第一篇：材料熱力學在焊接中的應用

材料熱力學在焊接中的應用

1.材料熱力學在呂鐵異種材料連接中的應用

鋁及鋁合金具有比強度大、重量輕等特性“而鋼具有高強度、抗腐蝕性等優(yōu)點”因此鋁和鋼的焊接結構具有越來越廣泛的應用前景。但對鋁/鋼異種金屬材料連接而言“兩者之間的固溶度很低”物理化學性能差異明顯“極易反應生成一定厚度的Fe-Al金屬間化合物”，生成的金屬間化合物主要以脆性相為主, 根據二元相圖,鐵和鋁兩者相互作用可以形成Fe3Al , FeAl2 , Fe2Al5 與FeAl3等一系列金屬間化合物"。為進一步探明鋁/鍍鋅鋼板界面反應區(qū)的組織結構與生成物和進一步說明在鋁/鋼異種金屬焊接過程中各Fe-Al金屬間化合物的生成機理，可以采用熱力學計算的方法，預測鋁/鍍鋅鋼板焊接接頭界面處各Fe-Al金屬間化合物相生成的可能性。

各種Fe-AL-金屬間化合物相的吉布斯標準自由能可表示為

純液態(tài)鐵的自由能為:

左式中的一項是體心立方晶格的鐵的標準吉布斯自

由能，第二項是具有磁性的鐵的吉布斯自由能，第三項是非磁性Bcc鐵轉化為液態(tài)鐵時的吉布斯自由能的變化

在二元組分體系中,某一組分的偏摩爾吉布斯自由能即為該組分的化學勢,因此可得:

同理,可得AI的化學勢。金屬間化合物的吉布斯自由能變化計算和繪圖的結果如下圖所示：

通過計算可以得出Fe Al形成相的標準吉布斯自由能最大，當溫度介于300~1500 K時，形成Fe Al的吉布斯自由能大于零，所以在焊接鋁和鋼的過程中Fe Al不可能生成Fe Al而其他化合物在此溫度區(qū)間內均可形成。

另外，有關研究發(fā)現，FeAl2是一種亞穩(wěn)相，因而在焊接過程中，這種化合物也不可能生成。而Fe3Al的生成吉布斯自由能在溫度低于900 K時小于零，當溫度超過900 K時大于零。且整個溫度范圍內幾乎接近于零，說明在溫度小于900 K時，該化合物在鋁鐵界面上可能生成，當溫度超過900K時，該化合物在鋁鐵界面上不可能生成。由計算還可得Fe2Al5的吉布斯自由能變化比生成FeAl3的要小得多。根據吉布斯判據，吉布斯自由能的值越負，說明反應的自發(fā)性越強，故在鋁/鍍鋅鋼板焊接接頭界面處開始形成的金屬間化合物可以認是Fe2Al5此 外Fe2Al5相具有斜方型晶體結構，沿C軸具有較多原子空位，AL原子容易占據此處，因此Fe2Al5長大很快，在隨后的冷卻過程中Fe2Al5與多余的Al原子結合而生成層次不齊的Fe3Al相。通過上面的熱力學分析可知，在鋁/鍍鋅鋼板焊接接頭界面處可以生成Fe2Al5和FeAl3這兩種化合物相。

通過對Fe-Al金屬間化合物的熱力學計算，結果表明，在鋁/鋼異種金屬焊接界面處可以生成Fe2Al5和FeAl3兩種化合物相，與實驗結果基本一致。并且由于生成的Fe2Al5的吉布斯自由能變化比生成FeAl3的要小得多，故在界面上Fe2Al5要比FeAl3優(yōu)先生成，而FeAl3相是在熔體冷卻過程中Fe2Al5與Al原子結合而生成的。

2材料熱力學在研究焊縫形成過程中的應用

研究鈦合金電子束焊接接頭相變的熱力學特征，從熱力學角度分析鈦合金電子束焊接接頭在不同的熱處理條件下形成不同組織結構的機制，可以為通過改變熱處理制度控制鈦合金電子束焊接接頭相變的方法提供理論基礎。通過熱力學研究鈦合金電子束焊接接頭相變的熱力學特征表明，鈦合金電子束焊接接頭的相變驅動力來源于新相馬氏體和母相的化學自由能差，形成的馬氏體貫穿整個晶粒，并且其取向呈一定的角度；低于Ms點的焊后熱處理只能使馬氏體長大，而高于Ms點的焊后熱處理不僅使馬氏體長大，還使部分β相成為飽和固熔體，并殘留在馬氏體片層之間。

總之，材料熱力學在焊接中有著重要的應用，材料熱力學是研究焊縫成型與熔渣的重要理論基礎。焊縫成型過程中金屬的凝固是非常快的，在較大溫度梯度下組織轉變必然與其他不同，但它也不可例外的符合熱力學規(guī)律，因此利用熱力學研究焊縫成型過程及產物是可靠的。熱力學在焊接熔渣的活度研究方面也有著重要的應用，由于焊劑的復雜性研究各個成分的活性，從而確定各成分的作用與配比，以有助于焊接質量的提高。利用材料熱力學的知識研究氣體夾雜等對焊縫的影響方面也是和有用的。

