焊接的知识

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一、焊接的定义
焊接就是通过一定的物理或化学措施，通过加热或加压，或者热压并施，把两个分离的固态金属或非金属，或金属与非金属连接成一个整体，使其达到原子间结合的一种热加工方法。
二、焊接的本质及分类
1、焊接的本质
要使两个分离的金属构件连接在一起，从物理本质上来看就是要使这两个构件的连接表面上的原子彼此接近到金属晶格的距离（0.3～0.5nm）。但是由于表面粗糙度以及表面存在氧化膜和其他污染物阻碍实际金属表面原子之间接近到晶格距离并形成结合力。因此焊接过程的本质就是要通过市担过得物理化学过成克服这两个困难，使分两个分离的表面的金属原子之间接近到晶格距离并形成结合力。
2、焊接的分类
1）熔化焊
熔化焊就是使被连接的构件表面局部加热熔化成液体，然后通过适当的冷却措施，冷却结晶成一体的方法。
2）压力焊
利用摩擦、扩散和加压等物理作用克服两个连接表面的不平度，除去氧化膜及其他污染物，使两个连接表面上的原子互相接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法。
3)钎焊
利用某些熔点低于被连接结构件材料熔点的熔化金属作连接的媒介物在连接界面上的流散浸润作用，然后冷却结晶形成结合面的方法。
三、焊接技术的应用
1、能源动力  电厂设备三大主机——锅炉、汽（水）轮机，发电机以及各种辅机制造安装都需要不同的焊接方法来完成。譬如锅炉汽包采用电渣焊、埋弧焊等，锅炉中的管道采用摩擦焊。
2、交通工具  汽车上一般用电阻压力焊的方法，主要问题是焊接的自动化，实现高速生产；机车车辆上一般都是耐候钢，低碳钢一类，属于一般性材料，所以常用的方法是埋弧焊、混合气体保护焊对焊接技术要求不是很高。
3、航空航天  航空航天方面，减轻结构自重是一个重要的问题，所以一般都是采用铝合金、钛合金等有色金属以及高强钢。这类属于难焊金属，对有色金属大多采用氩弧焊，以及真空扩散焊，电子束焊等精密焊接方法。对高强钢由于含有大量合金元素，一般从工艺上采取一些特殊措施，譬如焊前预热焊后保温等。
4、桥梁建筑  桥梁建筑上大都是使用型钢，材质一般为低碳钢，焊接方法比较多，也比较常见，主要问题是焊接结构的设计。
5、机械工业  机械工业大多应用一些低碳钢，属于容易焊接的钢种，常用的焊接方法都可以。另有一些铸铁件，可以从工艺上采取特殊措施加以焊接。对于磨损件的修复可以采用堆焊的方法加以修复。一些刀具，为了保持刀头硬度，刀杆又要有一定的韧性，二者之间一般采用采用钎焊的方法连接。
6、化工工业  化学工业中的反应釜，反应罐等为了防腐蚀，大多采用不锈钢板焊接，或者现在为了节约不锈钢材料，采用不锈钢和低碳钢复合的钢板。对于不锈钢常用的焊接方法都可以焊接，对于复合钢板有异种金属焊接的成份，需要从工艺上采取特殊措施加以解决。
四、焊接技术主要的研究方向
1、焊接结构
焊接结构广泛应用的同时，也出现过一些大的事故，譬如我们熟悉的重庆綦江彩虹桥垮塌，泰坦尼克号的沉没。有些人认为是焊接技术固有的缺欠，其实不然，是人们对于焊接结构的认识不足，主要体现在以下三个方面：
1）    过分依赖于整体应力计算而忽视局部形状的设计，由于焊接结构有自身的特点，这对焊接结构来说是致命的。经验表明，一些承受循环应力的焊接接头，尽管在整体设计中考虑了疲劳强度的计算，但是由于局部设计不合理而过早使结构疲劳失效。例如有些容器标准中，由于考虑补偿焊缝缺陷的作用或接头热影响区的性能改变，规定采用焊缝系数，即通过加大焊缝厚度来解决这一矛盾，但是从焊接角度来看，这种做法 缺乏理论依据，因为焊接缺陷的作用和热影响区的韧性改变靠增加焊缝厚度是解决不了的，相反，增加焊缝厚度使缺陷的作用更加不利。
2）    不考虑焊接结构的工作特点，往往把铆接结构的方案原封不动地套用到焊接结构中来，对于有些结构是合理的，但是对于有些结构就是致命的。焊接结构的一个重要特点就是刚性很大，所以桥梁一般不采用全焊接结构。尤其是铁路桥。铁路上几个大的桥梁厂，譬如宝鸡桥梁厂，山海关桥梁厂都是采用铆焊联合结构。
