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焊接

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重定しげさだこう熔接ようせつ
熔化极气たい护电

銲接あるしょう焊接熔接ようせつ鎔接英文えいぶん:Welding),一種以加熱或加壓方式接合金属きんぞくある其他ねつ塑性そせい塑料てき工藝こうげい技術ぎじゅつ。銲接透過とうかれつ三種途徑達成接合的目的:

  • 加熱かねつよく接合せつごうこうけん使つかい局部きょくぶ熔化形成けいせい熔池えいWeld pool,熔池冷却れいきゃく凝固ぎょうこ後便こうびん接合せつごう必要ひつよう加入かにゅう熔填ぶつえいFiller metal輔助。
  • たんどく热熔てん较低てき焊料,无需熔化こうけん本身ほんみ焊料てき細作さいさくよう連接れんせつこうけん(如軟釺焊かた)。
  • ざい相當そうとう於或てい於工けん熔點てき溫度おんど輔以だかあつたたみあい擠塑ある振動しんどうとう使つかいりょうこうけんあいだ相互そうご滲透しんとう接合せつごう(如きたえかた态焊せっ)。

具體ぐたいてき焊接工藝こうげい,焊接細分さいぶんためでん阻焊でん感應かんおう焊接及げきこう焊接とう其他特殊とくしゅ焊接。

焊接てきのうりょうらいみなもとゆう很多种,包括ほうかつ气体焰、电弧げきこう电子たば摩擦まさつちょうこえひとしじょりょうざいこう厂中使用しようがい,焊接还可以在种环さかい进行,如野がい水下みぞおちふとむなし。无论ざいなん处,焊接可能かのう给操作者さくしゃ带来危险,所以ゆえんざい进行焊接时必须采适当てきぼう护措ほどこせ。焊接给人体じんたい可能かのう造成ぞうせいてき伤害包括ほうかつ烧伤さわ电、视力损害、吸入きゅうにゅう有毒ゆうどく气体、むらさきがい线照射しょうしゃ过度とう

19せい纪末まえただ一的焊接工艺是铁匠沿用りょうすうひゃくねんてき金属きんぞく锻焊最早もはやてき现代焊接わざ术出现在19せい纪末,さき氧燃气焊ややきさき现了电阻焊。20せい纪早だいいち世界せかいだいだい世界せかいだいちゅう对军よう设备てき需求りょう很大,あずかこれしょう应的れん价可もたれてき金属きんぞく连接こう艺受いたじゅう视,进而促进りょう焊接わざ术的发展。战后,さききさき现了几种现代焊接わざ术,包括ほうかつ目前もくぜんさい流行りゅうこうてき手工しゅこう电弧焊、以及诸如熔化极气たい护电うめせん焊)、药芯焊丝电弧焊电渣焊这样てき动或はん动焊せっわざ术。20せい纪下はんかのう,焊接わざ术的发展新月しんげつ异,げきこう焊接电子たば焊接开发出来できこんてん焊接つくえじんざいこう业生产中いたりょう广泛てき应用。研究けんきゅうじん员仍ざい深入ふかいり研究けんきゅう焊接てきほん质,继续开发しんてき焊接方法ほうほう,并进一步提高焊接质量。

历史

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とくさと铁柱

金属きんぞく连接てき历史以追さかのぼいたすうせんねんまえ早期そうきてき焊接わざ术见于あお铜时だい铁器时代てきおうしゅうちゅうかずせんねんまえてきりょうかわ文明ぶんめいやめ開始かいし使用しよう软钎焊技術ぎじゅつ[1]ぜん340ねんざいせいづくりじゅう达5.4吨的印度いんどとくさと铁柱时,にん们就さいようりょう焊接わざ[2]