第二篇：超聲波探傷儀在焊接中的應用

超聲波探傷儀在焊接中的應用

一、無損檢測的方法: 無損檢測的常規(guī)方法有直接用肉眼檢查的宏觀檢驗和用射線照相探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷等儀器檢測。肉眼宏觀檢測可以不使用任何儀器和設備，但肉眼不能穿透工件來檢查工件內部缺陷，而射線照相等方法則可以通過各種各樣的儀器或設備來進行檢測，既可以檢查肉眼不能檢查的工件內部缺陷，也可以大大進步檢測的正確性和可靠性。至于用什么方法來進行無損檢測，這需根據工件的情況和檢測的目的來確定。

二、超聲波的常識: 超聲波頻率超過人耳聽覺，頻率比20千赫茲高的聲波叫超聲波。用于探傷的超聲波，頻率為0.4-25兆赫茲，其中用得最多的是1-5兆赫茲。利用聲音來檢測物體的好壞，這種方法早已被人們所采用。例如，用手拍拍西瓜聽聽是否熟了；醫(yī)生敲敲病人的胸部，檢驗內臟是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否壞了等等。但這些依靠人的聽覺來判定聲響的檢測法，比聲響法要客觀和正確，而且也比較輕易作出定量的表示。由于超聲波探傷具有探測間隔大，探傷裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現場探傷，檢測速度快，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測用度較低等特點，目前建筑業(yè)市場主要采用此種方法進行檢測。

三、超聲波探傷在焊接中的應用: 首先要了解圖紙對焊接質量的技術要求。目前鋼結構的驗收標準是依據GB50205-95《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》來執(zhí)行的。標準規(guī)定：對于圖紙要求焊縫焊接質量等級為一級時評定等級為Ⅱ級時規(guī)范規(guī)定要求做100%超聲波焊接；對于圖紙要求焊縫焊接質量等級為二級時評定等級為Ⅲ級時規(guī)范規(guī)定要求做20%超聲波探傷；對于圖紙要求焊縫焊接質量等級為三級時不做超聲波內部缺陷檢查。在此值得留意的是超聲波探傷用于全熔透焊縫，其探傷比例按每條焊縫長度的百分數計算，并且不小于200mm。對于局部探傷的焊縫假如發(fā)現有不答應的缺陷時，應在該缺陷兩真?zhèn)€延伸部位增加探傷長度，增加長度不應小于該焊縫長度的10%且不應小于200mm，當仍有不答應的缺陷時，應對該焊縫進行100%的探傷檢查，其次應該清楚探傷時機，碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后、低合金結構鋼在焊接完成24小時以后方可進行焊縫探傷檢驗。另外還應該知道待測工件母材厚度、接頭型式及坡口型式。截止到目前為止在實際工作中接觸到的要求探傷的盡大多數焊縫都是中板對接焊縫的接頭型式，所以下面主要就對焊縫探傷的操縱做針對性的總結。

一般地母材厚度在8-16mm之間，坡口型式有I型、單V型、X型等幾種形式。在弄清楚以上這此東西后才可以進行探傷前的預備工作。在每次探傷操縱前都必須利用標準試塊（CSK-IA、CSK-ⅢA）校準儀器的綜合性能，校準面板曲線，以保證探傷結果的正確性。具體的方法如下：

1、探測面的修整：應清除焊接工作表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等，光潔度一般低于▽4。焊縫兩側探傷面的修整寬度一般為大于即是2KT+50mm，（K:探頭 K值，T：工件厚度）。一般的根據焊件母材選擇K值為2.5探頭。例如：待測工件母材厚度為10mm,那么就應在焊縫兩側各修磨100mm。

2、耦合劑的選擇應考慮到粘度、活動性、附著力、對工件表面無腐蝕、易清洗，而且經濟，綜合以上因素選擇漿糊作為耦合劑。

3、由于母材厚度較薄因此探測方向采用單面雙側進行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法來調節(jié)儀器的掃描速度。

5、在探傷操縱過程中采用粗探傷和精探傷。為了大概了解缺陷的有無和分布狀態(tài)、定量、定位就是精探傷。使用鋸齒形掃查、左右掃查、前后掃查、轉角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式以便于發(fā)現各種不同的缺陷并且判定缺陷性質。

6、對探測結果進行記錄，如發(fā)現內部缺陷對其進行評定分析。焊接對頭內部缺陷分級應符合現行國家標準GB11345-89《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》的規(guī)定，來評判該焊否合格。假如發(fā)現有超標缺陷，向車間下達整改通知書，令其整改后進行復驗直至合格。

四、焊縫檢驗 焊縫檢驗方法: 1,外觀檢查.2,致密性試驗和水壓強度試驗.3,焊縫射線照相.4,超聲波探傷.5,磁力探傷.6,滲透探傷.關于返修規(guī)定:具體情況具體對待,總之要力爭減少返修次數在廠房建設及設備安裝中大量使用鋼結構，鋼結構的焊接質量十分重要，無損檢測是保證鋼結構焊接質量的重要方法。一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質進行正確的評判，只是根據熒光屏上得到的缺陷波的外形和反射波高度的變化結合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。對于內部缺陷的估判以及缺陷產生原因和防止措檀越有有以下幾點：

