《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，广泛应用于机械制造、建筑工程、汽车工业、船舶制造等领域本课程将系统介绍金属切割与焊接的基本原理、工艺方法、设备操作及质量控制等关键内容课程内容与目标1理解基本原理深入掌握金属切割与焊接的物理化学原理，为实际操作提供理论支撑2掌握工艺技术熟练掌握各种主流切割与焊接工艺，了解设备结构与操作要点3强化安全意识重视安全操作规程，掌握质量控制方法，培养良好的职业素养应用创新能力第一章金属切割与焊接概述金属加工整体流程切割与焊接的关系金属加工是一个复杂的系统工程，包括原材料准备、切割下料、切割与焊接在金属加工中具有密切的相互关系切割质量直接影成型加工、焊接组装、表面处理等多个环节每个环节都相互关响焊接效果，而焊接工艺要求又反过来指导切割方案的制定联，影响最终产品质量切割与焊接作为其中的关键环节，直接决定了产品的尺寸精度、良好的切割边缘质量能够减少焊接前的预处理工作，提高焊接效结构强度和外观质量合理的工艺选择和精确的操作控制是保证率和质量同时，焊接热影响区的控制也需要考虑切割留下的应产品质量的重要前提力状态金属切割简介切割定义与本质主要应用领域金属切割是指通过各种物理或化广泛应用于钢结构建筑、船舶制学方法，将金属材料按照预定的造、汽车工业、机械设备、石油形状和尺寸分离的加工过程切化工等行业从大型工程结构到割过程涉及材料的断裂、熔化或精密零部件，切割技术无处不气化等物理变化在与传统加工对比相比传统机械加工，现代切割技术具有效率高、精度好、适应性强的优点特别是热切割技术，能够处理厚板材料，大大提高了加工能力金属焊接简介焊接基本定义焊接是通过加热或加压，或两者并用，使两个或多个金属部件在原子层面结合形成永久连接的工艺过程工业应用地位焊接技术在现代工业中占据核心地位，是实现金属结构制造的主要手段，直接影响产品的结构强度和使用寿命技术特点优势具有连接强度高、密封性好、生产效率高、适应性强等优点，能够实现各种复杂结构的可靠连接金属的物理与化学特性1碳钢材料具有良好的可焊性和切割性，是最常用的结构材料含碳量不同影响加工工艺参数选择2不锈钢材料耐腐蚀性能优异，但导热性差，切割焊接时需要特殊工艺控制，防止变形和性能劣化3铝合金材料密度小、导热快，氧化膜致密，切割焊接难度较大，需要采用专门的工艺和设备切割工艺分类机械切割火焰切割利用机械力作用实现材料分离，包括剪切、利用燃气燃烧产生的高温火焰熔化金属实现锯切、冲切等方法切割激光切割等离子切割利用激光束的高能量密度实现精密切割利用等离子弧的高温高速特性进行金属切割焊接工艺分类熔焊通过加热使焊件熔化形成焊缝压力焊在压力作用下实现金属连接钎焊利用钎料熔化润湿母材实现连接三种焊接方法各有特点和适用范围熔焊应用最广泛，适用于各种结构焊接；压力焊主要用于同种金属连接；钎焊适合精密零件和异种金属连接工程实践中需要根据具体要求选择合适的焊接方法第二章金属切割常用方法技术发展历程从手工锯切到自动化切割工艺选择依据材料特性与精度要求设备技术进步数控化与智能化发展未来发展趋势绿色环保与高效精密机械切割原理及特点剪切原理利用上下刀片的相对运动，在材料内部产生剪应力，当剪应力超过材料的抗剪强度时，材料发生