焊接科学与工程1焊接科学与工程-第一章
焊接技术与工程学
焊接技术与工程学焊接技术与工程学是一门涉及金属材料加工与连接的技术学科，它在工业生产中起着至关重要的作用。
本文将从焊接技术的基本原理、应用领域以及未来发展方向等方面进行探讨。
我们来了解一下焊接技术的基本原理。
焊接是指通过加热或施加压力，在金属材料表面形成熔融池，并使其冷却凝固，从而实现金属材料的连接。
焊接可以分为熔化焊和压力焊两大类。
熔化焊是最常见的焊接方法，包括电弧焊、气体焊、激光焊等。
压力焊则是通过施加压力将金属材料连接在一起，例如冷焊和超声波焊等。
焊接技术在工程学中的应用非常广泛。
在制造业中，焊接是连接金属材料的常用方法，用于制造各种产品，如汽车、船舶、飞机、建筑结构等。
此外，焊接技术还广泛应用于能源行业，如核能、石油化工等。
在航天航空领域，焊接技术的高强度和高可靠性要求使其成为关键的工艺之一。
总之，焊接技术在各个领域都发挥着重要的作用，对于提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。
随着科学技术的不断发展，焊接技术也在不断创新与进步。
未来，焊接技术的发展趋势主要集中在以下几个方面。
首先，高效、环保的焊接方法将得到更广泛的应用。
例如，激光焊接具有高能量密度、热影响区小的特点，可以实现高速、高质量的焊接。
其次，智能化焊接系统将得到进一步改进和推广。
自动化、智能化的焊接系统可以提高生产效率，减少人为操作的误差。
再次，焊接材料的研发将成为焊接技术的重要方向。
新型焊接材料的研究可以提高焊接接头的强度和耐腐蚀性能，满足各种特殊环境下的应用需求。
最后，焊接过程的监测与控制也是未来的研究热点。
通过实时监测焊接过程中的参数，可以及时发现问题并进行调整，提高焊接质量和稳定性。
焊接技术与工程学是一门重要的学科，它在各个行业中都起着不可替代的作用。
随着科技的不断进步，焊接技术也在不断创新与发展。
未来，随着新材料、新工艺的不断涌现，焊接技术将会迎来更广阔的发展空间，为各行各业的发展提供更好的支撑和保障。
焊接自动化技术及应用1第一章 传感器
• 常见的有电感式传感器、光栅传感器等。
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1.3 位移传感器
一、 差动变压器式位移传感器
差动变压器式位移传感器是感应式位移传感器中应用最
广的一种。
特点（优点）：具 有良好的环境适应性， 结构简单、灵敏度高、
图1-2 电容式接近开关的工作原理
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1.2 位置式传感器
二、电感式接近开关 电感式接近开关是一种开关量输出的位置传感器，它
由LC高频振荡器和放大处理电路组成。当金属物体靠近接 近开关时，探头产生电磁振荡，金属物体内部会产生涡流 。金属物体产生的涡流反作用于接近开关，使接近开关振 荡能量衰减，内部电路的参数发生变化，开关状态发生变 化，从而识别出金属物体。也常称为涡流式接近开关。
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1.2 位置式传感器
五、位置传感器的应用 • 位置控制在自动焊接中应用非常广泛。在直缝、环形焊缝
自动焊接和焊接生产自动流水线的工件传输，以及焊接工位 的自动转换的控制，都需要采用位置传感器。
图1-5 直缝自动焊
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图1-6 焊接工位自动转换
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1.3 位移传感器
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1.2 位置式传感器
一、电容式接近开关 电容式接近开关是利用物体间的电容变化来确定物体
位置。 根据电容的变化检测物体接近程度的方法有多种，但最
简单的方法是将电容器作为振荡电路的一部分，并设计成 只有在传感器的电容值超过预定阈值时才产生振荡，然后 再经过变换，使其成为输出电压，用以确定被检测物体的 位置。