1.氣孔：單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉動時，會出現此起彼落的現象。產生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長；埋弧焊時電壓過高或網絡電壓波動太大；氣體保護焊時保護氣體純度低等。假如焊縫中存在著氣孔，既破壞了焊縫金屬的致密性，又使得焊縫有效截面積減少，降低了機械性能，特別是存鏈狀氣孔時，對彎曲和沖擊韌性會有比較明顯降低。防止這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝落、變質及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應按規(guī)定溫度烘干，坡口及其兩側清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。2.夾渣：點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時反射波幅不相同。這類缺陷產生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊沿和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學成分不當，含硫、磷較多等。防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時必須層層清除焊渣；并公道選擇運條角度焊接速度等。

3.未焊透：反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側探傷時均能得到大致相同的反射波幅。這類缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應力集中點，承載后往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷。其產生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運條速度過快，坡口角度小，運條角度不對以及電弧偏吹等。防止措施有：公道選用坡口型式、裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。

4.未熔合：探頭平移時，波形較穩(wěn)定，兩側探測時，反射波幅不同，有時只能從一側探到。其產生的原因：坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操縱防止焊偏等。

第三篇：高分子材料在汽車焊接裝配中的應用

高分子材料在汽車焊接裝配中的應用

車制造過程是由金屬、非金屬材料經過鍛造、沖壓、焊接、裝配等工序組成的復雜的過程。汽車車身是汽車的主要組成部分，是汽車功能的主要載體，要求其具有美觀時尚的外形，以滿足人們的審美觀；要求其具有安全的結構強度，以保證駕乘人員安全；要求其具有優(yōu)良的密封性和防腐蝕性以及防噪、防震、隔熱、隔音、阻尼功能，降低車內噪音和振動，從而提高車身使用壽命，并為顧客提供更為舒適的駕乘空間。因而作為保證和實施上述功能的車身焊裝技術及新型高分子材料的應用，日益為汽車制造商所重視。

近年來，在汽車焊裝工序中，廣泛采用高分子粘接和密封技術來提高車身強度、耐疲勞性、抗腐蝕性、密封性、減震降嗓性等指標，并部分取代了焊接技術。本文將對該工序近年來的一些高分子材料的應用情況做一些介紹。

在焊裝線使用的粘接、密封、補強材料，除了要滿足汽車用膠的一般性能外，焊裝工序用材料還必須具有優(yōu)良的油面施工性和粘接性，無毒害，不易燃，能承受涂裝前處理工藝的沖洗，不污染電泳液及涂層質量，對涂裝工藝不會產生不良影響等特殊要求。目前焊裝工序應用的高分子材料主要有6類： 折邊膠和折邊膠帶(結構膠)

汽車的車門、發(fā)動機罩蓋和行李箱蓋板等部件通常是將內、外蓋板折邊后點焊連接的。但是這種工藝使車身表面增添了許多由焊接而造成的凹坑，嚴重影響了車身的外觀質量。為了解決這個問題，國外從70年代開始采用粘接取代點焊的方法來生產汽車車門、發(fā)動機罩和行李箱蓋的折邊結構，所用的粘接劑稱為折邊膠。圖1為折邊工藝過程示意圖。

以粘接代替焊接制造汽車折邊部件有著十分廣泛的應用前景，是汽車制造工藝的發(fā)展方向之一，在國外汽車廠家已獲得廣泛應用。根據國外標準和應用情況，折邊膠剪切強度不應小于20Mpa，剝離強度不應小于3KN/m。除了車門、發(fā)動機罩、行李箱蓋以外，也可用于側圍等其它部位。折邊膠帶(或結構膠片)是隨著國外新車型進入我國的高性能汽車結構粘接材料，現用于一汽豐田轎車的中控門鎖加強件等部位的粘接，該部位由于間隙較大，因而糊狀折邊膠因施工問題難以應用。折邊膠帶的剪切強度、剝離強度等主要參數均優(yōu)于折邊膠，可部分代替糊狀折邊膠使用，例如字通客車，但價格較貴，適合推廣應用于汽車其他間隙較大或高承力結構部位的粘接。折邊膠帶(片)己由北京龍苑公司研制成功并成功應用，產品符合日本豐田技術標準。點焊密封膠和焊接膠帶

焊裝工序是將沖壓好的各種薄板零件采用焊接方法組裝部件，如今在大規(guī)模自動化的汽車生產線上，點焊焊接工藝被普遍采用。但該工藝存在的缺陷是，兩個焊點之間焊縫存在不可避免，焊縫處密封性的好壞直接關系到車身的質量和耐銹蝕能力，是整車技術性能中一項十分重要的指標。在汽車制造中，如果各鈑金件連接處的縫隙沒有采取有效措施進行密封，汽車在行駛中必然出現漏水、透風和漏塵現象，嚴重的

