金属的焊接,按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类.在熔焊的过程中,如果大气与高温的熔池直接接触的话,大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池,还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷,恶化焊缝的质量和性能。 为了提高焊接质量,人们研究出了各种保护方法。例如,气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气,以保护焊接时的电弧和熔池率;又如钢材焊接时,在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧,就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池,冷却后获得焊缝。
19世纪末之前,的焊接工艺是铁匠沿用了数的金属锻焊。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,次世界大战和第二次世界大战中对设备的需求量很大,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)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。
焊接通过下列三种途径达成接合的目的: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。压焊——焊接过程对焊件施加压力,属于各种金属材料和部分金属材料的加工。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。
搭接接头的焊前准备工作简单,装配方便,焊接变形和残余应力较小,因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说,搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝,这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中;焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。角接头承载能力低,一般不单使用,只有在焊透时,或在内外均有角焊缝时才有所改善,多用于封闭形结构的拐角处。
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