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第一章　焊接技术概述§1-1　焊接技术及发展概况§1-2　常用焊接热源§1-3　焊接安全技术与劳动保护思考与练习在工业生产中，经常需要将两个或两个以上的零件按一定的形式和位置连接起来，根据连接的特点，可以将其分为两大类：一类是可拆卸连接，即不必毁坏零件就可以进行拆卸，如螺纹连接、键连接等；另一类是永久性连接，只有在毁坏零件后才能进行拆卸，如铆接、焊接等，其中应用最广泛的是焊接。据不完全统计，全世界年钢产量的50%要经过焊接加工出成品。§1-1　焊接技术及发展概况焊接及其他常见连接方法如图所示。§1-1　焊接技术及发展概况焊接及其他常见连接方法a）容器壳体的焊接　b）脚手架扣件的螺纹连接c）钢桥上钢板的铆接　d）轮毂与轴的键连接一、焊接的原理§1-1　焊接技术及发展概况二、焊接的分类三、焊接的特点四、焊接技术的应用与发展一、焊接的原理焊接是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使焊件达到结合的一种加工工艺方法。由此可见，焊接最本质的特点就是通过焊接使焊件达到结合，从而将原来分开的物体形成永久性连接的整体。§1-1　焊接技术及发展概况二、焊接的分类按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把金属焊接分为熔焊、钎焊和压焊三类。焊接的分类如图所示。§1-1　焊接技术及发展概况焊接的分类熔焊是指在焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，在不外加压力的情况下完成焊接的方法。在加热的条件下，当被焊金属加热至熔化状态，形成液态熔池时，原子之间可以充分扩散和紧密接触，因此，冷却凝固后可形成牢固的焊接接头。常见的气焊、焊条电弧焊、电渣焊、CO2气体保护焊等都属于熔焊。§1-1　焊接技术及发展概况1．熔焊钎焊是指采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现焊件连接的方法。常见的钎焊方法有烙铁钎焊、火焰钎焊等。§1-1　焊接技术及发展概况2．钎焊3．压焊压焊是指在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。锻焊、爆炸焊、电阻焊、气压焊、摩擦焊等均属此类焊接方法。常用的焊接方法如图所示。§1-1　焊接技术及发展概况3．压焊常用的焊接方法三、焊接的特点如图所示，焊接与铆接相比，一是可以节省大量金属材料，减轻结构的质量，因为焊接结构不必钻铆钉孔，材料截面能得到充分利用，也不需要辅助材料。§1-1　焊接技术及发展概况1．焊接与铆接相比焊接与铆接a）焊接　b）铆接二是简化了加工与装配工序，焊接结构生产时不需钻孔，划线的工作量较少，因此生产效率高。三是焊接设备一般比铆接生产所需的大型设备的投资低。四是焊接结构具有比铆接结构更好的密封性，这是压力容器特别是高温、高压容器不可缺少的性能。五是焊接生产与铆接生产相比具有劳动强度低，劳动条件好等优点。§1-1　焊接技术及发展概况1．焊接与铆接相比焊接与铸造相比，一是不需要制作木模和砂型，也不需要专门的熔炼、浇注，工序简单， 生产周期短。二是焊接结构比铸件节省材料，通常其质量比铸钢件轻20%～30%， 比铸铁件轻50%～60%。三是采用轧制材料的焊接结构质量一般比铸件好，即使不用轧制材料，用小铸件拼焊成大件，小铸件的质量也比大铸件质量容易保证。§1-1　焊接技术及发展概况2．