第一章 焊接與切割基礎(chǔ)知識 第一節(jié) 焊接與切割概述 一、焊接與切割的基本原理及分類 (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，一類是可拆卸的聯(lián)接，就是不必?fù)p壞被聯(lián)接件本身 就可以將它們分開、如螺栓聯(lián)接等，見圖 1—1。另一類聯(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，在焊接過程中，必須對需要結(jié)合的地方通過加熱使之熔化，或者通過加壓(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 按照焊接過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。 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。常見的氣焊、星空體育官網(wǎng)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。 焊接方法的分類可見圖1—3所示。 圖1—3 焊接的分類 (三)切割的方法和分類 按照金屬切割過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。 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 的高壓水的水束動能，來實(shí)現(xiàn)材料 的切割。 二、焊接與切割的發(fā)展概況及應(yīng)用 (一)焊接與切割技術(shù)的發(fā)展概況 我國是最早應(yīng)用焊接技術(shù)的國家之一。根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)在戰(zhàn)國時(shí)期的一些金屬制品， 就已采用了焊接技術(shù)。從河南輝縣玻璃閣戰(zhàn)國墓中出土的文物證實(shí)，其殉葬銅器的本體、耳、 足就是利用釬焊來聯(lián)接的；在800多年前宋代科學(xué)家沈括所著的《夢溪筆談》一書，就提到 了焊接方法。其后，在明代科學(xué)家宋應(yīng)星所著的《天工開物》一書中，對鍛焊和釬焊技術(shù)也 作了詳細(xì)的敘述。上述事實(shí)說明，我國是一個(gè)具有悠久的焊接歷史的國家。 氣焊大約是在1892年前后出現(xiàn)，那時(shí)使用的是氫氣－氧氣混合氣體。氫氧混合氣體的 燃燒溫度最高能達(dá)到 2000℃左右，因此，只能焊接較薄的工件，而且使用氫氣很不安全， 容易發(fā)生爆炸事故。所以，在工業(yè)上未被廣泛采用。 到了1895年，發(fā)明了用電爐制造碳化鈣(俗稱電石)的方法之后，又發(fā)現(xiàn)了乙炔氣(電石 與水接觸后產(chǎn)生的氣體)和氧氣混合燃燒，可以得到更高的溫度(3200℃)，在1903年，氧氣 一乙炔氣火焰被運(yùn)用到金屬焊接上去，奠定了氣焊技術(shù)的基礎(chǔ)。 近代主要的焊接技術(shù)－電弧焊，是在電能成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)之后發(fā)展起來的。 20 世紀(jì)初，作為焊接設(shè)備的正式產(chǎn)品——手工電弧焊機(jī)問世。20年代后期電阻焊和40年代后 期埋弧焊、惰性氣體保護(hù)焊相繼獲得應(yīng)用，50年代CO 氣電焊、電渣焊、摩擦焊、電子束 2 焊、超聲波焊和60年代等離子弧焊、激光焊、光束焊相繼出現(xiàn)，使焊接技術(shù)達(dá)到了新的水 平。近年來，太陽能焊機(jī)、冷壓焊機(jī)等新型焊接設(shè)備開始研制，特別是在焊接生產(chǎn)自動化及 電子計(jì)算機(jī)在焊接切割生產(chǎn)中的應(yīng)用方面有很大發(fā)展，將會使焊接切割技術(shù)的發(fā)展達(dá)到一個(gè) 新階段。 (二)焊接與切割的應(yīng)用 焊接是一種應(yīng)用范圍很廣的金屬加工方法，與其它熱加工方法相比，它具有生產(chǎn)周期短、 成本低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，用材合理及能夠以小拼大等一系列優(yōu)點(diǎn)，從而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了 廣泛的應(yīng)用。如造船、電站、汽車、石油、橋梁、礦山機(jī)械等行業(yè)中，焊接已成為不可缺少 的加工手段。在世界主要的工業(yè)國家里每年鋼產(chǎn)量的45％左右要用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)。在制 造一輛小轎車時(shí)，需要焊接5000～12000個(gè)焊點(diǎn)，一艘30萬噸油輪要焊1000km長的焊縫， 一架飛機(jī)的焊點(diǎn)多達(dá)20～30萬個(gè)。此外，隨著工業(yè)的發(fā)展，被焊接的材料種類也愈來愈多， 除了普通的材料外，還有如超高強(qiáng)鋼、活性金屬、難熔金屬以及各種非金屬的焊接。同時(shí)， 由于各類產(chǎn)品日益向著高參數(shù)(高溫、高壓、高壽命)、大型化方向發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)越來越復(fù) 雜，焊接工作量越來越大，這對于焊接生產(chǎn)的質(zhì)量，效率等提出了更高的要求。同時(shí)也推動 了焊接技術(shù)的飛速發(fā)展，使它在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用更為廣闊。 