專業(yè)介紹
焊接專業(yè)發(fā)展歷史
19世紀(jì)末之前,唯一的焊接工藝是鐵匠沿用了數(shù)百年的金屬鍛焊。最早的現(xiàn)代焊接技術(shù)出現(xiàn)在19世紀(jì)末,先是弧焊和氧燃?xì)夂?,稍后出現(xiàn)了電阻焊。
20世紀(jì)早期,第一次世界大戰(zhàn)和第二次世界大戰(zhàn)中對軍用設(shè)備的需求量很大,與之相應(yīng)的廉價可靠的金屬連接工藝受到重視,進(jìn)而促進(jìn)了焊接技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后,先后出現(xiàn)了幾種現(xiàn)代焊接技術(shù),包括目前最流行的手工電弧焊、以及諸如熔化極氣體保護(hù)電弧焊、埋弧焊(潛弧焊)、藥芯焊絲電弧焊和電渣焊這樣的自動或半自動焊接技術(shù)。
20世紀(jì)下半葉,焊接技術(shù)的發(fā)展日新月異,激光焊接和電子束焊接被開發(fā)出來。今天,焊接機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。研究人員仍在深入研究焊接的本質(zhì),繼續(xù)開發(fā)新的焊接方法,并進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。
金屬連接的歷史可以追溯到數(shù)千年前,早期的焊接技術(shù)見于青銅時代和鐵器時代的歐洲和中東。數(shù)千年前的古巴比倫兩河文明已開始使用軟釬焊技術(shù)。公元前340年,在制造重達(dá)5.4噸的古印度德里鐵柱時,人們就采用了焊接技術(shù) 。
中世紀(jì)的鐵匠通過不斷鍛打紅熱狀態(tài)的金屬使其連接,該工藝被稱為鍛焊。維納重·比林格塞奧于1540年出版的《火焰學(xué)》一書記述了鍛焊技術(shù)。歐洲文藝復(fù)興時期的工匠已經(jīng)很好地掌握了鍛焊,接下來的幾個世紀(jì)中,鍛焊技術(shù)不斷改進(jìn)。到19世紀(jì)時,焊接技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn),其風(fēng)貌大為改觀。
1800年,漢弗里·戴維爵士發(fā)現(xiàn)了電弧;稍后隨著俄國科學(xué)家尼庫萊·斯拉夫耶諾夫與美國科學(xué)家C·L·哥芬(C. L. Coffin)發(fā)明的金屬電極推動了電弧焊工藝的成型。電弧焊與后來開發(fā)的采用碳質(zhì)電極的碳弧焊,在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。1900年左右,A·P·斯特羅加諾夫在英國開發(fā)出可以提供更穩(wěn)定電弧的金屬包敷層碳電極;1919年,C·J·霍爾斯拉格(C. J. Holslag)首次將交流電用于焊接,但這一技術(shù)直到十年后才得到廣泛應(yīng)用。
電阻焊在19世紀(jì)的最后十年間被開發(fā)出來,第一份關(guān)于電阻焊的專利是伊萊休·湯姆森于1885年申請的,他在接下來的15年中不斷地改進(jìn)這一技術(shù)。鋁熱焊接和可燃?xì)夂附影l(fā)明于1893年。埃德蒙·戴維于1836年發(fā)現(xiàn)了乙炔,到1900年左右,由于一種新型氣炬的出現(xiàn),可燃?xì)夂附娱_始得到廣泛的應(yīng)用。
由于廉價和良好的移動性,可燃?xì)夂附釉谝婚_始就成為最受歡迎的焊接技術(shù)之一。但是隨著20世紀(jì)之中,工程師們對電極表面金屬敷蓋技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)(即助焊劑的發(fā)展),新型電極可以提供更加穩(wěn)定的電弧,并能夠有效地隔離基底金屬與雜質(zhì),電弧焊因此能夠逐漸取代可燃?xì)夂附樱蔀槭褂米顝V泛的工業(yè)焊接技術(shù)。
第一次世界大戰(zhàn)使得對焊接的需求激增,各國都在積極研究新型的焊接技術(shù)。英國主要采用弧焊,他們制造了第一艘全焊接船體的船舶弗拉戈號。大戰(zhàn)期間,弧焊亦首次應(yīng)用在飛機(jī)制造上,如許多德國飛機(jī)的機(jī)體就是通過這種方式制造的。 另外值得注意的是,世界上第一座全焊接公路橋于1929年在波蘭沃夫其附近的S?udwia Maurzyce河上建成,該大橋是由華沙工業(yè)學(xué)院的斯特藩·布萊林(Stefan Bry?a)于1927年設(shè)計的。
1920年代,焊接技術(shù)獲得重大突破。1920年出現(xiàn)了自動焊接,通過自動送絲裝置來保證電弧的連貫性。保護(hù)氣體在這一時期得到了廣泛的重視。因?yàn)樵诤附舆^程中,處于高溫狀態(tài)下的金屬會與大氣中的氧氣和氮?dú)獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此產(chǎn)生的空泡和化合物將影響接頭的強(qiáng)度。