焊接与铸造相比焊接具有一些用别的工艺方法难以达到的优点，如可根据受力情况和工作环境，在不同的部位选用不同强度和不同耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能的材料，以满足产品使用性能的要求。§1-1　焊接技术及发展概况3．焊接的优点焊接也有一些缺点，如会产生焊接应力与变形，焊接应力会削弱结构的承载能力，焊接变形会影响结构的形状和尺寸精度；焊缝中会存在一定数量的缺欠；焊接过程中会产生有毒、有害物质等。这些都是焊接过程中需要注意的问题。§1-1　焊接技术及发展概况4．焊接的缺点四、焊接技术的应用与发展我国是世界上较早应用焊接技术的国家之一。近代焊接技术从1885年出现碳弧焊开始，直到20世纪40年代才形成较完整的焊接工艺方法体系。特别是20世纪40年代初期出现了优质焊条后，焊接技术得到了一次飞跃。现在世界上已有50余种焊接工艺方法应用于生产中，随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的应用与推广，使焊接技术特别是焊接自动化技术的应用进入一个崭新的阶段。§1-1　焊接技术及发展概况四、焊接技术的应用与发展各种新工艺方法，如多丝埋弧焊（见图a）、窄间隙气体保护全位置焊、水下CO2气体保护半自动焊、全位置脉冲等离子弧焊、异种金属的摩擦焊、数控切割设备及焊接机器人（见图b）等。§1-1　焊接技术及发展概况焊接技术的应用a）多丝埋弧焊　b）焊接机器人在汽车制造业中的应用c）三峡水轮机转轮　d）北京奥运会主体育场“鸟巢”四、焊接技术的应用与发展已广泛应用于航空、石油化工机械、矿山机械、起重机械、建筑及国防等各工业部门，并成功地完成了不少重大产品的焊接，如直径为15.7 m的大型球形容器、万吨级远洋考察船“远望号”。§1-1　焊接技术及发展概况四、焊接技术的应用与发展世界最大的三峡水轮机转轮（直径10.7 m、高5.4 m、总质量440 t、耗用焊丝12 t， 见图c）、2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”（见图d）以及核反应堆、人造卫星、神舟系列太空飞船等尖端产品。§1-1　焊接技术及发展概况焊接技术的应用a）多丝埋弧焊　b）焊接机器人在汽车制造业中的应用c）三峡水轮机转轮　d）北京奥运会主体育场“鸟巢”四、焊接技术的应用与发展焊接方法的发展简史见表。§1-1　焊接技术及发展概况焊接方法的发展简史一、焊接热源§1-2　常用焊接热源二、焊接电弧一、焊接热源金属焊接常用的热源有电弧热、化学热、电阻热、摩擦热、电子束、激光束等，目前应用最广泛的是电弧热。常用焊接热源的特点及对应的焊接方法见表。§1-2　常用焊接热源常用焊接热源的特点及对应的焊接方法二、焊接电弧由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧，如图所示。§1-2　常用焊接热源焊条电弧焊焊接电弧1—焊条　2—焊件　3—电弧正常状态下，气体是良好的绝缘体，气体的分子和原子处于中性状态，气体中没有带电粒子，因此气体不能导电，电弧也不能自发地产生。要§1-2　常用焊接热源1．焊接电弧产生的条件（1）接触引弧弧焊电源接通后，将电极（焊条或焊丝）与工件直接短路接触，随后拉开焊条或焊丝而引燃电弧，称为接触引弧。接触引弧是一种最常用的引弧方式。如图1、图2所示。§1-2　常用焊接热源2．焊接电弧的引燃方法划擦法引弧直击法引弧（2）非接触引弧引弧时，电极与工件之间保持一定间隙，然后在电极和工件之间施以高电压击穿间隙使电弧引燃，这种引弧方式称为非接触引弧。§1-2　常用焊接热源2．焊接电弧的引燃方法（1）焊接电弧的构造焊接电弧按其构造可分为阴极区、阳极区和弧柱三部分，如图所示。§1-2　常用焊接热源3．