焊接與切割概述

1、第一章 焊接與切割基礎(chǔ)知識第一節(jié) 焊接與切割概述一、焊接與切割的基本原理及分類(一)基本原理在金屬結(jié)構(gòu)及其它機械產(chǎn)品的制造中常需將兩個或兩個以上的零件按一定的形式和尺寸聯(lián)接在一起，這種聯(lián)接通常分兩大類，一類是可拆卸的聯(lián)接，就是不必損壞被聯(lián)接件本身就可以將它們分開、如螺栓聯(lián)接等，見圖11。另一類聯(lián)接是永久性聯(lián)接，即必須在毀壞零件后才能拆卸，如焊接。圖11 機械聯(lián)接(a)螺栓聯(lián)接(b)鉚釘聯(lián)接焊接就是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且使用或不用填充材料，使工件達到結(jié)合的方法。為了獲得牢固的結(jié)合，在焊接過程中必須使被焊件彼此接近到原子間的力能夠相互作用的程度。為此，在焊接過程中，必須對需要結(jié)合的地方通

2、過加熱使之熔化，或者通過加壓(或者先加熱到塑性狀態(tài)后再加壓)，使之造成原子或分子間的結(jié)合與擴散，從而達到不可拆卸的聯(lián)接。(二)焊接方法的分類按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)及工藝的特點，可以將焊接方法分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類。圖12 永久性聯(lián)接焊接熔化焊是利用局部加熱的方法將聯(lián)接處的金屬加熱至熔化狀態(tài)而完成的焊接方法。在加熱的條件下，增強了金屬原子的功能，促進原子間的相互擴散，當被焊接金屬加熱至熔化狀態(tài)形成液態(tài)熔池時，原子之間可以充分擴散和緊密接觸，因此冷卻凝固后，即可形成牢固的焊接接頭。常見的氣焊、電弧焊、電渣焊、氣體保護焊、等離子弧焊等均屬于熔化焊的范疇。壓力焊是利用焊接時施加一定壓力而

3、完成焊接的方法。這類焊接有兩種形式，一是將被焊金屬接觸部分加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，燃后施加一定壓力，以使金屬原子間相互結(jié)合形成牢固的焊接接頭，如鍛焊、接觸焊；摩擦焊和氣壓焊等就是這種類型的壓力焊方法。二是不進行加熱，僅在被焊金屬接觸面上施加足夠大的壓力，借助于壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲得牢固的壓擠接頭，這種壓力焊的方法有冷壓焊、爆炸焊等。釬焊是把比被焊金屬熔點低的釬料金屬加熱熔化至液態(tài)，然后使其滲透到被焊金屬接縫的間隙中而達到結(jié)合的方法。焊接時被焊金屬處于固體狀態(tài)，工件只適當?shù)剡M行加熱，沒有受到壓力的作用，僅依靠液態(tài)金屬與固態(tài)金屬之間的原子擴散而形成牢固的焊接接頭。釬焊

4、是一種古老的金屬永久聯(lián)接的工藝，但由于釬焊的金屬結(jié)合機理與熔焊和壓焊是不同的，并且具有一些特殊的性能，所以在現(xiàn)代焊接技術(shù)中仍占有一定的地位，常見的釬焊方法有烙鐵釬焊、火焰釬焊、感應釬焊等多種方法。焊接方法的分類可見圖13所示。圖13 焊接的分類(三)切割的方法和分類按照金屬切割過程中加熱方法的不同大致可以把切割方法分為火焰切割、電弧切割和冷切割三類。1火焰切割按加熱氣源的不同，分為以下幾種。(1)氣割氣割(即氧乙炔切割)是利用氧乙炔預熱火焰使金屬在純氧氣流中能夠劇烈燃燒，生成熔渣和放出大量熱量的原理而進行的。(2)液化石油氣切割液化石油氣切割的原理與氣割相同。不同的是液化石油氣的燃燒特性與乙炔