断裂分离剪切过程中材料发生塑性变形，断面质量较好锯切技术通过锯片的往复运动或旋转运动，利用锯齿逐步去除材料实现切割锯切精度高，切缝窄，但效率相对较低，适合精密切割和小批量生产应用实例广泛应用于钣金加工、管材切断、型材下料等领域特别适合中薄板材料的批量切割，具有成本低、操作简单、切割质量稳定等优点火焰切割原理燃烧反应机理1燃气与氧气混合燃烧产生高温火焰金属氧化过程2高温下金属被氧化形成氧化物氧化物清除3高压氧气流将氧化物吹离切缝火焰切割适用于碳钢和低合金钢，具有设备简单、成本低廉、切割厚度大等优点常用燃气包括乙炔、丙烷、天然气等，其中乙炔火焰温度最高，切割速度最快切割质量受燃气纯度、氧气压力、切割速度等因素影响火焰切割设备与操作气体供应系统切割炬结构包括氧气瓶、燃气瓶、减压器、管路等混合气体形成切割火焰，控制火焰大小组件，确保气体稳定供应和切割参数参数监控系统安全防护装置监控气体压力、流量等关键参数，确保回火防止器、安全阀等保护设备和操作切割质量人员安全等离子切割技术°20000C等离子弧温度极高温度实现快速切割100m/s等离子流速度高速气流保证切缝质量200mm最大切割厚度适用于中厚板材切割85%切割效率提升相比火焰切割效率显著提高激光切割工艺激光原理高精度特点自动化程度激光器产生高能量密度的相干光切缝宽度通常在

0.1-

0.5mm，位置配合数控系统实现全自动切割，可束，聚焦后在极小区域内产生高精度可达±

0.05mm，表面粗糙度加工复杂形状，生产效率高，劳动温，使材料瞬间熔化或汽化Ra值可达

12.5μm以下强度低切割质量的影响因素影响因素主要影响控制要点材料类型切割参数选择根据材质调整工艺材料厚度穿透能力匹配切割功率切割速度表面质量优化速度参数能源参数热影响区精确控制输入操作技能整体质量加强培训考核切割常见缺陷及防控挂渣缺陷切割速度过快或气体压力不当导致熔化金属粘附在切面底部•调整切割速度至适当范围•优化气体压力和流量•保持割嘴与工件适当距离切面变形热输入过大或不均匀导致工件产生热应力变形•控制切割热输入量•采用合理的切割顺序•使用适当的夹具固定尺寸偏差设备精度、热膨胀或操作误差造成切割尺寸不准确•定期校准设备精度•考虑热膨胀补偿•严格执行操作规程第三章金属焊接基础知识原子结合机制热影响区形成冶金反应过程焊接过程中金属原子通过金属键结合，形焊接热源作用下，母材经历不同的热循环焊接过程中发生复杂的冶金反应，包括元成连续的晶格结构原子间距离达到平衡过程，形成熔化区、热影响区和母材区三素的烧损、合金化、脱氧、脱硫等过程，距离时，产生最强的结合力，实现牢固的个不同的组织区域，各区域性能特点不直接影响焊缝的化学成分和机械性能焊接接头同熔化焊原理及应用熔化焊通过电弧或火焰等热源，将焊件接头处的金属熔化形成熔池，冷却凝固后形成焊缝电弧焊是最主要的熔化焊方法，具有热功率密度高、焊接速度快、适应性强等特点钢结构焊接中广泛采用熔化焊技术，能够实现高质量的结构连接压力焊技术钎焊基础温度控制钎焊温度通常低于母材熔点，铜钎焊温度为1100-1200°C，银钎焊温度为600-800°C润湿机理液态钎料在清洁的母材表面扩散润湿，通过毛细作用填充接头间隙精密应用适合精密零件、薄壁结构、异种金属连接，广泛用于电子器件和仪