现代焊接技术 吴林-第2章

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这两个接合面的中间去，形成一个接头，这个就是钎焊的接头。

　　　　当然，焊接接头的形成机理还有一些，但是我想，比较初步的了解焊接，这四种连接机理是比较典型的。可能同学们也都知道，一个优秀的焊工是非常不容易的，要经过很高成本的培训，看起来一个焊工操作一根焊条来进行焊接并不复杂，实际上要求焊工眼睛要看着熔池，好的焊工能够观测出来熔池里边的一些反应，比方讲如果有夹渣夹在里面，好的焊工就能发现，能够通过一些手法把夹渣熔出来，他还能够发现气孔，二氧化碳气孔、氢气孔，他也能够用熔化的办法，用多停留的办法把这个气孔排出来。

　　　　手操作着焊条，要操作得非常稳，使它的弧长要保持高度的一致，焊条往前移动的速度要非常均匀，焊枪的角度要把握得非常准确，等等。还要用耳朵听声音，有经验的焊工就能听出来焊接过程是否平稳，飞溅是不是多了，等等。因此，手工焊对焊工的要求是非常高的，同样一个焊条，同样一种材料，不同的焊工焊出来的结果可能会天差地别。

　　　　手工焊条焊接的方法，它最大的优点是非常高的灵活性，手工焊接可以平焊，还可以仰焊，还可以立焊，立焊里边还可以从上往下焊，也可以从下往上焊。但是，这些不同位置，不同材料的焊接都需要采用不同的焊条。到目前为止，按照我国国家标准，能生产出来的焊条已经达到三百多种。手工焊尽管有非常好的灵活性，也很容易实现，但是它从总体上来讲还有很多致命的弱点，因为这种手工操作很难保证质量的均匀性，尤其是在大规模生产当中，人很容易受到各种各样的干扰因素，情绪不好了，身体不好了，都会影响他的焊接质量。因此，自动焊是焊接发展的一个方向。

　　　　下面我想介绍一下埋弧自动焊，埋弧自动焊是在1940年发明的一种新的焊接方法，它和前面的手工焊相同的地方是它还是采用渣保护，但是这个渣不是焊条的药皮，是专门熔炼出来的焊药。这个焊药系统由一个漏斗装的焊药通过一个管道输送到要焊接的前面。第二个不同是不采用焊条，采用焊丝，因为焊丝可以连续送给；焊条，我们烧完一根焊条总得有一个焊条头就给扔了，而且操作得停下来，换焊条然后再焊。改成焊丝以后，用送焊丝的装置和焊丝盘，连续地送给焊丝，这种焊接方法是连续送进的焊丝，在可熔化的颗粒状的焊剂覆盖下引燃电弧，使焊丝、母材和焊剂的一部分熔化和蒸发构成一个空腔，电弧是在空腔里面稳定燃烧，所以把它称之为埋弧自动焊。电弧是埋在空腔里边的，这种方法，第一个优点是完全实现了自动化；第二个优点，它是在埋弧底下进行焊接，所以它的热交换和保护性能比较强，焊接出来的质量比较高；第三个优点，由于埋弧自动焊中电弧埋在焊药底下，所以它可以采用大电流，焊接效率比较高，最近我们国家正在进行的西气东输管道工程，管道是一种高强钢，这种管道在工厂里边先预制成一段，然后再拿到工地上，在野外焊接，这种管道在工厂制作的焊接的工艺就是采用埋弧焊，现在埋弧焊已经发展成为，有双丝埋弧焊，还有多丝埋弧焊，效率更进一步提高。

　　　　电弧焊的另外一种类型，就是气体保护焊，气体保护焊的道理很容易理解，我们前面讲的是采用渣来进行保护，使熔池和焊缝金属能够得到一个优良的品质，后来人家就发现了采用气体来进行保护有更多的优越性。这张画面，就是气体保护焊的原理图，它仍然是电弧的燃烧形成熔池，只是在电极的外面，通过焊嘴输送气体，一般的情况下我们采用惰性气体，也就是采用氩气，因为氩气和其他一些元素都不发生任何化学反应，而且氩气比较重，它能够比较干净地排除掉空气，当然现在有些地方也采用活性气体，所谓活性气体就是叫“Active”的气体，就是在氩气中间加3％到5％的二氧化碳。加了这部分的二氧化碳以后，气体就不是完全具有惰性气体的这种性能，它还带有一部分的活性，这种活性气体作用下，能够使黑色金属在焊接的时候，焊缝看起来很漂亮、很舒展。

　　　　激光焊也是最近这些年发展起来的一种高能量的焊接方法，它是用激光来加热，所以它可以穿透透明介质，能够焊到透明介质容器的里边去，这是其他焊接方法难以做到的，这种方法也被利用到医学里边，比方讲我们有些患者视网膜脱落，视网膜是在眼球的后面，视网膜脱落以后眼睛就会失明，现在就用激光的办法，透过眼球焊到眼球后面，把这个视网膜和眼球焊起来，这个已经是很成功的手术了。第二个它的优点是不需要真空保护，因此，现在得到了非常广泛的应用。

