《金属切割与焊接技术》课件

金属切割与焊接技术金属切割与焊接技术是现代制造业的核心技术之一，在机械制造、建筑工程、汽车制造、航空航天等领域发挥着至关重要的作用本课程旨在帮助学员全面掌握金属切割与焊接的基础理论知识和实际操作技能通过系统学习，学员将深入了解各种切割与焊接工艺的原理、设备操作、质量控制以及安全防护等关键内容课程结合理论讲解与实践操作，为培养高素质的技术技能人才提供坚实基础课程目标与内容结构1理论知识掌握深入理解金属切割与焊接的基本原理，掌握各种工艺方法的技术特点和应用范围，建立完整的理论知识体系2实操技能培养通过实际操作训练，熟练掌握主要切割与焊接设备的使用方法，具备独立完成基本工艺操作的能力3质量控制能力学会识别常见缺陷，掌握质量检测方法，具备分析问题和解决问题的综合能力4安全意识提升强化安全操作意识，熟悉相关安全规范和防护措施，确保作业过程中的人身和设备安全金属切割与焊接介绍技术定义工业重要性应用领域金属切割是指通过各种物理或化学方法这两项技术在现代工业中占据核心地广泛应用于汽车制造、船舶建造、建筑将金属材料按照预定形状和尺寸进行分位，是实现金属零部件精确成形和可靠钢结构、石油化工设备、航空航天、电离的加工技术焊接则是通过加热、加连接的关键手段从微小的电子器件到子器件等众多行业，是现代制造业不可压或两者并用的方式，使两个或多个金大型工程结构，都离不开切割与焊接技或缺的基础工艺技术属工件实现原子间结合的永久性连接方术的支撑法金属切割基本原理能量输入通过机械力、热能或其他形式的能量作用于金属材料局部加热使金属在切割区域达到熔化或气化温度材料分离通过物理或化学作用实现金属的有序分离形状成形获得所需的几何形状和表面质量金属切割的本质是在外部能量作用下，使金属材料发生局部的物态变化或化学反应，从而破坏原有的原子结合力，实现材料的有序分离不同的切割方法采用不同的能量形式和作用机理，但都遵循能量输入、材料响应、分离成形的基本过程金属焊接基本原理加热熔化熔池形成通过电弧、火焰等热源加热金属至熔化母材和填充材料形成共同的液态金属熔状态池原子结合冷却凝固形成牢固的金属原子间结合，实现永久熔池在保护条件下逐渐冷却凝固成焊缝连接焊接过程实质上是金属在高温条件下发生的冶金反应过程通过控制加热温度、保护条件和冷却速度，可以获得具有良好力学性能和化学性能的焊接接头，实现结构件的可靠连接切割方法分类机械切割热切割新兴方法采用机械力作用实现材料分离，包括利用高温热源熔化或气化金属实现切包括水射流切割、电火花切割、超声锯切、剪切、冲切、铣削等方法具割，主要包括气割、等离子切割、激波切割等特种切割技术具有特殊的有精度高、成本低的特点，适用于较光切割等切割速度快，适应性强，技术优势，在特定应用领域发挥重要厚板材和型材的切割加工是现代切割技术的主流方向作用机械切割技术锯切技术使用锯条或锯片进行直线或曲线切割，适用于各种金属材料，切割精度高，表面质量好常用于管材、型材和板材的下料加工剪切技术通过上下刀片的相对运动剪断金属材料，主要用于薄板材料的直线切割具有效率高、成本低的优点，是板材加工的常用方法铣削切割采用铣刀高速旋转切削金属，可实现复杂轮廓的精密切割广泛应用于模具制造、精密零件加工等对尺寸精度要求较高的场合热切割技术种类气割技术等离子切割激光切割利用氧-乙炔火焰加热采用等离子弧的高温高运用高功率密度激光束金属并通过纯氧流进行速特性熔化金属并吹除加热金属至熔化或气化氧化切割，是传统而成形成切口，切割速度状态实现切割，精度极熟的热切割方法，成本快，适用于多种金属材高，热影响区小，代表低廉，适用于厚板切料，是现代化切割的重了切割技术的发展方割要手段向气割工艺原理预热阶段氧-乙炔火焰将金属表面加热至燃点温度（约1000℃），为后续的氧化反应创造条件火焰温度可达3200℃，具有很强的加热能力氧化燃烧高压纯氧流喷射到预热的金属表面，发生剧烈的氧化燃烧反应，产生大量热量，温度可达2500℃以上，使金属继续熔化熔渣吹除氧化产生的熔渣被高压氧流吹出切缝，形成连续的切割过程氧流的动压力是吹除熔渣的关键因素，直接影响切割质量等离子切割原理等离子弧形成高频高压电离气体产生等离子弧高温熔化15000-20000℃高温瞬间熔化金属高速吹除高速气流将熔化金属吹离切缝等离子切割技术利用压缩空气或特殊气体在电弧作用下形成等离子体，产生极高的温度和能量密度等离子弧具有温度高、能量集中、切割速度快等优点，特别适用于不锈钢、铝合金等难以气割的材料切割过程中无需预热，可以实现快速起弧和高效切割激光切割原理与特点高精度聚焦激光束通过光学系统聚焦到极小的光斑，功率密度可达10^6-10^8W/cm²，实现精确的能量输入和微米级的切割精度高速切割激光加热速度极快，可在瞬间将金属加热至熔化或气化温度，切割速度可达传统方法的数十倍，大幅提高生产效率热影响区小激光束能量集中，热影响区域极小，不会引起材料的热变形，保证了工件的尺寸精度和表面质量自动化程度高易于实现数控化和自动化操作，可以切割复杂的几何形状，满足现代制造业对柔性生产的需求切割设备分类半自动设备35%效率提升•导轨式切割机手动设备•仿形切割设备25%操作简单•数控简易切割机•手持式切割枪全自动设备•便携式等离子切割机40%高精高效•手工锯切工具•数控激光切割机•自动化生产线•机器人切割系统切割工艺参数15-50切割速度毫米每分钟，根据材质厚度调整1-5割缝宽度毫米范围，影响材料利用率Ra