表制造焊接接头与焊缝类型对接接头搭接接头两个工件端面直接对接焊接，承两个工件重叠搭接焊接，制备简载能力强，应力分布均匀，广泛单，但存在应力集中问题双面用于承受拉伸载荷的结构焊缝搭接比单面搭接强度高，常用于金属与母材等强度匹配时，接头薄板结构和修补焊接效率可达100%角接接头两个工件呈直角位置焊接，形成L形或T形结构角焊缝承受剪切载荷，设计时需考虑焊脚尺寸和有效截面常用焊材与辅助材料焊条选择药皮焊条由焊芯和药皮组成，药皮提供保护气体、造渣材料和合金元素选择时需匹配母材强度等级和使用环境要求焊丝规格实芯焊丝和药芯焊丝广泛用于自动焊接直径规格从

0.8mm到

4.0mm，需根据焊接位置、电流大小和熔敷量要求选择保护气体氩气、氦气、二氧化碳等用于气体保护焊纯氩适合有色金属，氩气混合气适合碳钢和不锈钢，选择依据材料和质量要求第四章主要焊接技术及设备手工电弧焊气体保护焊30%应用比例40%应用比例灵活性强，适应性好质量高，效率好12其他特殊焊接埋弧自动焊4310%应用比例20%应用比例专用工艺，特殊要求厚板焊接，生产率高手工电弧焊电源设备提供稳定的焊接电流焊条电弧形成稳定的电弧放电熔池保护药皮分解产生保护作用手工电弧焊是最基础和应用最广泛的焊接方法焊接过程中，焊条与工件之间维持稳定的电弧，电弧热量熔化焊条和母材形成熔池药皮在高温下分解产生保护气体和熔渣，保护熔池免受空气污染该方法设备简单，操作灵活，能够焊接各种位置的接头气体保护焊焊接MIG/MAG熔化极气体保护焊，焊丝自动送进，生产效率高，适合厚板和长焊缝焊接焊接TIG钨极氩弧焊，焊接质量优异，热影响区小，适合精密焊接和有色金属保护气体作用隔绝空气污染，稳定电弧燃烧，影响焊缝成形和机械性能埋弧自动焊应用案例自动送丝广泛应用于造船、锅炉、压力容器、钢结焊剂覆盖焊丝自动送进，焊接参数精确控制，保证构等行业特别适合厚板对接焊缝，单道颗粒状焊剂完全覆盖电弧和熔池，电弧在焊接质量的一致性可实现单丝或多丝焊焊透厚度可达20-30mm，焊接速度是手工焊剂层下燃烧，避免飞溅和烟尘产生焊接，大幅提高熔敷效率，适合大型构件的焊的5-10倍剂提供脱氧、脱硫作用，改善焊缝金属的长焊缝焊接化学成分和机械性能焊接电源类型电源类型主要特点适用范围电弧稳定性交流电源成本低、结构碳钢焊接一般简单直流正接熔深大、飞溅厚板焊接良好小直流反接熔宽大、成形薄板焊接优秀好脉冲电源热输入可控精密焊接优秀焊接设备安全操作接地保护个人防护焊接设备必须可靠接地，接地佩戴焊接面罩、防护服、绝缘电阻不超过4欧姆工作环境手套等防护用品面罩滤光片潮湿时应使用安全电压36V以应根据焊接电流选择合适的遮下设备，防止触电事故发生光等级，保护眼睛和面部免受弧光伤害操作规程严格按照设备操作手册进行参数设置和操作程序定期检查设备绝缘性能、接线情况和冷却系统工作状态，确保设备安全可靠运行第五章金属切割与焊接的实际应用建筑钢结构船舶制造汽车工业高层建筑、大跨度厂房、船体结构焊接要求密封车身制造采用大量点焊桥梁等钢结构工程，要性好，耐海水腐蚀，焊和弧焊技术，追求高效求焊接质量可靠，承载缝质量直接影响船舶安率和轻量化设计能力强全重型机械矿山设备、工程机械等重型装备制造，焊缝承受高应力和恶劣工况案例桥梁钢结构焊接工艺设计焊工资质根据桥梁受