3）    焊接结构的设计与工艺制造相脱节，良好的工艺设计和工艺配合是提高焊接质量的可行方法。换句话说，设计中要考虑焊接工艺的实施，反过来工艺施工要考虑设计意图。二者紧密配合是提高焊接结构质量的可靠方法。
2、焊接方法与设备
总的来说焊接分为熔化焊、压力焊和钎焊三大方法。具体来划分可以分为一下几种。
                    （省略）
对于不同材料，根据实际情况选用不同的焊接方法，首先是保证焊接结构的质量，然后保证高的生产率。相应的不同焊接方法就有不同的焊接设备。焊接设备涉及到焊接电弧物理，焊接电源以及对焊接过程的监控，如焊接电弧的跟踪测试，焊机动作的实现，甚至焊接变位机的动作等等。

3、焊接冶金
焊接冶金所研究的内容很广泛，包括焊接所经历的各个过程。对熔化焊来说，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、结晶、固态相变至形成焊接接头。可以分为三个相互联系的过程：
1）焊接传热过程  熔化焊接时，被焊金属在热源作用下，将发生局部受热和局部熔化。所以，在被焊金属中必然存在热的传播和分布问题，通常称为焊接热过程。
2）焊接化学冶金过程  熔化焊接时，在熔化金属、熔渣和气相之间进行一系列的化学冶金反应，如金属的氧化、还原、脱硫、脱磷、渗合金、除氢等。这些冶金反应直接影响焊缝的成份、组织和性能。所以，控制化学冶金过程是提高焊接质量额达重要方法之一。一般是采用：A）通过焊接材料向焊缝中加入微量元素，使焊缝金属韧化；B）净化焊缝，适当降低焊缝中的碳，并最大限度的排除焊缝中的硫、磷等杂质元素。
3）焊接时金属的结晶和相变过程    随着焊接热源的移动，局部熔化的金属开始结晶，对于有同素异构的转变的金属，随着温度的下降强发生固态相变。由于焊接条件下是快速连续冷却，收到局部拘束应力的作用，使焊缝金属的结晶和相变都具有个子的特点，并且有可能在这些过程中产生偏析、夹杂、气孔、热裂纹、脆化、冷裂纹等缺陷。因此，控制和调整焊缝金属的结晶和相变过程使保证焊接质量的又一个方法。
五、焊接技术的相关技术
1、金属热处理技术
热处理是将钢在固态预热到预定的温度，并在该温度下保持一定时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺。其目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能。。制定正确的热处理工艺规范，保证热处理质量，必须了解钢在不同热和冷却条件下的组织变化规律。钢中的组织组织转变规律就是热处理的原理。
金属焊接时，经过一个焊接热过程，对金属局部进行了一次熔炼，对母材重新加热到甚至超过相变点的温度，然后又冷却下来，这样会使母材晶粒组织长大，局部内应力很大，为了保证有合格的焊接质量，必须消除这些焊接过程遗留的不足，通常通过热处理来强化。
常用的焊接热处理工艺有：退火、回火。正火和退火区别不大，对有些钢种来说是退火，但是对于有些钢种来说就是正火。在焊接中退火一般是作为消应力来应用的，可以提高结构尺寸的稳定性，防止工件的变形。对于象电渣焊等主要是扩散退火，消除组织晶粒的长大。回火主要是应用在一些高强钢的焊后热处理上。因为高强钢中含有大量合金元素，淬透性很高，经过一个焊接热过程后空冷下来都可以淬火，所以往往需要采用回火工艺来减少和消除残余应力，保证相应的组织转变，提高钢的韧性和塑性。
2、无损探伤技术
焊接是一个快速加热快速冷却的热过程，发生一系列化学冶金反应，存在很多不确定因素，由此会造成夹杂、气孔以及物理冶金过程发生相变时产生的裂纹等缺陷。对有些重要结构，必须对这些缺陷予以消除。如何去发现这些缺陷以及评定这些缺陷对结构是否构成危害，在不解体的情况下，采用无损探伤技术可以达到这个目的。常用的无损探伤技术有一下几种：
在不破坏产品的形状、结构和性能的情况下，为了了解产品及各种结构物材料的质量、状态、性能及内部结构所进行的各种检测叫做无损检测；无损检测的目的是：改进制造工艺、降低制造成本、提高产品的可靠性、保证设备的安全运行。常用的无损检测方法有：射线检测（RT）、超声波检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）、涡流检测（ET）和目视检测（VT）。