3.2表面粗糙度微米级表面质量控制标准±

0.1尺寸精度毫米级精度要求保证切割工艺参数的合理选择直接影响切割质量和生产效率切割速度过快会导致切不透或切缝质量差，过慢则影响效率并可能产生过热变形割缝宽度反映了切割方法的精度水平，同时影响材料的有效利用率表面粗糙度和尺寸精度是衡量切割质量的重要指标切割常见质量缺陷缺陷类型产生原因预防措施割缝偏斜设备精度不足，操作提高设备精度，规范不稳定操作切面毛刺参数不当，材料变形优化工艺参数，加强夹紧氧化层厚切割速度过慢，氧化提高切割速度，改善严重保护热影响区过宽热输入过大，散热不降低热输入，增强冷良却切不透现象功率不足，速度过快增加功率，降低速度金属焊接方法总览熔焊加热金属至熔化状态实现连接压焊通过加压或加热加压实现结合钎焊熔化填充金属实现母材连接金属焊接技术按照连接机理可分为三大基本类型熔焊是应用最广泛的焊接方法，通过电弧、火焰等热源将母材和填充材料同时熔化形成焊缝压焊主要依靠机械压力实现原子间结合，适用于同种金属的连接钎焊利用熔点较低的钎料填充接头间隙，不熔化母材，适用于精密器件和异种金属的连接熔焊定义与工艺流程热源建立建立电弧、火焰或其他高温热源，为熔化金属提供足够的热能输入金属熔化母材和焊接材料在高温作用下熔化，形成共同的液态金属熔池熔池保护通过保护气体、熔渣等方式隔绝空气，防止熔池氧化和氮化凝固成形熔池逐渐冷却凝固，形成具有一定几何形状和冶金组织的焊缝熔焊过程是一个复杂的物理化学过程，涉及传热、传质、相变等多个方面工艺流程的每个环节都对最终的焊接质量产生重要影响，需要严格控制各项工艺参数以确保获得优质的焊接接头压焊原理与应用闪光焊电阻焊摩擦焊利用电阻热加热工件端面至塑性状态，然通过电极向工件施加压力和电流，利用接利用工件相对运动产生的摩擦热使接触面后迅速加压顶锻实现连接广泛应用于钢触电阻产生的热量熔化金属实现连接主达到塑性状态，然后加压完成焊接适用轨焊接、链条制造等领域，焊接质量稳定要用于薄板金属的点焊、缝焊，是汽车制于圆形截面工件，焊接效率高，质量优可靠造的关键技术良钎焊基本机制加热升温钎料熔化将工件加热至钎料熔点以上，母材熔点钎料在高温下熔化成液态，具备良好的以下的温度流动性冶金结合毛细作用钎料与母材发生扩散和溶解，形成牢固液态钎料在毛细力作用下充满接头间隙连接钎焊的核心是利用熔化的钎料在毛细力作用下填充接头间隙，并与母材表面发生物理化学作用形成连接这种方法不会熔化母材，因此热影响区小，变形小，特别适用于精密器件和异种金属的连接电弧焊详细介绍手工电弧焊埋弧自动焊气体保护焊使用涂层焊条进行焊接，操作灵活，适应电弧在焊剂层下燃烧，实现自动送丝和移在保护气体环境中进行电弧焊接，保护效性强，是最基础的电弧焊方法广泛应用动，焊接质量稳定，生产效率高主要用果好，焊缝质量高包括TIG焊、于建筑、维修等领域，对焊工技能要求较于厚板和长焊缝的焊接，是重要的自动化MIG/MAG焊等，是现代焊接技术的重要发高焊接方法展方向•设备简单，成本低•焊接质量稳定•保护效果好•适用范围广•生产效率高•焊缝质量高•焊接质量依赖操作技能•适用于厚板焊接•适用于有色金属常用的气焊技术气体准备预热操作准备氧气和乙炔气体，检查管路和设备安全状况，调节对焊接区域进行预热，提高焊接质量，特别对于厚板和气体压力至