力特点和环境条件，选择合所有焊工必须经过专业培训并通过资格适的焊接方法和参数，制定详细的焊接考试，持证上岗，确保焊接质量稳定可工艺规程靠质量检测过程监控采用超声波、射线等无损检测方法，对建立质量追溯体系，记录焊接参数和检关键焊缝进行100%检测，确保内部质测结果，实现全过程质量控制量高难度材料切割实例不锈钢切割铝合金切割不锈钢导热性差，容易产生热变形和切割缺陷需要采用高功率铝合金反射率高，导热快，传统热切割方法效果不佳推荐使用密度的激光切割或等离子切割，严格控制切割参数激光切割或水射流切割技术切割速度要适当提高，减少热输入时间使用氮气作为辅助气激光切割时需要使用高功率激光器，配合氮气保护切割参数需体，防止切边氧化切割后及时去除氧化皮，保持表面清洁要精确控制，防止熔化金属粘附水射流切割无热影响，质量最佳特殊工件焊接实录薄板焊接小电流、快速焊异形结构工装夹具辅助热输入控制预热与缓冷措施变形控制焊接顺序优化薄板焊接的关键是控制热输入量，防止烧穿和变形采用小电流、快速焊的工艺，必要时使用脉冲焊接技术异形结构焊接需要设计专用工装夹具，保证焊接位置和质量通过合理的焊接顺序和对称焊接方法，有效控制焊接变形焊接机器人与自动化

99.5%焊缝一致性机器人焊接重现性优异300%效率提升相比手工焊接效率大幅提高

0.1mm位置精度机器人重复定位精度小时24连续作业全天候自动化生产能力激光切割焊接综合应用激光技术在汽车和航空制造中发挥重要作用汽车车身激光拼焊板技术实现了不同厚度钢板的精确连接，减轻车重航空零件激光切割精度高，边缘质量好激光-电弧复合焊接技术结合了激光深熔透和电弧高熔敷的优点，在厚板高速焊接中应用前景广阔第六章金属切割与焊接的安全管理劳动防护管理建立完善的个人防护用品管理制度，定期检查防护用品的有效性和完整性•焊接面罩和防护眼镜•耐火防护服装•绝缘手套和安全鞋•呼吸防护设备作业环境控制确保作业场所通风良好，光线充足，地面干燥无积水，易燃物品远离作业区域•通风换气系统•照明设施配置•地面防滑处理•防火分隔措施设备维护检修制定设备定期检查和维护计划，确保设备安全可靠运行，及时发现和排除隐患•电气安全检查•冷却系统维护•气路系统检测•安全装置校验切割作业安全燃气泄漏防控防爆安全措施建立燃气管路定期检查制度，使切割前清理作业区域内的易燃易用肥皂水检查接头密封性安装爆物品，设置安全警戒线乙炔气体泄漏报警器，一旦发现泄漏瓶使用时必须直立放置，严禁倒立即关闭气源并通风严禁在密置使用氧气瓶远离热源，避免闭空间内使用燃气切割设备，避阳光直射配备适用的灭火器免爆炸事故发生材防护装备要求操作人员必须佩戴防护眼镜，滤光片遮光等级不低于5号穿着防火服装，避免合成纤维材料戴防护手套，防止高温金属飞溅烫伤保持安全操作距离焊接作业安全电气安全焊接设备接地可靠，绝缘良好潮湿环境使用36V安全电压定期检测绝缘电阻，防止漏电事故防火防爆清理作业区可燃物，设置防火屏障配备灭火器材，制定应急预案焊渣温度高，及时清理避免复燃动火证管理特级、一级动火作业须办理动火证明确监护人员职责，配备专业消防器材作业完成后确认无火患隐患有害气体与烟尘防护通风系统局部净化全面通风换气烟尘收集过滤安装强制通风设备，保证空气流通顺畅在焊接点设置移动式烟尘净化器健康监测个体防