可能引起焊縫處鋼板的銹蝕，使鋼板過早穿孔，加速車輛的報廢。汽車制造業(yè)現在通用的焊縫密封方法是涂布點焊密封膠。按其使用性能上可以分為膨脹型和非膨脹型兩大類，使用工藝如下：沖壓件在焊裝前，將膠涂敷在沖壓件結合處的單板上，然后將兩板合攏點焊，點焊膠隨電泳漆、中涂面漆等烘烤工序一塊固化。

汽車生產中使用的點焊密封膠要求具有好的施工工藝性、觸變性，能夠保證密封性能，在經過后序涂裝工藝前處理時，不被沖洗掉，同時不能污染電泳液，點焊膠中不能含有有機硅類物質，微量的有機硅樹脂都可能對電泳漆和面漆質量造成危害。點焊膠不能影響焊點的強度，焊接時不能分解出有毒氣體或能引起金屬銹蝕的物質，加熱過程中不流淌，膠膜固化后足夠的彈性和附著力，耐介質，耐老化。

上面介紹的點焊膠絕大多數都是膏狀物，這種膏狀密封膠在性能上能滿足技術要求，但在施工工藝上卻有不足之處，如需專用機械涂膠機或手動涂膠槍；施膠量不易控制，施膠過多會在搭接件點焊時溢出，污染工位，影響生產效率；過少時易產生縫隙，導致密封失敗。我們公司根據日本同類產品指標，結合多年為各大汽車廠配套服務的經驗，研制出了膨脹型點焊密封膠帶，產品性能完全達到了日本豐田技術標準，克服了糊狀點焊膠施工不方便的缺點，大大提高了汽車生產廠家的生產效率。膨脹型防震粘接劑(半結構膠)在汽車車身制造過程中，車身覆蓋件外板與車架的、車身駕駛室頂蓋與加強梁、車門、發(fā)動機罩蓋以及行李箱蓋與加強梁或內外板等部件的組合，過去通常采用直接焊接方法。該類部件中零件之間的間隙較大，點焊或C02保護焊均會嚴重影響制件外觀質量，而且較大的間隙在行車中可能因振動而生產噪音。為了克服以上缺點，現在通常做法為在焊裝前，將膨脹型防震粘接劑涂布在薄板與加強件之間，經油漆烘干設備加熱固化，膠層具有較高的粘接強度，受熱膨脹后將加強件與外板緊密結合成為一體，可以完全取消結合焊點，因而可以提高車身外表的美觀性，消除行車中的振動和噪聲，膨脹型防震粘接劑的使用部件如圖2。

膨脹型防震粘接劑通常為糊狀物，其使用工藝條件和要求與點焊密封膠基本相同。由于是糊狀，膨脹型防震粘接劑在用于汽車引擎蓋、車身側板等大縫隙填充減震時，由于施膠部位間隙都比較大，在施膠后的裝配過程中常常引起膠料擠出飛流掛，導致缺膠起不到減震效果的問題。國外最新進展是采用成型的膨脹橡膠膠帶來解決該問題，該膨脹型減震膠帶由于采用合成橡膠材料，狀態(tài)呈固態(tài)，克服了上述缺點，而

且減震效果也遠遠優(yōu)于糊狀減震材料。龍苑公司吸取國外同類產品優(yōu)點，已研制成功并有多種型號產品獲得廣泛應用。補強膠片(部件局部增強和延壽材料)

隨著汽車向輕量化、高速、節(jié)能方向的進一步發(fā)展，車身鋼板厚度控制越采越嚴，汽車鋼板在車身成型過程中，因沖壓拉伸變得較為薄弱，加之在汽車長期使用過程中，薄弱處如車門拐角、拉手等部位經常開啟、關閉受到反復的拉力、撞擊和振動等應力作用，會導致該處金屬板產生疲勞，在應力能量不能分散、消耗情況下，導致這些部位產生裂紋。國外汽車廠家譬如豐田、大眾等一般采用局部粘貼復合材料補

強的方法來解決該問題。粘貼補強膠片的目的就是通過補強膠片中橡膠分子的松弛作用，在受力作用下產生位移和形變，使應力均勻分散，從而消耗掉外界施加的能量，消除或減弱應力能量對鋼板的影響，增強其抗疲勞性，避免裂紋的產生或阻止其擴展。

通過貼附補強膠片不僅能提高鋼板的疲勞斷裂強度，彎曲強度和剛度，且在碰撞時通過自身形變吸收沖擊能量，提高車身耐撞性，有效提高車身的安全性能指標。圖4為二者對比，由數據可看出：粘貼補強膠片鋼板的最大破壞載荷為810牛頓，比未粘貼補強鋼板的最大破壞載荷643牛頓高出167牛頓，增加了25%的破壞載荷。由此可見，在需要局部增強的部位粘貼補強膠片可以大大提高部件的使用壽命。補強膠片系近兩年來國內汽車長開始使用的新產品，本公司生產的LY—306和LY-308補強膠片已在多家汽車廠成功應用獲得一致好評。