工艺要求范围低温条件下的焊接非常重要点火调焰安全防护按照安全程序点燃焊炬，调节氧气和乙炔流量比例，获严格遵守防火防爆规定，确保通风良好，配备必要的安得合适的火焰性质和温度全防护设备和应急措施气体保护焊CO2保护原理CO2气体在高温下分解产生CO和O2，形成还原性气氛保护熔池，防止氮、氢等有害气体侵入，提高焊缝质量自动送丝采用连续送丝方式，焊丝既作电极又作填充材料，实现自动化焊接操作，大幅提高生产效率和焊接质量稳定性工业应用广泛应用于汽车制造、船舶建造、压力容器等领域，特别适用于碳钢和低合金钢的焊接，是现代制造业的重要工艺焊（钨极氩弧焊）TIG钨极特性采用不熔化钨极作为电极，熔点高达3410℃，在焊接过程中保持稳定，确保电弧燃烧的连续性和稳定性氩气保护惰性氩气形成保护气氛，有效隔绝空气中的氧、氮等有害元素，保证焊缝金属的纯净度和力学性能精密控制电弧稳定，热输入可精确控制，特别适用于薄板、有色金属和要求较高的结构件焊接，焊缝成形美观质量优势焊缝纯净度高，无飞溅，变形小，广泛应用于航空航天、核工业、精密仪器等对质量要求极高的领域现代高能束焊激光焊接技术电子束焊接利用高功率激光束作为热源，功率密度可达10^4-在真空环境中利用高速电子束撞击工件表面产生热量进行焊接，10^6W/cm²，能够实现深熔焊接焊接速度快，热影响区小，能量密度极高，可达10^5-10^7W/cm²焊缝深宽比大，可一变形微小，特别适用于精密零件和自动化生产次焊透很厚的工件激光焊接可以焊接难以接近的部位，实现非接触式焊接，在汽车主要用于航空航天、核工业等高端制造领域，能够焊接难熔金属制造、电子工业、医疗器械等领域应用广泛和活泼金属，焊缝质量极高，但设备投资较大自动化与智能焊接人工智能机器学习优化焊接参数传感器技术实时监测焊接过程状态机器人系统精确控制焊接轨迹和姿态数字化集成生产管理系统一体化现代自动化焊接系统集成了机器人技术、传感器技术、人工智能等先进技术，实现了焊接过程的智能化控制系统能够自动识别焊缝位置，实时调整焊接参数，保证焊接质量的一致性大数据分析技术帮助优化工艺参数，预测设备维护需求，显著提高生产效率和产品质量主要焊接设备展示现代焊接设备向着数字化、智能化方向发展，具有精确的参数控制、稳定的电弧特性和友好的人机界面设备的可靠性和自动化程度不断提高，能够满足不同行业对焊接质量和生产效率的要求选择合适的设备是确保焊接质量和提高生产效率的关键因素常用辅助工具和装置夹具定位系统包括焊接夹具、定位器、转胎等，用于准确定位和固定工件，保证焊接几何尺寸精度，提高焊接质量和效率设计合理的夹具能够减少焊接变形，提高生产自动化水平保护气体系统包括气体净化装置、流量控制器、气体混合器等，为气体保护焊提供纯净、稳定的保护气体系统的稳定性直接影响焊缝的保护效果和焊接质量焊后处理设备包括焊缝清理机、热处理炉、矫正设备等，用于焊后清理、消除应力、矫正变形等处理，确保焊接结构满足技术要求和使用性能金属焊接性基础化学成分金相组织30%影响因素25%影响因素•碳含量•晶粒大小1•合金元素•相变特征•有害杂质•组织均匀性几何因素热处理状态25%影响因素20%影响因素•板厚效应•预热要求•接头形式•冷却速度•拘束程度•后热处理结构钢的焊接性钢种类型碳含量焊接特点主要注意事项低碳钢≤

