十年的发展后,终于在1941年得以最终完善。随后在1948年,熔化极气体保护电弧焊使得有色金属的快速焊接成为可能,但这一技术需要消耗大量昂贵的保护气体。采用消耗性焊条作为电极的手工电弧焊是在1950年代发展起来的,并迅速成为最流行的金属弧焊技术。 1957年,药芯焊丝电弧焊首次出现,它采用的自保护焊丝电极可用于自动化焊接,大大提高了焊接速度。同一年,等离子弧焊发明。电渣焊发明于1958年,气电焊则于1961年发明。

焊接技术在近年来的发展包括:1958年的电子束焊接能够加热面积很小的区域,使得深处和狭长形工件的焊接成为可能。其后激光焊接于1960年发明,在其后的几十年岁月中,它被证明是最有效的高速自动焊接技术。不过,电子束焊与激光焊两种技术由于其所需配备价格高昂,其应用范围受到限制。


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