隔音降噪一高膨脹填充物

為了降低汽車車身整體重量而不降低汽車整體強度，往往將某些加強部位做成空腔結構，如車身前風擋玻璃兩側立柱(A立柱)、門立柱(B立柱)等部位，但這些部位在車輛高速行駛過程中，車身的扭轉剛度對汽車行駛性能影響顯著，剛度不強，A、B立柱、車門、頂蓋等斷面在汽車行駛過程中受力產生變形，尤其是在發(fā)生意外碰撞是后更是如此；而且車身外部噪音會進入立柱空腔，產生共振現象而導致車廂內噪音升高，從而影響汽車的駕乘舒適性。目前汽車工業(yè)開始使用新型的高發(fā)泡材料用于汽車補強、降噪。目前大多數高檔車型如奧迪A6都在A立柱填充了發(fā)泡材料。

目前應用的高膨脹材料一般分為兩類，一類是單組份聚氨酯發(fā)泡材料，發(fā)泡倍率10～20倍左右，主要在總裝工序使用，其優(yōu)點是膨脹倍率高，施工迅速，缺點是需要專門的施工設備，投資大，單組分發(fā)泡聚氨酯成本高；另一種是橡膠型高發(fā)泡材料，發(fā)泡倍率在8～15，用于焊裝工序，同電泳、中涂、面漆一塊膨脹固化，其優(yōu)點是施工方便，投資小，不污染電泳液、面漆，缺點是膨脹率不如單組分發(fā)泡聚氨酯。

試驗證明，同等質量的發(fā)泡增強材料比傳統(tǒng)的鋼板加厚材料的抗沖擊性能提高100%左右，本公司與一汽合作試驗，通過對某車型50輛汽車A/B立柱填充LY—307橡膠型高膨脹填充物，其駕駛室平均噪音下降5分貝左右。

六、導電防腐涂料-導電底漆

在轎車行業(yè)，車身都是采用電泳來解決車身防銹問題的，但在客車行業(yè)，因為客車車身巨大，如果采用電泳漆而要修建的電泳槽投資太大，因而國內客車企業(yè)大部分采用涂刷防銹漆的方法解決車身防銹問題，傳統(tǒng)的防銹漆均不導電，一般是先將焊接組裝后涂刷防銹漆，或者先涂防銹漆，再于焊裝前打磨掉待焊部位的防銹漆，這樣在焊點部位乃至整個搭接區(qū)域未得到有效的防腐蝕保護，往往導致該部位產生銹蝕

源。本公司的單組分/雙組分導電底漆既有效的實現了全面防護，又滿足了焊裝工藝的要求，多年采在北京北方、金華北方、宇通客車、重慶安凱、中通客車等成功使用，反映良好。

上文簡要介紹了幾種新型高分子材料在汽車焊裝工序中的應用情況，隨著國際間汽車制造技術的發(fā)展和交流，必將有更多更新的高分子材料應用于汽車制造工業(yè)。

參考文獻 1 聶清武 時鴻棟 在汽車車身成型工藝中如何正確選用點焊密封膠 粘接，1997，(4)：34～37； 鄧仕珍 范增海 汽車車身制造工藝學 北京：北京理工大學出版社，1997； 3 樂玉漢 轎車車身設計 北京：高等教育出版社，2000； 伍必興 栗成金 聚合物基復合材料北京：航空工業(yè)部材料室，1990； 5 楊清芝 現代橡膠工藝學 北京：中國石化出版社，1999； 馬寶珊 吳榮珍 科學工作者常用數據手冊 黑龍江：黑龍江科學技術出版社，1986。作者簡介：聶清武(1943一)，男，研究員級高級工程師。1966年畢業(yè)于西北工業(yè)大學高分子材料專業(yè)，本科學歷：1976年起從事航空結構膠接技術方面研究，共獲國家科技進步二等獎、航空科技進步二等獎等6項。1989年創(chuàng)辦龍苑公司，現任公司總經理。

第四篇：CO2焊接工藝及其在造船中的應用

CO2焊接工藝及其在造船中的應用

——焊接工藝及設備論文

作者：邱廣賀

周凱莉

姜興海

陳家奧

張世超

杜宗憲

分工情況：

邱廣賀：負責整體概況，及所有章節(jié)編寫。

周凱莉：負責焊接工藝部分資料查找。

姜星海：負責應用案例部分資料查找。

陳家奧：負責論文排版布局。

張世超：負責論文修改審查。

杜宗憲：負責論文打印裝訂。

2014.12

CO2焊接工藝及其在造船中的應用

摘 要：CO2氣體保護焊是利用CO2作為保護氣體的一種熔化極電弧焊方法，簡稱CO2焊。該項技術無論在研究開發(fā)的深度方面，還是在應用的廣度方面, 都有了很大發(fā)展。本文通過對CO2氣體保護焊的介紹，以及對CO2氣體保護焊在造船業(yè)的應用的闡述，并通過對我國造船業(yè)焊接技術現狀及日本造船業(yè)焊接技術現狀的對比，從而展望我國船用焊接技術的發(fā)展前景。