　　　　下面我想给大家放一段录像，机器人激光切割、机器人激光焊接和机器人激光雕刻，这就是激光光刻，这是集成电路片上面刻它的厂名和它的型号，采用激光光刻，可以防伪。激光还可以做艺术加工，激光在切割铜，激光在焊首饰，是手工操作的，所以可能技术要求很高，上边是激光光源，这是银焊丝，是把金刚石焊到首饰上面去。

　　　　第四，现代焊接技术的发展，就是极限环境下的焊接正在开展，水下焊接，因为现在近海油田，水下建筑，水下管道越来越多，所以水下焊接已经有迫切需要，现在焊接技术，已经能够解决一部分水下焊接的问题，水下焊接一般还是采用弧焊的办法，分为两种，一种是干法，一种是湿法。所谓湿法，就是潜水员下去，拿了焊条在水下进行焊接，靠电弧产生的热量，能够排出一部分水，产生气体，形成一个空泡，然后在空泡里面进行焊接，但是这样的深度，一般在几十米深度。还有一种是干法的水下焊接，就是有一个装置容器，潜下去以后把水排开，然后进行焊接。现在西方国家已经能够焊到三百米水深，我们国家能够达到二百米左右。

　　　　还有一个就是空间焊接，这张图就是1970年前苏联的宇航员在联盟号空间站人类第一次在空间站进行焊接实验，手里边拿着这把焊枪是一把经过特制的电子束焊枪，这个宇航员是位女同志，是位女宇航员，现在人类在空间的活动越来越多，空间站是个方向。我们国家现在也在往这个方向走，但是空间站几百吨重的空间站，不可能一次用运载火箭发射上去，所以都是采用蚂蚁搬家的办法，一次发射一块，一次发射一块，然后在空间把它连接起来，因此焊接就成为一个需要的一种工艺，再加上空间站现在要求寿命越来越高，一般空间站现在要求能够在空间的寿命要超过25年，在穿梭对接时发生碰撞，在宇宙空间有各种各样的粒子流的撞击，空间站本身的变形、维修、堵漏，也是一个很现实的问题。所以现在世界各国都在开展空间焊接。美国现在是趋向于采用激光，因为美国的激光研究是领先的，它想采用激光的办法来进行焊接。日本现在也在进行研究，日本的研究是采用电弧焊的办法，就是咱们说的气体保护焊，它把钨极，打个孔，是一种空心钨极的氩弧焊方法。我们国家现在也在开始这方面的实验。因此，极限环境下的焊接已成为目前发展的一个热点。

　　　　这个就是日本北海道的一个装置，空间焊接必须要在地面进行模拟，那么在地面模拟空间的温度变化等都容易进行。问题就是失重的模拟很困难，俄罗斯采用飞机来俯冲，俯冲过程当中有一段失重来进行实验，日本现在采用自由落体的实验办法，它在北海道，利用了一口710米深的废矿井，经过改装以后来做失重的模拟实验，这是它的失重装置，焊机就放在这里头，这个装置，自由落体，落下来，中间大概有十几秒钟的失重状态，然后就要减速、刹车、再停下来。

　　　　我们现在焊接专业和国家实验室正在跟俄罗斯、乌克兰和日本共同探讨进行协作，把中国的空间焊接的研究也能开展起来。

　　　　回顾上一个世纪焊接技术的发展，在金属材料的广泛应用和大工业批生产的推动下，已经发明了许多新的焊接方法，现在可以说，所有的金属材料都能进行焊接，而且焊接的性能越来越好。焊接是一项应用技术，它是在多门基础学科，比如物理、化学、冶金学、电学等基础上发展起来的，在焊接过程中，存在着许多科学规律问题，所以焊接是一门多学科的融合，目前焊接学主要由三个部分构成，焊接方法学，焊接材料学和焊接结构学，我刚才给大家介绍的只是涉及到焊接方法学的一部分，随着信息科学的发展，现代制造业正在发生巨大的变化，信息科学的许多装备和产品需要用焊接技术来制造，但是信息科学又正在改变焊接技术本身，使它成为一个高科技的加工手段。21世纪是材料多元化的时代，传统的金属材料仍然会唱主角，但是非金属材料会快速发展，比如像陶瓷、高强塑料、复合材料等等，非金属材料的连接目前已成为迫切需要。因此展望21世纪，由于非金属材料的广泛应用，必定会产生一系列新的连接方法，这就为我们焊接，特别是我们中国的焊接工作者，尤其是在座的各位年轻的焊接工作者提供了一个非常巨大的发展空间，希望我们在这个世纪，能够在焊接技术上，对世界焊接技术做出越来越大的贡献，谢谢大家。

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