焊接物理冶金 第一、二章课件
图1-13 焊接参数对温度场分布的影响（10mm厚的低碳钢板） a) q=常数, v的影响;b) v=常数, q及v等比例变化时对温度场的影响
图1-14 在相同的热功率q、热源移动速度v和相同板厚δ条 件下，不同材料板上移动线热源周围的温度场
图1-16 焊接热循环的参数
图1-15 距焊缝不同各点的焊接热循环
表0-2 低碳钢熔敷金属成分及性能变化（同一焊丝）
图0-13 细晶粒低碳钢焊接接头各部位的临界COD值（手弧焊） 1—母材； 2—250℃预热应变的母材； 3—细晶粒的HAZ 4—粗晶粒的HAZ； 5—焊缝（1.58KJ/cm）
焊缝裂纹
火口裂纹
裂纹断裂表面
HAZ裂纹
HAZ裂纹
焊缝气孔
图？ 双椭圆分布热源示意图
图？ 半椭球体分布热源示意图
图？ 双椭球体分布热源示意图
图？ 手工电弧焊原理
第三章 焊缝金属
q 4200W , 0.42W /(cm C ), 0.1cm2 / s
b0 28 10 4 / s, 1cm
图1-9 薄板焊接时的温度场
a) xOy面上平行x轴的温度分布 b) xOy面上的等温线 c) xOy面上平行y轴的温度分布
图1-10 中厚焊件焊接时的温度场
1—焊缝
图0-12 熔焊接头示意 2—熔合区 3—热影响区
图0-2 手工电弧焊接头
图0-13 熔合区
图0-14 熔合线
表0-1 焊接热源能量密度与熔透区截面形状
图0-4 气体保护焊接头
图0-7 电子束焊接头
三、金属的焊接性
1. 焊接冶金问题的提出 （1）焊缝的化学成分、组织及性能与母材有较大的差别； （2）即使焊缝的化学成分与母材相同，但组织和性能不同 （3）HAZ经历了特殊的热循环，组织和性能明显变化； （4）熔合区存在明显的成分、组织及性能的不均匀性； （5）焊接接头易出现裂纹、气孔缺陷。 2. 金属的焊接性的意义 定义：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整 的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。金属焊接性包括 结合性能（裂纹、气孔、夹渣等）和使用性能（力学性能、 耐蚀性能、耐磨性能等） 两方面。 金属焊接性问题主要来源于焊接冶金特点，从焊接冶金 角度可揭示金属焊接性的本质。
焊接技术与工程一级学科
焊接技术与工程一级学科焊接技术与工程是机械工程和材料科学领域的交叉学科，它涉及到金属和非金属材料的连接、结构设计与分析、焊接工艺与设备、焊接自动控制、焊接材料、焊接质量与检测等内容，是现代工程技术中至关重要的学科领域。
随着工业现代化的发展，焊接技术已经成为各行业制造与生产中不可或缺的重要环节，其在汽车制造、航空航天、能源、化工、建筑等领域都具有广泛的应用。
一、焊接技术与工程的学科发展历史焊接技术自古至今一直伴随着人类的生产活动。
早期的焊接方法主要包括铁锤打熔焊、火焰加热焊接、铸铁焊接等。
进入现代工业时期，随着金属材料的广泛应用和工业生产的发展，焊接技术不断提升和完善。
20世纪初，电弧焊接技术的发明开创了现代焊接技术的先河，焊接技术开始进入电气化、自动化和数字化的新阶段。
随着激光焊、等离子焊、激光-电弧复合焊等新技术的不断涌现，现代焊接技术在机器人化、智能化、高效化方向迈进了新的步伐。
二、焊接技术与工程的研究领域焊接技术与工程的研究领域十分广泛，主要包括焊接材料、焊接工艺、焊接设备与自动化、焊接结构设计、焊接质量与检测等方面。
在焊接材料方面，研究者着重于通过合金设计和改进材料组织来提高焊接材料的性能，包括焊接耐热合金、焊接耐蚀合金、耐磨焊接材料等。
在焊接工艺方面，研究者关注焊接过程中的热-力耦合、热量输入和熔池形成等问题，以获得高质量的焊接接头。
而焊接设备与自动化研究主要集中在焊接设备的自动控制、工艺参数的实时调整、焊接过程监测与智能化控制。
焊接结构设计方面的研究则侧重于焊接接头强度分析、疲劳寿命预测、焊接连接设计等。
焊接质量与检测方面的研究关注焊接接头的缺陷检测、残余应力测量、无损检测技术等。
三、焊接技术与工程的未来发展方向未来，随着工业技术的不断发展和对产品质量要求的日益提高，焊接技术与工程将朝着数字化、智能化、高效化方向不断迈进。