關鍵詞：CO2氣體保護焊；焊接工藝；造船

正 文：

1.CO2氣體保護焊的特點

CO2氣體保護焊是用CO2作為保護氣體,依靠焊絲與焊件之間產生的電弧來熔化金屬的一種電弧焊接法。CO2氣體比重大,受電弧加熱后體積膨脹大,所以在保護電弧和焊接熔池、避免有害氣體侵入方面,效果顯著。其特點如下: 1.CO2氣體是酒精廠的附產品,來源廣,價格低,而且消耗的焊接電能少,其焊接成本只有埋弧焊和手弧焊的40%～60%；

2.因使用的焊接電流密度高達100～200安/毫米2,使熔深增大,焊絲熔化率提高, 熔敷速度加快。另外, 焊后沒有焊渣,特別是在進行多層焊時,節(jié)省了清渣時間, 所以其生產率通常比手弧焊高1～4倍；

3.可使焊工不必在窄小艙室等惡劣環(huán)境下進行手工仰焊；

4.CO2氣體保護焊中,熔池具有強烈的沸騰現象,有利于氣體逸出,同時由于采用了高錳硅型焊絲,使焊縫金屬的還原作用大為增加,對鐵銹的敏感性大為降低。因此, 焊縫中不易產生氣體,而且含氫量低,其強度和沖擊韌性都較高；

5.由于熔深大,工作的鈍邊也可由手弧焊的2mm到4～6mm,坡口角度可由一般的60°減少到45°,這樣也就大大減少了熔敷金屬量； 6.由于電弧熱量集中,加熱面積小,焊速快,同時CO2氣流具有較大的冷卻作用, 因此焊接熱影響區(qū)和焊接變形較小,特別適合于焊接薄板；

7.由于是明弧焊,可以看清電弧和熔池,能隨時發(fā)現問題而加以調整。同時,CO2半自動焊具有手弧焊的靈活性,特別適宜于全位置焊接。CO2氣體保護焊還易于實現機械化和自動化；

8.CO2氣體保護焊也存在一些不容忽視的問題,如:飛濺較大,焊縫表面形成較差；不能在有風的地方施焊,否則容易出現氣孔；很難用交流電焊接,焊接輔助設備較多。

2.CO2氣體保護焊的焊接工藝參數的選擇

合理地選擇焊接工藝參數是獲得優(yōu)良焊接質量和提高焊接生產率的主要條件。

2.1 焊絲直徑的選擇

焊絲直徑應根據焊件厚度、焊接位置及生產率的要求來選擇。當焊接薄板或中厚板的立橫、仰焊時,多采用直徑在1.6mm以下的焊絲；在平焊位置焊接中厚板時,可以采用直徑1.2mm以上的焊絲。焊絲直徑的選擇可參照下表：

2.2 焊接電流

用直徑0.8～1.6mm的焊絲,短路過渡時,焊接電流通常在50～230A內；對于平板外縫和底板內縫這種水平位置的焊縫,為了提高焊接速度,可以選取25OA以上電流,與焊絲直徑相適應。

2.3 電弧電壓

當焊絲直徑、電流、焊接位置一旦確定,最佳的焊接電弧電壓往往只有2V左右的變化(通常電弧電壓在17～24V范圍內),必須仔細認真地進行調整,過高或過低都會影響焊縫成形或產生飛濺,或易生成氣孔,或是電弧不穩(wěn)定。

2.4 焊接速度

在一定的焊絲直徑、焊接電流和電弧電壓條件下,焊速增加,熔寬與熔深減小, 焊速過大, 容易產生咬邊及熔合等缺陷, 且氣體保護效果變差,可能出現氣孔；但焊速過低,則生產率下降。一般焊接速度控制在15～40m/h。

2.5 焊絲伸出長度

焊絲伸出長度對焊接過程的穩(wěn)定性、飛濺、焊縫的成形及氣體保護均有影響, 伸出過長過短都不合適。焊絲伸出長度取決于焊絲直徑,一般約等于焊絲直徑的10倍,且不超過15mm。

2.6 CO2氣體的流量

CO2氣體流量應根據焊接電流、焊接速度、焊絲伸出長度及噴嘴直徑等選擇, 細絲為5L/min～15L/min ,粗絲為2OL/min。

2.7 電源極性及電路電感值

為了減少飛濺,保證焊接電弧穩(wěn)定燃燒,一般都采用直流反接。

電路電感值應根據焊絲直徑和電弧電壓來選擇。電感值通常隨焊絲直徑增加而增大,可通過試驗來確定,若焊接過程穩(wěn)定,飛濺很少,則此電感值是合適的。

3.我國船用焊接技術發(fā)展現狀 3.1 我國船用焊接設備技術發(fā)展現狀 從圖2中分析可知，我國的機械化、自動化焊接主要是半自動CO 焊和埋弧自動焊等，焊接機器人幾乎等于零,因此處于自動化焊接的初級階段，與日本、韓國相比存在較大的差距，尤其在機器人焊接方面存在較大的發(fā)展空間。