5、氣不同，所使用的割炬也有所不同：它擴大了低壓氧噴嘴孔徑及燃料混合氣噴口截面，還擴大了對吸管圓柱部分孔徑。(3)氫氧源切割利用水電解氫氧發(fā)生器，用直流電將水電解成氫氣和氧氣，其氣體比例恰好完全燃燒，溫度可達28003000，可以用于火焰加熱。(4)氧熔劑切割氧熔劑切割是在切割氧流中加入純鐵粉或其它熔劑，利用它們的燃燒熱和廢渣作用實現(xiàn)氣割的方法為氧熔劑切割。2電弧切割電弧切割按生成電弧的不同可分為：(1)等離子弧切割等離子弧切割是利用高溫高速的強勁的等離子射流，將被切割金屬部熔化并隨即吹除、形成狹窄的切口而完成切割的方法。(2)碳弧氣割碳弧氣割是使用碳棒與工件之間產(chǎn)生的電弧將金屬熔化，并用壓縮空氣

6、將其吹掉，實現(xiàn)切割的方法。3冷切割切割后工件相對變形小的切割方法有：(1)激光切割激光切割是利用激光束把材料穿透，并使激光束移動而實現(xiàn)切割的方法。(2)水射流切割水射流切割是利用高壓換能泵產(chǎn)生出200400MPa的高壓水的水束動能，來實現(xiàn)材料的切割。二、焊接與切割的發(fā)展概況及應用(一)焊接與切割技術(shù)的發(fā)展概況我國是最早應用焊接技術(shù)的國家之一。根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，遠在戰(zhàn)國時期的一些金屬制品，就已采用了焊接技術(shù)。從河南輝縣玻璃閣戰(zhàn)國墓中出土的文物證實，其殉葬銅器的本體、耳、足就是利用釬焊來聯(lián)接的；在800多年前宋代科學家沈括所著的夢溪筆談一書，就提到了焊接方法。其后，在明代科學家宋應星所著的天工開物一書

7、中，對鍛焊和釬焊技術(shù)也作了詳細的敘述。上述事實說明，我國是一個具有悠久的焊接歷史的國家。氣焊大約是在1892年前后出現(xiàn)，那時使用的是氫氣氧氣混合氣體。氫氧混合氣體的燃燒溫度最高能達到2000左右，因此，只能焊接較薄的工件，而且使用氫氣很不安全，容易發(fā)生爆炸事故。所以，在工業(yè)上未被廣泛采用。到了1895年，發(fā)明了用電爐制造碳化鈣(俗稱電石)的方法之后，又發(fā)現(xiàn)了乙炔氣(電石與水接觸后產(chǎn)生的氣體)和氧氣混合燃燒，可以得到更高的溫度(3200)，在1903年，氧氣一乙炔氣火焰被運用到金屬焊接上去，奠定了氣焊技術(shù)的基礎(chǔ)。近代主要的焊接技術(shù)電弧焊，是在電能成功地應用于工業(yè)生產(chǎn)之后發(fā)展起來的。20世紀初，作

8、為焊接設(shè)備的正式產(chǎn)品手工電弧焊機問世。20年代后期電阻焊和40年代后期埋弧焊、惰性氣體保護焊相繼獲得應用，50年代CO2氣電焊、電渣焊、摩擦焊、電子束焊、超聲波焊和60年代等離子弧焊、激光焊、光束焊相繼出現(xiàn)，使焊接技術(shù)達到了新的水平。近年來，太陽能焊機、冷壓焊機等新型焊接設(shè)備開始研制，特別是在焊接生產(chǎn)自動化及電子計算機在焊接切割生產(chǎn)中的應用方面有很大發(fā)展，將會使焊接切割技術(shù)的發(fā)展達到一個新階段。(二)焊接與切割的應用焊接是一種應用范圍很廣的金屬加工方法，與其它熱加工方法相比，它具有生產(chǎn)周期短、成本低，結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，用材合理及能夠以小拼大等一系列優(yōu)點，從而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。如造船、電