解決方法是,使用氫氣、氬氣、氦氣來隔絕熔池和大氣。接下來的10年中,焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展使得諸如鋁和鎂這樣的活性金屬也能焊接。1930年代至第二次世界大戰(zhàn)期間,自動焊、交流電和活性劑的引入大大促進(jìn)了弧焊的發(fā)展。
20世紀(jì)中葉,科學(xué)家及工程師們發(fā)明了多種新型焊接技術(shù)。 1930年發(fā)明的螺柱焊接(植釘焊),很快就在造船業(yè)和建筑業(yè)中廣泛使用。同年發(fā)明的埋弧焊,直到今天還很流行。鎢極氣體保護(hù)電弧焊在經(jīng)過幾十年的發(fā)展后,終于在1941年得以最終完善。
隨后在1948年,熔化極氣體保護(hù)電弧焊使得有色金屬的快速焊接成為可能,但這一技術(shù)需要消耗大量昂貴的保護(hù)氣體。采用消耗性焊條作為電極的手工電弧焊是在1950年代發(fā)展起來的,并迅速成為最流行的金屬弧焊技術(shù)。
1957年,藥芯焊絲電弧焊首次出現(xiàn),它采用的自保護(hù)焊絲電極可用于自動化焊接,大大提高了焊接速度。同一年,等離子弧焊發(fā)明。電渣焊發(fā)明于1958年,氣電焊則于1961年發(fā)明。
焊接技術(shù)在近年來的發(fā)展包括:1958年的電子束焊接能夠加熱面積很小的區(qū)域,使得深處和狹長形工件的焊接成為可能。其后激光焊接于1960年發(fā)明,在其后的幾十年歲月中,它被證明是最有效的高速自動焊接技術(shù)。不過,電子束焊與激光焊兩種技術(shù)由于其所需配備價格高昂,其應(yīng)用范圍受到限制。
焊接專業(yè)方法
焊接技術(shù)主要應(yīng)用在金屬母材上,常用的有電弧焊,氬弧焊,CO2保護(hù)焊,氧氣-乙炔焊,激光焊接,電渣壓力焊等多種,塑料等非金屬材料亦可進(jìn)行焊接。金屬焊接方法有40種以上,主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。
熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài),不加壓力完成焊接的方法。熔焊時,熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化,形成熔池。熔池隨熱源向前移動,冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。
壓焊是在加壓條件下,使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合,又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊,當(dāng)電流通過兩工件的連接端時,該處因電阻很大而溫度上升,當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時,在軸向壓力作用下連接成為一體。
釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料,將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度,利用液態(tài)釬料潤濕工件,填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散,從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。
焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時會受到焊接熱作用,而發(fā)生組織和性能變化,這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū)。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同,焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過熱、脆化、淬硬或軟化現(xiàn)象,也使焊件性能下降,惡化焊接性。這就需要調(diào)整焊接條件,焊前對焊件接口處預(yù)熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。
計算機(jī)應(yīng)用
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鉗工
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電工
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液壓傳動
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