焊接电弧的构造及静特性焊接电弧的构造1—焊条　2—阴极区　3—弧柱　4—阳极区　5—焊件1）阴极区。2）阳极区。3）弧柱。这里有两个必须注意的问题：一是不同的焊接方法，其阳极区、阴极区温度的高低并不一致，见表；二是以上分析的是直流电弧的热量和温度分布情况，而交流电弧由于电源的极性是周期性变化的，因此，两个电极区的温度趋于一致，近似于它们的平均值。§1-2　常用焊接热源3．焊接电弧的构造及静特性各种焊接方法阳极区与阴极区温度比较（2）焊接电弧的静特性在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性，一般也称为伏—安特性。表示它们关系的曲线叫作电弧的静特性曲线，如图中的曲线2所示。§1-2　常用焊接热源3．焊接电弧的构造及静特性普通电阻静特性与电弧的静特性1—普通电阻静特性　2—电弧的静特性1）电弧静特性曲线的特点及区间划分。2）电弧静特性曲线的应用。电弧静特性曲线与电弧长度密切相关，当电弧长度增加时，电弧电压升高，其静特性曲线的位置也随之上升，如图所示。§1-2　常用焊接热源3．焊接电弧的构造及静特性不同电弧长度的电弧静特性曲线焊接电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、飘移和偏吹等）的程度。电弧的稳定燃烧是保证焊接质量的一个重要因素，因此，维持电弧稳定性是非常重要的。电弧不稳定的原因除焊工操作技术不熟练外，还与下列因素有关：（1）弧焊电源的影响（2）焊接电流的影响（3）焊条药皮或焊剂的影响§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性（4）焊接电弧偏吹的影响在正常情况下焊接时，电弧的中心线总是保持着沿焊条（丝）电极的轴线方向。即使当焊条（丝）与焊件有一定倾角时，电弧也会跟着电极轴线的方向而改变，如图所示。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性正常焊接时的电弧a）焊条与焊件垂直　b）焊条与焊件倾斜但在实际焊接中，由于电弧周围气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，会使电弧中心偏离电极轴线的方向，这种现象称为电弧偏吹，如图2所示为磁场作用引起的电弧偏吹。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性磁场作用引起的电弧偏吹1）焊接电弧偏吹的原因①焊条偏心产生的偏吹。如图所示。②电弧周围气流产生的偏吹。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性焊条偏心产生的偏吹a）焊条药皮偏心　b）焊条药皮偏心引起的偏吹③焊接电弧的磁偏吹。造成电弧产生磁偏吹的因素主要有以下几种：第一，导线接线位置引起的磁偏吹。如图所示，焊件一侧接“+”极（称为正接），焊接时电弧左侧的磁感线由两部分组成：一部分是电流通过电弧产生的磁感线，另一部分是电流流经焊件产生的磁感线。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性导线接线位置引起的磁偏吹第二，铁磁物质引起的磁偏吹。由于铁磁物质（如钢板、铁块等）的导磁能力远远大于空气，因此，当焊接电弧周围有铁磁物质存在时，在靠近铁磁物质一侧的磁感线大部分都通过铁磁物质形成封闭曲线，使电弧与铁磁物质之间的磁感线变得稀疏，而电弧另一侧的磁感线就显得密集，造成电弧两侧的磁感线分布极不均匀，电弧向铁磁物质一侧偏吹，如图所示。