数字化技术将广泛应用于焊接设计、焊接工艺规划与模拟、焊接质量监测与控制中，以实现焊接过程的数字化管理与优化。
焊工工艺学第五版教学课件第一章 焊接技术概述
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”
§1-1 焊接技术及发展概况
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”。
31 第 一 章 焊 接 技 术 概 述
正常焊接时的电弧 a）焊条与焊件垂直 b）焊条与焊件倾斜
§1-2 常用焊接热源
4．焊接电弧的稳定性 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。
第一章 焊接技术概述
1 第一章 焊接技术概述
§1-1 焊接技术及发展概况
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）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
30 第 一 章 焊 接 技 术 概 述
§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。
15 第 一 章 焊 接 技 术 概 述
焊接技术与工程专业课程
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一、焊接技术与工程专业课程有哪些计算机应用基础、机械制图、计算机辅助设计、工程力学、电工学与电子学、金属材料学及热处理、机械原理与机械零件、焊接方法与设备、焊接结构生产、熔焊原理及金属材料焊接性、弧焊电源、焊接生产检验、教育学、心理学、普通话语言等。
二、焊接技术与工程专业焊接技术具有裁缝之称。
**类高等学校设置不尽相同。
焊接本科专业为哈工大为最强，有焊接系，本科毕业授予本科毕业证、工学学士证，部分毕业生授予国际焊接工程师证。
很多985、211高校只设置焊接方向的硕士专业、博士专业。
比如华南理工大学没有焊接本科专业、专业，只有焊接方向的硕士专业、博士专业。
焊接技术与工程专业一般对于中专技校生而设置，培养适应焊接生产、管理、服务第一线需要的，德、智、体、美等方面全面的专业人才.
三、焊接技术与工程专业就业方向和前景焊接技术与工程专业是一个技术性较强、知识面相对集中的一个专业，目前全国只有**大学等少数几所高校开办了焊接技术与工程专业，每年的毕业生人数较少，而近几年来，一方面，国家对特种设备行业了管理和监督，另一方面，大量外资制造业和技术服务业的涌进,使焊接专业人员更加稀缺.
焊接技术与工程专业的毕业生可以在航空航天、能源、电力电器等领域从事焊接工程相关的科学研究、技术开发、设计制造等;也能在生产第一线从事材
料热加工领域内的设计制造、试验研究、科技开发与管理以及从事材料成型与控制和计算机科学与技术的教学、科研、开发和管理等工作,或就业于石油、化工、锅炉、压力容器、航空航天、电子通讯、船舶制造、汽车制造等领域的研究机构或大型国营企业、外资与合资企业以及府相关职能部门。
ﻭ名单。
金属熔焊原理及材料焊接第一章-焊接热源及其作用
焊接热源
焊接的发展趋势：焊接技术逐步向高效率、高质量、低 成本、降低劳动强度、降低能耗的方向发展。
热源的性能不仅影响焊接质量，而且对焊接生产率有着 决定性作用。
作为焊接热源应当是：能量高度集中、快速实现焊接过 程，并保证得到致密而强韧的焊缝和最小的热影响区。
焊接热源
满足焊接条件的热源：
电弧热：利用气体介质中放电过程所产生的热能
• 焊接温度场：某一瞬时焊件上各点的温度分布
等温线或等温面：把焊件上瞬时温度相同的各点 连接在一起。 各等温线或等温面彼此间不能相交，存在一定的 温度差。
焊接温度场的类型： • 稳定温度场：焊接温度场各点的温度不随时间变动。 • 非稳定温度场：各点温度随时间而变动。 • 准稳定温度场：功率恒定的热源在工件上作匀速直线运
• 思考：调整焊接热循环的方法有哪些？
本章结束
源的典型焊接方法有哪些？
焊接热循环：在焊接热源作用下，焊件上某一点的温度随
时间的变化过程。
焊接热循环是描述焊接过程中热源对被焊金属的热作用。距焊缝不同 距离的各点，所经历的热循环不同。距焊缝越近的点，加热的最高温度 越高；越远的点，加热的最高温度越低。
