焊接與切割的基本原理及分類(lèi)
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(一)基本原理
在金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械產(chǎn)品的制造中常需將兩個(gè)或兩個(gè)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(lèi),一類(lèi)是可拆卸的聯(lián)接,就是不必?fù)p壞被聯(lián)接件本身就可以將它們分開(kāi)、如 ... ( 一) 基本原理
在金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械產(chǎn)品的制造中常需將兩個(gè)或兩個(gè)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(lèi),一類(lèi)是可拆卸的聯(lián)接,就是不必?fù)p壞被聯(lián)接件本身就可以將它們分開(kāi)、如螺栓聯(lián)接等,見(jiàn)圖1 —1 。另一類(lèi)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。
焊接就是通過(guò)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(dá)到結(jié)合的方法。
為了獲得牢固的結(jié)合,在焊接過(guò)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(guò)程中,必須對(duì)需要結(jié)合的地方通過(guò)加熱使之熔化,或者通過(guò)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(kuò)散,從而達(dá)到不可拆卸的聯(lián)接。
( 二) 焊接方法的分類(lèi)
按照焊接過(guò)程中金屬所處的狀態(tài)及工藝的特點(diǎn),可以將焊接方法分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類(lèi)。
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(qiáng)了金屬原子的功能,促進(jìn)原子間的相互擴(kuò)散,當(dāng)被焊接金屬加熱至熔化狀態(tài)形成液態(tài)熔池時(shí),原子之間可以充分?jǐn)U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(jiàn)的氣焊、電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)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(shí)施加一定壓力而完成焊接的方法。這類(lèi)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(lèi)型的壓力焊方法。二是不進(jìn)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(diǎn)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(dá)到結(jié)合的方法。焊接時(shí)被焊金屬處于固體狀態(tài),工件只適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行加熱,沒(méi)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(kuò)散而形成牢固的焊接接頭。釬焊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(jī)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(jiàn)的釬焊方法有烙鐵釬焊、火焰釬焊、感應(yīng)釬焊等多種方法。
焊接方法的分類(lèi)可見(jiàn)圖1 —3 所示。
( 三) 切割的方法和分類(lèi)
按照金屬切割過(guò)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(lèi)。
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(yù)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(jìn)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氣不同,所使用的割炬也有所不同:它擴(kuò)大了低壓氧噴嘴孔徑及燃料混合氣噴口截面,還擴(kuò)大了對(duì)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(dá)2800 ~3000 ℃,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(shí)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(qiáng)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,并用壓縮空氣將其吹掉,實(shí)現(xiàn)切割的方法。
3 .冷切割
切割后工件相對(duì)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(dòng)而實(shí)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200 ~400MPa 的高壓水的水束動(dòng)能,來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的切割。
在金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械產(chǎn)品的制造中常需將兩個(gè)或兩個(gè)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(lèi),一類(lèi)是可拆卸的聯(lián)接,就是不必?fù)p壞被聯(lián)接件本身就可以將它們分開(kāi)、如 ... ( 一) 基本原理
在金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械產(chǎn)品的制造中常需將兩個(gè)或兩個(gè)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(lèi),一類(lèi)是可拆卸的聯(lián)接,就是不必?fù)p壞被聯(lián)接件本身就可以將它們分開(kāi)、如螺栓聯(lián)接等,見(jiàn)圖1 —1 。另一類(lèi)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1—1
機(jī)械聯(lián)接
(a)螺栓聯(lián)接 (b)鉚釘聯(lián)接
焊接就是通過(guò)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(dá)到結(jié)合的方法。
為了獲得牢固的結(jié)合,在焊接過(guò)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(guò)程中,必須對(duì)需要結(jié)合的地方通過(guò)加熱使之熔化,或者通過(guò)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(kuò)散,從而達(dá)到不可拆卸的聯(lián)接。
( 二) 焊接方法的分類(lèi)
按照焊接過(guò)程中金屬所處的狀態(tài)及工藝的特點(diǎn),可以將焊接方法分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類(lèi)。

圖1—2
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(qiáng)了金屬原子的功能,促進(jìn)原子間的相互擴(kuò)散,當(dāng)被焊接金屬加熱至熔化狀態(tài)形成液態(tài)熔池時(shí),原子之間可以充分?jǐn)U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(jiàn)的氣焊、電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)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(shí)施加一定壓力而完成焊接的方法。這類(lèi)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(lèi)型的壓力焊方法。二是不進(jìn)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(diǎn)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(dá)到結(jié)合的方法。焊接時(shí)被焊金屬處于固體狀態(tài),工件只適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行加熱,沒(méi)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(kuò)散而形成牢固的焊接接頭。釬焊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(jī)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(jiàn)的釬焊方法有烙鐵釬焊、火焰釬焊、感應(yīng)釬焊等多種方法。
焊接方法的分類(lèi)可見(jiàn)圖1 —3 所示。

圖1—3
焊接的分類(lèi)
( 三) 切割的方法和分類(lèi)
按照金屬切割過(guò)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(lèi)。
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(yù)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(jìn)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氣不同,所使用的割炬也有所不同:它擴(kuò)大了低壓氧噴嘴孔徑及燃料混合氣噴口截面,還擴(kuò)大了對(duì)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(dá)2800 ~3000 ℃,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(shí)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(qiáng)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,并用壓縮空氣將其吹掉,實(shí)現(xiàn)切割的方法。
3 .冷切割
切割后工件相對(duì)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(dòng)而實(shí)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200 ~400MPa 的高壓水的水束動(dòng)能,來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的切割。
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