3.2 我國船用焊接材料技術發(fā)展現狀

一個國家焊接消耗材料的生產情況可以反映該國焊接技術的總體水平。近8年來我國產量增加了兩倍多。僅統(tǒng)計焊條與焊絲，1996年產量為62.96萬噸，發(fā)展到2003年已達192萬噸，如果加上進口的焊材，總耗量超過200萬噸，成為世界最大的焊材生產與消費國家。

但從不同焊材的產量構成看（表4）,在我國生產的焊材中，手工焊的焊條產量一直占75%以上，而機械化、自動化焊接需要的各種焊絲總量不足25%。按熔敷金屬計算，我國焊接機械化、自動化率僅能達到35%左右，而世界工業(yè)發(fā)達國家一般都在60%以上?？梢娢覈附由a的總體自動化率仍比較低。埋弧焊多在船舶、壓力容器、管道和鋼結構件的制造中使用。我國埋弧焊絲的產量近年來也有較大增長，但是只占焊材總量的5%左右。而工業(yè)發(fā)達國家埋弧焊絲的比例一般在8%～10%。

目前我國船廠焊接高效化率平均已達到90%以上，而且所應用的焊接材料除小部分的專用藥芯焊絲需要進口外，其余均已采用國產焊接材料，這也為降低焊接成本作出一定的貢獻。表5為2003年我國船廠使用的焊材比率。

4.日本船廠應用CO2氣保護焊近況 總的說,日本造船焊接技術朝著效率更高、更機械化、更實用的方向發(fā)展。一些原有的焊接工藝更成熟,配套裝置更完善,機器人的應用在船用管子焊接中基本過關,在造船的其他工位也開始逐步應用。

4.1 部件裝配階段的應用

由于日本船廠目前采用的鋼板日趨大型,最大的鋼板尺寸達4.5×22m。因此, 有些船廠已開始采用單板法工藝進行造船,即在鋼板拼板焊接前預先焊裝加強筋板的方法。

拼板焊接多見FCB法,機頭大多為多頭焊機。如長崎造船廠在拼板工位上的埋弧焊機為三絲埋弧焊機。焊接時,前絲通常采用中4.8mm焊絲,后二根絲則較祖, 均為巾φ6.4mm。焊機導向采用前導向輪在焊縫坡口內導向的辦法,以減少搬運安裝軌道的工作量。實際施工時,則根據不同的板厚選擇單絲、雙絲或三絲,保證一次焊接即能完成一條捍縫。

為了提高加強筋板的焊接效率,日本各船廠廣泛在多頭焊機上下功夫。例如前面提到的香燒工場20頭CO2自動角焊機,一次可同時完成5根肋骨板的角焊, 效率極高。整個裝置較為龐大,所有的焊機、焊絲都固定在可移動橫梁架上,而控制系統(tǒng)則負責對中、焊接工藝參數、焊接同步等的控制。另外,在香燒工場還見到1臺“十點同時點焊機雙,主要用以焊接“L”型加強筋板,目的是減少焊接工作量和焊接變形, 提高焊接效率。焊點的間距約為200mm,焊后的焊點直徑通常達25mm。由于不同于塞焊,其筋板厚度通常以小于6mm為宜。完成10點焊接僅需時7s。點焊時采用中φ1.6mmCO2氣保護焊絲進行焊接,效率頗高。而對于大型“T”排。以及重復性較大的零件,則大都在專用的角焊裝置上進行角接焊,盡可能減少手工操作。

4.2 船臺裝配階段的應用

日本造船焊接的一大特點是盡可能多地采用單面焊接方法。船臺裝配階段CO2氣保護焊的應用情況大致如下:(1)甲板的焊接

甲板的縱縫由于裝配條件較好,因此大都采用單絲或雙絲的FAB單面焊法,而橫接縫的焊接由于裝配間隙、板邊差、焊接位置等因素,不少部位則采用CO2氣保護單面焊接法,其反面襯墊在香燒工場多見新日鐵提供的SB-41襯墊。蓋面層考慮到提高焊接效率,多數采用埋弧自動焊蓋面。

(2)舷側板的焊接

三家船廠對舷側邊板橫向對接縫的焊接,均采用SB-41襯墊的CO2氣保護半自動單面焊方法。襯墊粘貼在舷側板內側,焊工則在外側面焊接。為防止風的干擾,焊接區(qū)局部用一矩形擋風框。立向對接焊縫所用襯墊亦同,不同的是,對于彎曲段的焊接大都見襯墊粘貼于舷側板外側,即焊工在內側面進行焊接。平直段則采用SEGARC-2裝置的垂直自動氣電焊(國內部分船廠已有引進),襯墊為KL-4GT專用襯墊,悍絲為DWS-43G。據介紹,工藝上要求坡口伺隙通常為6±2mm , 板邊差應小于1mm。

5.我國船用焊接技術的發(fā)展前景

5.1 大力發(fā)展逆變焊機，提高逆變焊機的使用比例

電弧焊是造船廠最重要、應用最廣泛的一種焊接工藝，在船舶建造中要獲得優(yōu)良的焊接質量，就必須有好的焊接設備作保證。逆變式弧焊機具有良好的電氣性能和焊接工藝性能，是目前國際上公認的最先進的電焊機，也是最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N焊機。在造船廠推廣應用IGBT逆變式CO2焊機最具有現實和長遠的技術經濟價值。