三、學(xué)習(xí)焊接切割安全技術(shù)的必要性 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，焊接技術(shù)的應(yīng)用愈來愈廣泛，與此同時(shí)，伴隨出現(xiàn)的各種不安全、不 衛(wèi)生的因素嚴(yán)重地威脅著焊工及其它生產(chǎn)人員的安全與健康。為切實(shí)保護(hù)工人的安全與健 康，國家經(jīng)貿(mào)委于1999年發(fā)布的第13號主任令《特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn)考核管理辦法》 和國家標(biāo)準(zhǔn)GB5306—85 《特種作業(yè)人員安全技術(shù)考核管理規(guī)則》中都明確規(guī)定：金屬焊接 (氣割)作業(yè)是特種作業(yè)，直接從事特種作業(yè)者，稱特種作業(yè)人員。特種作業(yè)人員，必須進(jìn)行 與工種相適應(yīng)的、專門的安全技術(shù)理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作訓(xùn)練，并經(jīng)考核合格取得國家經(jīng)貿(mào)委 統(tǒng)一制作的安全技術(shù)操作證后方準(zhǔn)獨(dú)立作業(yè)。 特種作業(yè)是指容易發(fā)生人員傷亡事故，對操作者本人、他人及周圍設(shè)施的安全有重大危 害的作業(yè)。直接從事這些作業(yè)的人員，即特種作業(yè)人員的安全技術(shù)素質(zhì)及行為對于安全狀況 是至關(guān)重要的，許多重大、特大事故就是因?yàn)檫@些作業(yè)人員的違章造成的。鑒于特種作業(yè)人 員在安全生產(chǎn)工作中的重要性，《勞動法》、《礦山安全法》、《煤炭法》等法律法規(guī)都對特種 作業(yè)人員的培訓(xùn)、考核、管理提出了要求。原勞動部曾發(fā)布了《特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn) 考核管理規(guī)定》(勞安字[1991]31 號)、《礦山特種作業(yè)人員安全操作資格考核規(guī)定》(勞部發(fā) [1996]35 號)等規(guī)章。特種作業(yè)人員的培訓(xùn)、考核發(fā)證工作，已經(jīng)成為安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的 一項(xiàng)基本內(nèi)容。 職工在焊接切割工作過程中需要與各種易燃易爆氣體、壓力容器和電機(jī)電器接觸。焊接 過程中會產(chǎn)生有毒氣體、有害粉塵、弧光輻射、高頻電磁場、噪聲和射線等。上述危害因素 在一定條件下可能引起爆炸、火災(zāi)、燙傷、急性中毒(錳中毒)、血液疾病、電光性眼炎和皮 膚病等職業(yè)病癥。此外還可能危及設(shè)備、廠房和周圍人員安全，給國家和企業(yè)帶來不應(yīng)有的 損失。 學(xué)習(xí)焊接安全技術(shù)的目的在于使有關(guān)的管理人員、操作工人掌握焊接操作的基本原理， 操作安全及防護(hù)的方法，嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)《焊接與切割安全》(GB9448—88)及各項(xiàng)有關(guān) 安全操作規(guī)程，保證安全生產(chǎn)以及遇到緊急情況時(shí)能及時(shí)做出適當(dāng)?shù)奶幚?，從而保護(hù)操作者 自己和周圍人員及廠房設(shè)備不遭到損害。隨著焊接新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，勞動保護(hù)的措施也要 不斷地發(fā)展才能適應(yīng)安全工作的需要。焊接安全技術(shù)研究的主要內(nèi)容是防火、防爆、防觸電 以及在塵毒、磁場、輻射等條件下如何保障工人的身心健康實(shí)現(xiàn)安全操作。焊接工人只有詳 細(xì)地了解焊接生產(chǎn)過程的特點(diǎn)和焊接工藝、工具及操作方法，才能深刻地理解和掌握焊接安 全技術(shù)的措施，嚴(yán)格地執(zhí)行安全規(guī)程和實(shí)施防護(hù)措施，從而保證安全生產(chǎn)，避免發(fā)生事故。 各類水下切割方式特點(diǎn)、分類及應(yīng)用 一、水下切割的適用范圍 水下切割從方式上分為很多種，不同的切割方式有不同的適用范圍。水下氧-火焰切割 法通常適用于切割低碳鋼、低合金鋼等易氧化的材料，不適用于切割不銹鋼及除鈦以外的有 色金屬，最適宜切割的厚度范圍為10～40mm。切割薄板比較困難，因?yàn)楸“逶谒械睦鋮s 速度比厚板快得多，難以預(yù)熱到燃點(diǎn)。板厚超過40mm時(shí)，雖然也能切割，但操作技術(shù)要 求較高。藥皮焊條切割雖然切口質(zhì)量較差，但應(yīng)用廣泛。既可切割低碳鋼及低合金鋼，也可 切割不銹鋼及有色金屬，尤其適合于切割6mm以下的薄板。切割厚板時(shí)困難一些，需要采 用拉鋸的操作方式使焊條在切口內(nèi)來回拉鋸，以便將熔化金屬除掉。熔化極水噴射切割是一 金屬純?nèi)刍^程，可用于切割黑色金屬和有色金屬。等離子弧能量密度高，水下等離子弧切 割法適合于切割所有的金屬材料，也可以切割某些非金屬材料。 二、水下切割的特點(diǎn) 不同的水下切割法有不同的技術(shù)要求、切割速度、應(yīng)用水深等，每一種水下切割法都有 其優(yōu)點(diǎn)和局限性，各種水下切割方式的特點(diǎn)如下表所示： 深度 切割方法 優(yōu)點(diǎn)

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