0.25%焊接性能优良一般无需预热中碳钢

0.25-

0.6%需要预防冷裂纹适当预热和缓冷低合金钢≤

0.2%强度高，韧性好控制线能量输入高强钢变化范围大易产生冷裂纹严格控制氢含量结构钢的焊接性主要取决于其化学成分，特别是碳含量和合金元素含量低碳钢焊接性能最好，中高碳钢和合金钢需要采取相应的工艺措施防止焊接缺陷的产生不锈钢焊接常见问题热裂纹问题不锈钢在高温下易形成热裂纹，主要由硫、磷等杂质元素偏析引起选用低杂质含量的焊接材料，控制焊接热输入，可有效预防焊接变形不锈钢热膨胀系数大，导热性差，焊接时易产生较大变形采用小热输入、对称焊接、刚性固定等措施可减少变形表面氧化高温下铬元素易氧化，影响耐腐蚀性能采用氩气背面保护、控制焊接环境、焊后酸洗等方法可保持表面质量组织变化焊接热循环可能引起晶粒粗化、相变等组织变化选择合适的焊接材料和工艺参数，必要时进行焊后热处理有色金属焊接铝、铜、镍铝及铝合金铝的导热性强，表面易形成氧化膜，焊接时需要大电流快速焊接推荐使用TIG焊或MIG焊，严格清理表面氧化膜，采用适当的预热措施铜及铜合金铜的导热性极强，焊接时热量散失快，需要大功率热源和预热容易产生热裂纹和气孔，需要选择合适的焊接材料和保护措施镍及镍合金镍基合金具有良好的高温性能，但焊接时易产生热裂纹需要严格控制杂质含量，采用小热输入、多道焊等工艺措施钛及其合金焊接技术严格保护钛在高温下极易吸收氧、氮、氢等气体，必须采用高纯度氩气进行正面和背面双重保护，确保焊接区域完全隔绝空气表面清理焊前必须彻底清除表面氧化层、油污等污染物，使用专用清理剂和不锈钢刷进行机械清理，确保表面洁净度热输入控制采用小电流、快速焊接，严格控制层间温度不超过150℃，防止晶粒粗化和有害相的形成，保持材料的优良性能缺陷预防重点预防气孔、裂纹和脆化现象，通过优化焊接参数、改善保护效果、控制冷却速度等措施确保焊接质量金属切割与焊接工艺流程工艺准备分析技术要求，选择合适的切割或焊接方法，制定详细的工艺规程，准备必要的材料、设备和工具表面处理清理工件表面的氧化皮、油污、锈蚀等杂质，确保表面洁净度满足工艺要求，为后续加工创造良好条件定位装夹使用专用夹具将工件准确定位和牢固固定，确保加工精度和操作安全，减少变形和振动的影响现场作业严格按照工艺规程进行切割或焊接操作，实时监控工艺参数，确保加工质量稳定可靠质量检验对加工结果进行全面检验，包括尺寸精度、表面质量、内部缺陷等，确保产品满足技术要求焊接工艺参数选择80-350A焊接电流根据焊条直径和板厚选择20-40V电弧电压影响熔深和焊缝成形15-45焊接速度厘米每分钟，控制热输入量