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性铁磁物质引起的磁偏吹第三，电弧运动至焊件端部时引起的磁偏吹。当在焊件边缘处开始焊接或焊接至焊件端部时，经常会发生电弧偏吹，而逐渐靠近焊件中心时，则电弧的偏吹现象就逐渐减小或没有。这是由于电弧运动至焊件端部时导磁面积发生变化，引起空间磁感线在靠近焊件边缘的地方密度增大，产生了指向焊件内部的磁偏吹，如图所示。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性电弧在焊件端部焊接时引起的磁偏吹②调整焊条角度，可以使焊条偏吹的方向转向熔池，即将焊条向电弧偏吹的方向倾斜一定角度，这种方法在实际工作中应用得较广泛。③采用短弧焊接的方法，因为短弧焊接受气流的影响较小，而且在产生磁偏吹时，如果采用短弧焊接，也能减小磁偏吹的程度，所以，采用短弧焊接是减少电弧偏吹的较好方法。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性④改变焊件上导线接线部位或在焊件两侧同时接地线，可减少因导线接线位置引起的磁偏吹，如图所示，图中虚线表示克服磁偏吹的接线方法。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性克服磁偏吹的接线方法⑤在焊缝两端各加一小块附加钢板（如引弧板和引出板），使电弧两侧的磁感线分布均匀并减少热对流的影响，以克服电弧偏吹。⑥在露天操作时，如遇大风则必须用挡板遮挡，对电弧进行保护。在焊接管子时，必须将管口堵住，以防止气流对电弧的影响。在焊接间隙较大的对接焊缝时，可在接缝下面加垫板，以防止热对流引起的电弧偏吹。⑦采用小电流焊接，这是因为磁偏吹的大小与焊接电流有直接关系，焊接电流越大，磁偏吹越严重。§1-2　常用焊接热源4．焊接电弧的稳定性一、焊接安全技术§1-3　焊接安全技术与劳动保护二、焊接劳动保护一、焊接安全技术通过人体的电流大小取决于线路中的电压和人体的电阻。人体的电阻除人体自身的电阻外，还包括人所穿的衣服、鞋等的电阻。干燥的衣服、鞋及干燥的工作场地能使人体的电阻增大。（1）焊工要熟悉和掌握有关电的基本知识，以及预防触电和触电后的急救方法等知识，严格遵守有关部门规定的安全措施，防止发生触电事故。§1-3　焊接安全技术与劳动保护1．预防触电的安全技术（2）遇到焊工触电时，切不可赤手去拉触电者，应先迅速将电源切断。（3）在光线昏暗的场地或容器内操作或夜间工作时，使用的工作照明灯的安全电压焊接安全生产非常重要。（4）焊工的工作服、手套、绝缘鞋应保持干燥。（5）在潮湿的场地工作时，应用干燥的木板或橡胶板等绝缘物作垫板。（6）焊工在拉、合电源刀开关或接触带电物体时，必须单手进行。§1-3　焊接安全技术与劳动保护1．预防触电的安全技术（1）焊接前要认真检查工作场地周围是否有易燃、易爆物品（如棉纱、涂料、汽油、煤油、木屑等），如有易燃、易爆物品，应将这些物品移至距离焊接工作场地10m以外。（2）在焊接作业时，应注意防止因金属火花飞溅而引起火灾。（3）严禁设备在带压时进行焊接或切割，带压设备一定要先解除压力（卸压），并且焊割前必须打开所有孔盖。（4）凡被化学物质或油脂污染的设备都应清洗后再进行焊接或切割。§1-3　焊接安全技术与劳动保护2．预防火灾和爆炸的安全技术（5）在进入容器内工作时，焊接或切割工具应随焊工同时进出，严禁将焊接或切割工具放在容器内而焊工擅自离去，以防止混合气体燃烧和爆炸。（6）焊条头及焊后的焊件不能随便乱扔，要妥善管理，更不能扔在易燃、易爆物品的附近，以免发生火灾。（7）离开施焊现场时，应关闭气源、电源，并将火种熄灭。§1-3　焊接安全技术与劳动保护2．