9、站、汽車、石油、橋梁、礦山機械等行業(yè)中，焊接已成為不可缺少的加工手段。在世界主要的工業(yè)國家里每年鋼產(chǎn)量的45左右要用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)。在制造一輛小轎車時，需要焊接500012000個焊點，一艘30萬噸油輪要焊1000km長的焊縫，一架飛機的焊點多達2030萬個。此外，隨著工業(yè)的發(fā)展，被焊接的材料種類也愈來愈多，除了普通的材料外，還有如超高強鋼、活性金屬、難熔金屬以及各種非金屬的焊接。同時，由于各類產(chǎn)品日益向著高參數(shù)(高溫、高壓、高壽命)、大型化方向發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)越來越復雜，焊接工作量越來越大，這對于焊接生產(chǎn)的質(zhì)量，效率等提出了更高的要求。同時也推動了焊接技術(shù)的飛速發(fā)展，使它在工業(yè)生產(chǎn)中的應用更為

10、廣闊。三、學習焊接切割安全技術(shù)的必要性隨著生產(chǎn)的發(fā)展，焊接技術(shù)的應用愈來愈廣泛，與此同時，伴隨出現(xiàn)的各種不安全、不衛(wèi)生的因素嚴重地威脅著焊工及其它生產(chǎn)人員的安全與健康。為切實保護工人的安全與健康，國家經(jīng)貿(mào)委于1999年發(fā)布的第13號主任令特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓考核管理辦法和國家標準GB530685特種作業(yè)人員安全技術(shù)考核管理規(guī)則中都明確規(guī)定：金屬焊接(氣割)作業(yè)是特種作業(yè)，直接從事特種作業(yè)者，稱特種作業(yè)人員。特種作業(yè)人員，必須進行與工種相適應的、專門的安全技術(shù)理論學習和實際操作訓練，并經(jīng)考核合格取得國家經(jīng)貿(mào)委統(tǒng)一制作的安全技術(shù)操作證后方準獨立作業(yè)。特種作業(yè)是指容易發(fā)生人員傷亡事故，對操作者本

11、人、他人及周圍設(shè)施的安全有重大危害的作業(yè)。直接從事這些作業(yè)的人員，即特種作業(yè)人員的安全技術(shù)素質(zhì)及行為對于安全狀況是至關(guān)重要的，許多重大、特大事故就是因為這些作業(yè)人員的違章造成的。鑒于特種作業(yè)人員在安全生產(chǎn)工作中的重要性，勞動法、礦山安全法、煤炭法等法律法規(guī)都對特種作業(yè)人員的培訓、考核、管理提出了要求。原勞動部曾發(fā)布了特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓考核管理規(guī)定(勞安字199131號)、礦山特種作業(yè)人員安全操作資格考核規(guī)定(勞部發(fā)199635號)等規(guī)章。特種作業(yè)人員的培訓、考核發(fā)證工作，已經(jīng)成為安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的一項基本內(nèi)容。職工在焊接切割工作過程中需要與各種易燃易爆氣體、壓力容器和電機電器接觸。焊接過程中會產(chǎn)生有毒氣體、有害粉塵、弧光輻射、高頻電磁場、噪聲和射線等。上述危害因素在一定條件下可能引起爆炸、火災、燙傷、急性中毒(錳中毒)、血液疾病、電光性眼炎和皮膚病等職業(yè)病癥。此外還可能危及設(shè)備、廠房和周圍人員安全，給國家和企業(yè)帶來不應有的損失。學習焊接安全技術(shù)的目的在于使有關(guān)的管理人員、操作工人掌握焊接操作的基本原理，操作安全及防護的方法，嚴格執(zhí)行國家標準焊接與切割安全(GB944888)及各項有關(guān)安全操作規(guī)程，保證安全生產(chǎn)以及遇到緊急情況時能及時做出適當?shù)奶幚?，從而保護操作者自己和周圍人員及廠房設(shè)備不