5.2 大力推廣應用藥芯焊絲

藥芯焊絲是20世紀后期飛速發(fā)展起來的一種新型焊接材料，它摒棄了焊條和實芯焊絲的缺點，并進一步發(fā)展了兩者的優(yōu)越性。其特點是高效（熔敷效率是手工焊條的4倍，比實芯焊絲也高許多）、焊接質量優(yōu)良、節(jié)能、節(jié)材、綜合成本低、焊接工藝性能好，且可與CO2焊接工藝相結合，目前船廠已普遍采用CO2氣保藥芯焊絲來焊接船舶結構。

5.3 大力發(fā)展新工藝、新方法

重點推廣應用平面分段裝焊流水線拼板工位多絲埋弧自動焊單面焊雙面成形新工藝、新裝備。船體平面分段構架裝焊采用半自動或自動氣體保護角焊工藝，船臺大合攏時的垂直對接縫（長度達15～30m）采用CO2氣電垂直自動焊工藝提高焊接速度的雙絲單面MAG焊接技術與裝備。

參考文獻：

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第五篇：激光焊接在船舶制造中的應用前景

激光焊接在船舶制造中的應用前景

在20世紀90年代中期，激光作為一種重工業(yè)制造工具用于造船工業(yè)。大型艦船制造方法逐漸實現由鉚接到焊接的變革，焊接方法、工藝和設備也穩(wěn)步發(fā)展，從早先的氣焊、電弧焊，發(fā)展到激光焊。造船技術的不斷發(fā)展，帶動了造船材料和設計的重大變化。圖1所示為造船工業(yè)中三明治夾層板的激光焊接。

圖1 造船工業(yè)中“三明治”板的激光焊接

早期日本的一些船廠就使用激光切割設備獲得了準確的切割尺寸和良好的切割質量，并從中受益。1992年，Vosper Thornycroft在歐洲船廠安裝了第一臺激光切割設備。90年代中、后期，歐洲船廠紛紛安裝了用于焊接和切割的成套設備。在美國，Bender 船廠是第一家使用高功率激光切割設備的船廠。1999年Bender 使用6KW的Tanaka LMX Ⅲ激光器，在制造成本和質量上取得了巨大進步。2001年，聯邦電動船部在其移動實驗室安裝了4KW的ESAB系統(tǒng)。激光切割設備在Bender的應用，引起了對發(fā)展高效激光焊接技術的關注。下面幾個圖為激光制造技術與系統(tǒng)在歐洲幾個船廠的應用實例。

圖2 Vosper Thornycroft船廠在歐洲最先使用激光切割設備

圖3 Meyer Werft船廠采用的船板焊接頭

圖4 Odense船廠采用的Triagon激光焊接頭

目前世界工業(yè)領域都向著低能耗、短流程方向發(fā)展，激光制造具有許多傳統(tǒng)制造方法無法比擬的優(yōu)點，世界各國都加大了對發(fā)展制造業(yè)的重視程度。但與國外相比，我國激光技術達到應用推廣的還是不多，還沒有發(fā)揮出應有的作用。究其原因，首先在于激光制造系統(tǒng)的高成本、高投入；為了更廣泛的普及激光制造技術的應用，彌補高投入的問題，需要在充分認識影響激光制造技術應用關鍵因素的基礎上，綜合考慮船舶本身需求、激光加工系統(tǒng)的投入等因素，控制成本，尋找最佳加工條件、提高加工效率的方法，最終形成我國新一代激光制造產業(yè)鏈。

現代激光制造作為通用的加工手段，其前沿領域之一是應用領域的擴展，激光制造應用技術提出并解決新的問題。重點針對汽車、航天運載器、船舶和車輛等運輸機械的輕型化、冶金工業(yè)和循環(huán)經濟的發(fā)展趨勢，實現激光制造技術在國防和重點工業(yè)領域的產業(yè)化應用。同時對激光制造系統(tǒng)技術提出新的要求，如激光器小型化、高轉換效率與集成化等，光纖激光器和半導體激光器將得到大力發(fā)展。推動我國激光制造技術向著效率更高、能耗更低、流程更短、光束質量更高、性能更好、數字化、智能化程度更高、成本更低的方向發(fā)展，改變我國大工業(yè)用激光制造裝備完全依賴進口的現狀。

本文由萬向聯軸器004km.cn 冷鐓機004km.cn 聯合整理發(fā)布 激光技術在船舶制造中的應用又具有其獨特性，這跟船舶本身的加工和應用特點以及激光制造系統(tǒng)的特性息息相關。目前鋁合金材料逐漸成為運輸機械制造的關鍵材料，全鋁結構船顯示出良好的發(fā)展前景，配合先進的激光制造技術，展示了無限發(fā)展?jié)摿Α?end)文章內容僅供參考()(2010-8-21)

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