材料成形原理焊接原理概述

材料成形原理焊接原理概述第1頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月參考文獻(xiàn)崔忠圻。金屬學(xué)與熱處理（鑄造、焊接專業(yè)用）。機(jī)械工業(yè)出版社1989年11月（預(yù)備知識(shí)）。鄒家生。材料連接原理與工藝。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005年2月（重點(diǎn)參考）RobertW,MesslerJr.JoiningofMaterialsandStructures-JoiningofMaterialsandStructures.ElsevierButterworth–Heinemann200WheelerRoad,Burlington,MA01803,USA.LinacreHouse,JordanHill,OxfordOX28DP,UK馮端，等。金屬物理學(xué)（第一至第四卷）?？茖W(xué)出版設(shè)，1987年11月（拓展提高）材料成形原理-焊接原理 2第2頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章序論1.1連接與人類歷史自石器時(shí)代至今天連接始終是人類制造業(yè)中最為重要的工藝過(guò)程之一材料成形原理-焊接原理（序論） 3第3頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在通常意義上，連接是指將零、部件組合成一個(gè)（連續(xù)）整體的工藝過(guò)程，其所獲得的整體具備各被連接零、部件沒(méi)有的功能或復(fù)合功能。連接所關(guān)心的核心問(wèn)題是那些具備固有微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的被連接材料在連接過(guò)程中的演變，以及所構(gòu)建連接結(jié)構(gòu)的組織與力學(xué)特征。材料成形原理-焊接原理（序論） 41.2連接的定義、目的及基本分類1.2.1連接的定義第4頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.1Welding,usingavarietyoffusionwelding,predominantlyconsumableelectrodeprocesses,isusedalmostexclusivelyinshipconstruction.Rollproduct(e.g.,plateandbeams),forgings,andcastingsareallweldedtoprovidestructuralintegrity,structuralefficiency,andleaktightness.Inmostshipyardspartsarejoinedtocreatelargepre-fabricatedmodules,whicharethenjoinedtoproducetheship,heretheaircraftcarrierReagan.大型結(jié)構(gòu)材料成形原理-焊接原理（序論） 5第5頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.2Modernmanufacturingoftenbenefitswhenlabor-intensive,quality-criticalassemblyisautomated,asexemplifiedintheautomobileindustrybyroboticwelding.(CourtesyofDaimlerChryslerAG,Stuttgart,Germany,withpermission.)中型結(jié)構(gòu)材料成形原理-焊接原理（序論） 6第6頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.3Weldingisalsousedformicrojoiningforavarietyofapplicationsandindustries.Here,verythinkovarsheetsarespot-filletweldedbylaser-beamweldingtoproducetheminutelapjointsshown.(CourtesyofSandiaNationalLaboratories,Albuquerque,NM,withpermission.)微小結(jié)構(gòu)材料成形原理-焊接原理（序論） 7第7頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.4Typicallargeweldedstructuresatapetrochemicalplant.Notetheboltedthick-sectionpipes,valves,andfittingsattheleftandrightoftheweldedtowers,asshowninaclose-upinFigure2.3.(CourtesyofMarathonAshlandPetroleumLLC,Findlay,OH,withpermission.)金屬材料材料成形原理-焊接原理（序論） 8第8頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.5Typicaluseofmanualironsolderinginindustry.(CourtesyoftheIBMCorporation,Poughkeepsie,NY,withpermission.)Figure1.6Anexampleofafriction-weldedceramicassembly.(CourtesyoftheEdisonWeldingInstitute,Columbus,OH,withpermission.)陶瓷+金屬材料成形原理-焊接原理（序論） 9第9頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.7Theuseofthermalbonding,aswellasadhesivebonding,iscommonplaceintheassemblyofthermoplasticmonolithicandreinforcedcompositesusedinmilitaryaircraft.(CourtesyofNorthropGrummanCorporation,withpermission.)復(fù)合材料材料成形原理-焊接原理（序論） 10第10頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.8Inananalogtowelding,alaserbeamcanbeusedtoreattachadetachedretina,withtheheatofthelasercausingjoiningbycoagulatingprotein.(CourtesyofJuliaA.Haller,M.D.,TheJohnsHopkinsHospital,Baltimore,MD,withpermission.)生物材料材料成形原理-焊接原理（序論） 11第11頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.9Hugeoffshoredrillingplatforms,servingasself-sufficient‘‘citiesatsea,’’useweldingextensivelyintheirland-basedconstruction,on-siteerection,andaboveandbelowwaterrepair.(CourtesyofMaterials&WeldingTechnology,Houston,TX,withpermission.)VA,withpermission.)Figure1.10Underwaterarcweldingisnecessaryforbothconstructionandrepair.Here,adiverisshownarc-repairweldinganobviouslyovergrownsteelstructure.(CourtesyofDave’sDiving&Offshore,inmemoryofChrisMourtinson,MorganCity,LA,withpermissionofDavidGilbert.)海材料成形原理-焊接原理（序論） 12第12頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.11Weldingisusedtoconstructoverlandpipelinesinallkindsofclimates,includingfrozentundraorscorchingdeserts,asshownhere.(CourtesyofBechtelCorporation,SanFrancisco,CA,withpermission.)