护定期体检筛查呼吸器具佩戴建立职业健康档案，早期发现问题使用防尘口罩或送风式呼吸器焊割工职业病及预防主要职业危害焊接烟尘导致的尘肺病是最常见的职业病有害气体如臭氧、氮氧化物可引起呼吸道疾病长期接触紫外线和红外线可能引起眼部疾患电弧噪声可能导致听力损伤预防控制措施改善作业环境，加强通风除尘选用低尘低毒焊材，推广清洁焊接工艺严格执行个人防护制度，正确使用防护用品控制作业时间，实行轮岗制度健康管理制度建立完善的职业健康监护制度，定期组织职业健康检查对接触职业危害因素的工人建立健康档案发现职业禁忌症或疑似职业病，及时调离岗位并妥善处理应急与事故处理火灾应急处置触电事故处理发现火情立即切断电源和气立即切断电源或使用绝缘工具源，使用适当灭火器材扑救使触电者脱离电源对心跳呼金属火灾使用干粉或沙土扑吸停止者立即进行心肺复苏救，严禁用水及时疏散人轻伤者送医院检查治疗，重伤员，报告消防部门建立火灾者就地抢救同时拨打120急救事故调查分析制度电话事故案例警示定期组织安全事故案例学习，分析事故原因和教训建立事故报告和调查制度，举一反三预防类似事故加强安全教育培训，提高全员安全意识和应急处置能力第七章常见缺陷及质量检测缺陷类型产生原因检测方法预防措施未熔合电流小、速度快超声波检测调整焊接参数气孔水分、油污射线检测清理焊件表面裂纹应力集中磁粉检测预热后热处理夹渣清渣不彻底目视检查彻底清理熔渣切割精度检测尺寸测量形位公差表面质量切割角度使用卡尺、千分尺等精检测直线度、垂直度、检查切割表面的粗糙度测量切割面与基准面的密量具检测切割件的几平行度等形位公差，使和缺陷，使用表面粗糙角度偏差，使用角度尺何尺寸，确保满足图纸用专用量具如直角尺、度仪测量Ra值，目视或投影仪进行精确测要求的公差范围平板等进行测量检查有无挂渣、裂纹等量，控制在允许范围内焊缝无损检测超声波检测射线检测利用超声波在焊缝中的传播特性检测内部缺陷能够发现裂纹、X射线或γ射线穿透焊缝，在胶片上形成影像能够直观显示焊未熔合、气孔等缺陷，检测灵敏度高缝内部缺陷的形状、大小和位置适用于厚度大于8mm的焊缝检测，操作方便，成本低，但需要检测结果直观可靠，可作为质量凭证保存但设备复杂，成本有经验的检测人员对缺陷的定性判断需要结合其他检测方法高，对人体有害，需要专门的防护措施和操作资质质量标准与认证国际标准ISO9001质量管理体系国家标准GB/T11345焊缝外观质量分级行业标准3JB、HG等行业专用标准企业标准企业内部质量控制标准质量标准体系为焊接质量控制提供了科学依据国际标准ISO9001建立了完整的质量管理体系框架国家标准GB/T11345等规定了焊缝质量分级要求各行业根据自身特点制定了专门的技术标准，企业可在此基础上制定更严格的内控标准先进焊接、切割技术发展趋势智能化自动化焊接机器人技术不断发展，具备自适应控制、路径规划、质量监测等智能功能•人工智能算法优化焊接参数•机器视觉实现焊缝跟踪•多机器人协同作业系统新型能源应用激光、电子束、摩擦搅拌等新技术在特殊材料和精密加工中的应用不断扩大•超快激光微加工技术•电子束增材制造•混合能源复合工艺数字化集成焊接工艺数据库、专家系统、仿真软件等数字化工具提高工艺设计和质量控制水平•工艺参数数据库建设•虚拟现实培训系统•数字化工厂集成方案。