焊接热循环的主要参数：
• 加热速度ωH
晶粒
• 最高加热温度Ｔm 大小
化学热：助燃和可燃气体（氧、乙炔）的燃烧火焰或铝、镁 热剂进行化学反应 电阻热：电流通过导体时产生的电阻热 摩擦热：机械摩擦而产生的热能作为焊接热源
等离子弧焊：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流 电子束焊：高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局 部表面，动能转化为热能
激光焊：受激辐射而使放射增强的光，经聚焦产生能量高 度集中的激光束。
电阻焊接过程
焊接技术与工程一级学科
焊接技术与工程一级学科
（原创实用版）
目录
1.焊接技术与工程的定义和概述
2.焊接技术与工程的主要研究领域
3.焊接技术与工程的重要性和应用
4.焊接技术与工程的发展趋势
正文
焊接技术与工程是一级学科，主要研究焊接原理、焊接方法、焊接设备和焊接质量控制等方面的知识。
焊接技术与工程是一门交叉学科，涉及材料科学、机械工程、电子技术等多个领域。
焊接技术与工程的主要研究领域包括：焊接原理、焊接方法、焊接设备、焊接质量控制、焊接结构和焊接材料等。
焊接原理主要研究焊接过程中的物理和化学变化；焊接方法主要研究不同材料和结构的焊接方式；焊接设备主要研究焊接设备的设计、制造和运行；焊接质量控制主要研究焊接质量的评价和控制方法；焊接结构主要研究焊接结构的设计、制造和运行；焊接材料主要研究焊接材料的性能和应用。
焊接技术与工程具有重要的应用价值。
焊接技术与工程的应用领域非常广泛，涉及到航空航天、汽车制造、船舶制造、电子设备制造、建筑工程等各个领域。
焊接技术与工程的进步可以提高焊接质量和效率，降低生产成本，提高产品的竞争力。
焊接技术与工程的发展趋势包括：高效焊接、自动化焊接、智能化焊接和绿色焊接等。
高效焊接主要研究提高焊接速度和降低焊接能耗；自动化焊接主要研究自动化焊接设备和控制系统；智能化焊接主要研究利用人工智能技术提高焊接质量和效率；绿色焊接主要研究降低焊接过程中的环境污染和资源消耗。
焊接技术与工程是一级学科，主要研究焊接原理、焊接方法、焊接设备和焊接质量控制等方面的知识。
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4、应力集中对结构强度和寿命的影响
应力集中影响结构的精度、强度和寿命，特别低温 冲击和疲劳载荷的结构，对高碳钢和高强钢影响更大， 对高速和重载的结构强度和寿命影响突出。 焊接结构的断裂多起于焊缝与母材交界的焊趾应力 集中处或焊接缺陷应力集中处。 措施：1、结构设计中避免结构和焊接接头的不连续性 引起的应力集中 2、选择焊接性能好的母材、焊接材料、焊接方法和焊 接工艺，避免焊接工艺和缺陷引起的应力集中 因此，只有从焊接结构的设计、选材、焊接工艺多 方面进行质量控制才能确保结构的安全
响结构强度。
接头形式和焊接缺陷产生应力集中，影响结构强 度 焊接力学是焊接结构强度分析和控制基础
1.3.4焊接控制学与焊接工程控制
焊接能源的控制：对焊接能源的性能和特性的控 制，焊接参数的控制
焊接设备工程控制：焊接过程执行和协调的控制
焊接过程的自动当于物理冶金过程（热处理）
在压力焊时是加热到材料塑性状态加以压力产生塑 性变形再结晶，相当于力学冶金过程（压力加工） 是各种材料焊接性能研究、焊接材料选择、焊接方 法及工艺选择和相应焊接参数选择的基础
1.3.3焊接力学与焊接结构强度
加热区域小，温度梯度大，加热速度、最高温度 和冷却速度不均，致使接头区域产生大（残余）变 形和（残余）应力，其峰值可能达到屈服极限，影
焊接系统控制：整个焊接系统的综合和集中控制
1.3 焊接技术的学科领域及应用
1.3.5焊接与再制造过程
实现耐磨、耐冲刷、耐蚀、耐
热、隔热、导电、绝缘等特殊
功能
1.3.6焊接技术的发展
1. 焊接新能源及其方法设备的应用
高能密度等离子、电子束和激光；低耗能摩擦和搅拌摩擦
2. 焊接高效化和智能化 3. 焊接过程的计算机模拟和仿真 4. 最优化技术
1.2.1 焊接过程与焊接方法
加热时的加热温度、加热对象、加热金属状态和连接过程不同