陸材料成形原理-焊接原理（序論） 13第13頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.12Ashumansventurefartherandstaylongerinouterspace,joiningbyspeciallyadaptedconventionalprocessesaswellasyet-to-be-developedprocesseswillbeanecessity.Here,anastronautassemblesnewpartsontoaportionoftheInternationalOrbitingSpaceStation.(CourtesyoftheNationalAeronauticsandSpaceAdministration,Washington,DC,withpermission.)天材料成形原理-焊接原理（序論） 14第14頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月材料成形原理-焊接原理（序論） 151.2.2連接的目的（1）功能：獲得單一工藝方法（例鑄造、鍛壓、粉末冶金、機(jī)加）無(wú)法獲得的大尺寸或復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件；制備具有多功能耦合的多種材料復(fù)合體。（2）可制造性：利用已有構(gòu)件和材料達(dá)到整體結(jié)構(gòu)構(gòu)造的有效性；獲得單一工藝方法無(wú)法獲得的大尺寸或復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件將適合的材料用于適合的位置，優(yōu)化選擇；充分利用材料，盡量減少材料的消耗。（3）成本（4）美學(xué)重要性第15頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3連接的基本分類連接（Joining）機(jī)械連接（MechanicalFasteners,Riveting）粘接（AdhesiveBondingandCementing）焊接（Welding,Braze,solderanddiffusionbonding）機(jī)械力（彈、塑性畸變）強(qiáng)度低、非密封范德華力、氫鍵強(qiáng)度低、密封金屬鍵，共價(jià)鍵，離子鍵強(qiáng)度高、密封材料成形原理-焊接原理（序論） 16第16頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3材料焊接成型的物理本質(zhì)1.3.1焊接基本方法材料成形原理-焊接原理（序論） 17第17頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月焊接方法分類熔焊壓焊釬焊電弧焊氣焊鋁熱焊電渣焊電子束焊激光焊電阻點(diǎn)（縫）焊熔化極手工電弧焊氬弧焊(MIG)埋弧焊(SAW)CO2焊螺柱焊非熔化極鎢極氬弧焊(TIG)等離子弧焊(PAW)原子氫焊摩擦焊擴(kuò)散焊爆炸焊超聲波焊冷壓焊電阻焊、閃光對(duì)焊材料成形原理-焊接原理（序論） 18第18頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.13氣體保護(hù)鎢極電弧焊（Gas-TungstenArcWelding;GTAW）。示意圖(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.9,page202,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序論） 19第19頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.14氣體保護(hù)熔化極電弧焊（gas-metalarcwelding;GMAW）示意圖。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.16,page208,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序論） 20第20頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.15手工電弧焊（shieldedmetalarcwelding;SMAW）示意圖。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.18,page211,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序論） 21第21頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.16藥芯焊絲電弧焊（flux-coredarcwelding;FCAW）示意圖。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.19,page213,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序論） 22第22頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.17埋弧焊（submergedarcwelding;SAW）示意圖。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.20,page213,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序論） 23第23頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.18電渣焊（electroslagwelding;ESW）示意圖。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Figs.6.21and6.22,page215,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序論） 24第24頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.19電阻點(diǎn)焊（resistancespotwelding;RSW）示意圖。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.24,page218,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序論） 25第25頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.20(a)爆炸焊示意圖（explosionwelding;EXW）；(b)爆炸焊典型形貌。（ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.28,page224,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993）材料成形原理-焊接原理（序論） 26第26頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure1.21(a)摩擦焊（frictionwelding;FRW）示意圖；(b)典型摩擦焊接頭。(ReprintedfromJoiningofAdvancedMaterials,RobertW.Messler,Jr.,Fig.6.29,page225,Butterworth-Heinemann,Stoneham,MA,1993)材料成形原理-焊接原理（序論） 27第27頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3材料焊接成型的物理本質(zhì)1.3.2焊接的定義兩種或兩種以上的材料，在添加或不添加填充材料的條件下，通過(guò)加熱、加壓，或二者并用的外場(chǎng)形式，并借助物質(zhì)遷移過(guò)程，消除接觸表面、形成永久性、致密、高強(qiáng)接頭的物理化學(xué)過(guò)程。材料成形原理-焊接原理（序論） 28第28頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3不同焊接方法所需外場(chǎng)（溫度、壓力）σs2σs3σs4σsTmTb激光電子束電弧電渣氣焊擴(kuò)散接觸超聲冷壓磁脈沖爆炸磨擦0.111010010000.111010010000.010t/sP圖1-22不同焊接方法作用溫度、壓力及過(guò)程持續(xù)時(shí)間的對(duì)比材料成形原理-焊接原理（序論） 29第29頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.4焊接的物理本質(zhì)圖1-24固-固硬球結(jié)構(gòu)模型圖1-23固-液硬球結(jié)構(gòu)模型材料成形原理-焊接原理（序論） 30第30頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月則兩原子間的相吸力為圖1-2原子間作用力與距離關(guān)系1—斥力；2—引力；3—合力材料成形原理-焊接原理（序論） 31萊納德-瓊斯勢(shì)Lennard-Jones按求極限法則可得到與最大凈作用力對(duì)應(yīng)的原子間距為標(biāo)準(zhǔn)的萊納德-瓊斯勢(shì)，m=6，n=12，An、Am的數(shù)據(jù)可以根據(jù)點(diǎn)陣參數(shù)和