0.8-

3.5线能量千焦每厘米，关键质量指标焊接工艺参数的选择需要综合考虑材料特性、接头形式、质量要求等多个因素电流过大会造成烧穿或咬边，过小则熔合不良电压影响电弧长度和焊缝宽度焊接速度决定热输入量，直接影响焊缝的冶金组织和力学性能线能量是评价焊接工艺的重要指标常见焊接接头形式对接接头搭接接头角接接头两工件端面相对焊接，承载两工件重叠焊接，制备简两工件成一定角度焊接，多能力强，应力分布均匀，是单，但存在应力集中主要用于箱体结构焊缝形式有最常用的接头形式适用于用于薄板结构，焊缝承受剪角焊缝和坡口焊缝，需要保板材、管材的连接，焊缝金切力，需要注意防止层间腐证根部熔合良好属与母材等强蚀T形接头一工件端部与另一工件表面垂直焊接，承受复杂应力状态广泛应用于框架结构，要求焊缝有良好的冲击韧性常用焊缝符号及识别符号类型图形表示含义说明应用场合角焊缝直角三角形表示角焊缝的T形、角接接头位置和尺寸对接焊缝矩形或梯形表示坡口形式对接接头和焊透要求塞焊、槽焊圆形或长圆形表示孔内或槽搭接接头内焊接点焊圆圈加十字表示点焊位置薄板连接和数量缝焊圆圈加平行线表示连续缝焊密封焊缝正确识读焊缝符号是焊接技术人员的基本技能符号不仅表示焊缝的几何形状，还包含了焊接方法、质量等级、检测要求等重要信息焊接工艺评定试验准备根据产品技术要求制定焊接工艺规程，准备试验用材料和设备，确定试验方案和检测项目试验条件应能覆盖实际生产的工艺范围试验焊接严格按照拟定的工艺规程进行试验焊接，详细记录焊接过程中的各项参数和操作细节，确保试验的可重现性和数据的准确性性能检测对试验焊缝进行全面的性能测试，包括力学性能试验、金相检验、无损检测等，评价焊接接头的综合性能报告编制根据试验结果编制工艺评定报告，确定合格的工艺参数范围，为实际生产提供可靠的技术依据和质量保证切割与焊接操作安全防火防爆措施电气安全防护高温防护措施作业现场禁止存放易燃易爆物品，设置防焊接设备必须可靠接地，定期检查电缆绝穿戴专用防护服装，防止弧光辐射和金属火屏障和灭火设备气体管路要定期检缘状况在潮湿环境中作业时采用低压焊飞溅烫伤工作区域设置警示标志，非操查，防止泄漏明火作业必须办理动火许机，穿戴绝缘防护用品严禁带电操作和作人员禁止进入焊后工件温度高，必须可证，指定专人监护维修设备标识并采取防护措施•清理作业现场可燃物•确保设备可靠接地•穿戴防护服装和面罩•检查气体管路密封性•检查电缆绝缘完好•设置作业区域警示•配备适当的灭火器材•使用合格防护用品•标识高温工件有害气体与烟尘防护呼吸系统防护焊接过程产生的烟尘含有多种有害物质，长期吸入会引起尘肺病必须佩戴防尘口罩或呼吸器，定期进行职业健康检查通风排烟系统安装局部排烟装置和全面通风系统，及时排除有害气体和烟尘排烟口应尽量靠近焊接点，风速不少于

0.5m/s有毒气体监测在密闭空间作业时必须进行气体检测，监测氧气浓度和有毒气体含量配备气体检测仪器和应急救援设备职业病预防建立完善的职业健康管理制度，定期体检，及早发现和预防职业病对接触有害因素的人员进行健康监护。