1.2.2 焊接运动与焊接方法
焊接运动是由焊接材料送给运动和热源与工件的相 对运动来完成焊接。 手工焊 自动焊
半自动焊
1.2.3 焊接能源与焊接方法
1.3 焊接技术的学科领域及应用
焊接科学技术的发展依托于物理和能源科学的发展， 形成了几十种各具特性的焊接新方法。由于不同焊接 热源作用于不同金属的结构，产生了不同的热力学、
3、混合结构 压型--焊接联合结构
锻压--焊接结构
铸钢—焊接结构 表面复合结构 栓焊--结构 金属—非金属的复合结构
1.2 焊接过程与能源及焊接方法
材料（同或异）通过原子或分子之间的结合和扩散 形成永久连接的工艺过程—焊接
宏观、微观连接
接头可是共同熔化结晶，也可表面紧密接触，经扩 散、再结晶等物理化学过程实现焊接
1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
1、与铆接及栓接结构比较 可节省金属材料15-20% 无需钻孔加工和铆钉及螺栓螺母，节省加工和材料 密封性好 减轻结构重量—运载装备多装快跑，工程结构减轻基 础压力 结构形式设计的自由度大，应力集中小；整体性强， 现场安装工作量少，脆性整体破坏倾向大 可目测检测性低 维修难
冶金学和力学相互交叉和依存的焊接过程，形成了独
具特色的焊接物理学、焊接冶金学和焊接热力学等科 学理论，并由此指导焊接工艺、焊接设备和焊接结构 工程的发展，形成了有科学基础有广泛应用范围和发 展前景十分广阔的焊接科学与工程。
1.3.1焊接能源物理学与焊接方法
焊接能源物理学包括各种能源的本质及其在焊接 过程中的作用以及应用。焊接能源主要包括：化学
铸件、锻件
铸—焊、锻—焊
大中型工程结构、运载工具结构、容器结构
1.1.2 焊接连接与连接形式
1.1.3 焊接接头形式在结构图上的标注
1.1.4 接头形式与应力集中
1、应力集中
a max KT 2 b a 垂直于受力方向的孔径 b 平行于受力方向的孔径 KT 应力集中系数
焊接是金属连接的最重要方法。
1.1.1 机械连接与连接形式
螺栓连接——可拆卸和重装 铆接——可拆卸、不能重装
承载截面传力、适用搭接接头
1.1.2 焊接连接与连接形式
可直接连接成各种 永久性接头、不可拆卸 常拆装修理，小空间、多零件——螺栓
不常拆卸：大型机械的机体和大型部件
焊接件
反应产生的热源、光学能源、电能（电弧和电阻
热）、机械能。 能源加热最高温度、集中程度、保护状态影响焊接 质量和应用范围。 是选用、发展和研究焊接工艺和设备的基础。
1.3.2焊接冶金学与材料焊接
熔化焊过程的熔池的凝固结晶相当于化学冶金过程 （铸造） 相邻的区域材料被加热到不同温度以不同速度冷却
焊接科学与工程
第一章 材料连接与焊接
1.1 接头形式与连接方法
1.2 焊接过程与能源及焊接方法
1.3 焊接技术的学科领域及应用 1.4 材料及焊接接头性能
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1.1 接头形式与连接方法
材料连接是通过适当的手段，使两个或两个以上分 离的固态物体产生形成一个整体，从而实现物理量
的传导。
材料连接方法包括机械连接、焊接和胶接等，其中
2、接头形式的应力集中
c KT 1 2 k sin r c 焊缝余高 r 焊缝到母材的过渡半径 k 焊缝宽度系数，一般取0.7-0.8 焊缝余高过渡面与母材面的夹角
3、焊接缺陷的应力集中
a KT 1 2 r a 裂纹与受力垂直方向的 半长 r 与受力垂直方向裂纹的 尖端半径
1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
2、与锻压和铸造相比较 比铸铁节省材料50-60%，比铸钢节省30%
减轻结构重量—运载装备多装快跑，工程结构减轻基
础压力 节约固定资产投资 减少劳动量和制模工作量，缩短生产周期，提高效率 降低劳动强度，改善劳动条件，环保节能
1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
焊接结构和机械产品设计，焊接接头品质及焊接材料选 择，焊接工艺方法、过程及其参数，焊接自动化方案及 其系统设计，工厂及车间布置，生产计划、材料库存及 运输，焊接材料配方设计