预防火灾和爆炸的安全技术焊接时，焊工周围的空气常被一些有害气体及粉尘所污染，如氧化锰、氧化锌、臭氧、氟化物、一氧化碳和金属蒸气等。焊工长期呼吸这些烟尘和气体，对身体健康是不利的，甚至会使焊工患上尘肺病及导致其锰中毒等，因此，应采取以下预防措施：（1）焊接场地应有良好的通风。焊接区的通风是排出烟尘和有毒气体的有效措施，通风的方式有以下几种：1）全面机械通风。2）局部机械通风。3）充分利用自然通风。§1-3　焊接安全技术与劳动保护3．预防有害气体和烟尘中毒的安全技术（2）合理组织劳动布局，避免多名焊工拥挤在一起操作。（3）尽量扩大埋弧焊的使用范围，以代替焊条电弧焊。（4）做好个人防护工作，减少烟尘等对人体的侵害，目前多采用静电防尘口罩。§1-3　焊接安全技术与劳动保护3．预防有害气体和烟尘中毒的安全技术焊工应采取下列措施预防弧光辐射：（1）焊工必须使用有电焊防护玻璃的面罩。（2）面罩应该轻便、成形合适、耐热、不导电、不导热、不漏光。（3）焊工工作时应穿白色帆布工作服，以防止弧光灼伤皮肤。（4）焊工进行引弧操作时应注意周围是否有人，以免强烈的弧光伤害他人眼睛。§1-3　焊接安全技术与劳动保护4．预防弧光辐射的安全技术（5）在厂房内和人多的区域进行焊接时，应尽可能地使用防护屏，如图所示，避免周围的人受弧光伤害。（6）进行重力焊或装配定位焊时，要特别注意避免弧光的伤害，要求焊工或装配工戴防光眼镜。§1-3　焊接安全技术与劳动保护4．预防弧光辐射的安全技术克服磁偏吹的接线方法特殊环境焊接是指在一般工业企业正规厂房以外的地方，例如，在高空、野外、容器内部等进行的焊接。在这些地方焊接时，除遵守上面介绍的一般技术要求外，还要遵守一些特殊的规定。（1）高处焊接作业§1-3　焊接安全技术与劳动保护5．特殊环境焊接的安全技术（2）容器内焊接作业监护人不能随便离开现场，要与容器内部的人员经常取得联系，如图所示。（3）露天或野外焊接作业§1-3　焊接安全技术与劳动保护5．特殊环境焊接的安全技术容器内工作时采取的监护措施二、焊接劳动保护要不断改进、更新焊接技术和焊接工艺，研制低毒、低尘的焊接材料。采取适当的工艺措施减少及消除可能引起事故和职业危害的因素，如采用低锰、低毒、低尘焊条代替普通焊条。§1-3　焊接安全技术与劳动保护1．采用安全卫生性能好的焊接技术及提高焊接自动化水平在焊接过程中加强焊工的个人防护也是加强焊接劳动保护的主要措施。（1）使用个人防护用品如1图所示为电动送风焊接面罩及其使用，图2所示为防尘防毒口罩。§1-3　焊接安全技术与劳动保护1．采用安全卫生性能好的焊接技术及提高焊接自动化水平2-防尘防毒口罩1-电动送风焊接面罩及其使用1．在工业生产中，常用的零件连接方式有哪两大类？各有什么特点？2．什么是焊接？焊接方法分为哪三大类？各有什么特点？3．焊接与铆接、铸造相比有什么优缺点？4．焊接电弧产生和维持的必要条件是什么？5．什么是引弧？引弧的方式有哪些？6．焊接电弧的构造及温度、热量分布如何？思考与练习7．电弧静特性曲线呈什么形状？不同焊接方法其电弧静特性曲线的工作区间应怎样选择？8．什么是焊接电弧的稳定性？影响电弧稳定性的因素有哪些？9．什么是电弧偏吹？产生电弧偏吹的原因有哪些？防止电弧偏吹的措施有哪些？10．焊工焊接时怎样防止触电事故？11．焊接时如何防止火灾及爆炸事故的发生？12．焊接过程中为什么要加强通风？通风方式有哪些？思考与练习13．焊接弧光辐射主要包括哪几种？对人体有什么危害？14．什么是高处焊接作业？应注意哪些安全事项？15．容器内焊接作业应采取哪些安全措施？16．为什么要加强焊接劳动保护？加强焊接劳动保护的措施有哪些？思考与练习

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