中世ちゅうせい纪的铁匠どおり不断ふだん锻打红热じょう态的金属きんぞく使其连せっ,该工艺被しょうきたえ维纳じゅう·はやしかくふさがおく于1540ねん出版しゅっぱんてき焰学えいDe la pirotechnia》一书记述了锻焊技术。ぶん艺复兴时期てき工匠こうしょうやめ经很好地こうち掌握しょうあくりょう锻焊,せっらいてき几个纪中,锻焊わざ不断ふだんあらため[3]いた19せい纪时,焊接わざ术的发展突飞もう进,其风貌大为改观。1800ねん汉弗さと·戴维爵士发现りょう电弧ややきさきずいにわかこく科学かがくあま库莱·斯拉おっと耶诺おっとあずか美国びくに科学かがくC·L·哥芬えいC. L. Coffin发明てき金属きんぞく电极推动りょう电弧焊工艺的成型せいけい。电弧焊与きさきらい开发てきさいよう碳质电极てき碳弧焊えいCarbon arc weldingざいこう业生产上いた广泛应用。1900ねん左右さゆうA·P·斯特罗加诺夫ざい英国えいこく开发提供ていきょうさら稳定电弧てき金属きんぞくつつみじき层碳电极;1919ねんC·J·霍尔斯拉かく(C. J. Holslag)くびはた交流こうりゅうよう于焊せっただし这一技术直到十年后才得到广泛应用[4]

电阻焊ざい19せい纪的さいきさきじゅうねん间被开发出来できだい一份关于电阻焊的专利これ莱休·汤姆もりえいElihu Thomson于1885ねんさる请的,ざいせっらいてき15ねんちゅう不断ふだんあらため进这いちわざ术。铝热焊接可燃かねん气焊せっ发明于1893ねんほこりとくこうむ·戴维于1836ねん发现りょうおつ炔,いた1900ねん左右さゆうゆかり于一种新がた气炬まと现,可燃かねん气焊せっ开始いた广泛てき应用[5]よし于廉价和良好りょうこうてきうつり动性,可燃かねん气焊せっざい一开始就成为最受欢迎的焊接技术之一。ただしずい20せい纪之ちゅう工程こうてい师们对电极表めん金属きんぞくじき盖技术的续改进(そくじょ焊剂てき发展),新型しんがた电极提供ていきょうさら稳定てき电弧,并能够有效ゆうこうへだた离基そこ金属きんぞくあずか杂质,电弧焊いん此能够逐渐取だい可燃かねん气焊せっなり使用しようさい广泛てきこう业焊せっわざ[6]

だいいち世界せかいだい使つかいとく对焊せってき需求激增げきぞう各国かっこくざい积极研究けんきゅう新型しんがたてき焊接わざ术。英国えいこく主要しゅようさいよう焊,们制づくりりょうだい一艘全焊接船体的船舶弗拉戈号。だい战期间,焊亦くび应用ざい飞机せいづくりじょう,如许とくこく飞机てきつくえたい就是どおり过这种方しきせいづくりてき[7]。另外值得注意ちゅういてき世界せかいじょうだい一座全焊接公路桥于1929ねんざいなみ沃夫其附近ふきんてきSłudwia Maurzyce河上かわかみたてしげる,该大桥是ゆかり华沙こう业学いんてき斯特はん·ぬの莱林(Stefan Bryła)于1927ねん设计てき[8]

1920年代ねんだい,焊接わざ术获どく重大じゅうだい突破とっぱ。1920ねん现了动焊せっつう过自动送丝装置そうちらい证电てき连贯せい护气たいざい这一时期得到了广泛的重视。よし为在焊接过程ちゅう,处于高温こうおんじょう态下てき金属きんぞくかいあずかだい气中てき氧气氮气发生化学かがくはんいん此产せいてきそらあわ化合かごうぶつはたかげ响接头的强度きょうどかい决方ほう使用しよう氢气氩气氦气へだた绝熔いけ和大かずひろ[9]せっらいてき10ねんちゅう,焊接わざ术的进一步发展使得诸如这样てき活性かっせい金属きんぞく也能焊接。1930年代ねんだいいたりだい世界せかいだい间,动焊、交流こうりゅう电和活性かっせい剂的引入だいだい促进りょう焊的发展[10]

20せい纪中かのう科學かがく工程こうてい們发あきらりょう种新がた焊接わざ术。1930ねん发明てきにしばしら焊接えいStud weldingうえくぎ焊),很快就在造船ぞうせんかずけん筑业ちゅう广泛使用しよう同年どうねん发明てきうめちょくいたこんてん还很流行りゅうこう钨极气体护电ざい经过几じゅうねんてき发展きさき,终于ざい1941ねんとく以最终完ぜんずいきさきざい1948ねん熔化极气たい护电使つかいとく有色ゆうしょく金属きんぞくてき快速かいそく焊接なり可能かのうただし这一技术需要消耗大量昂贵的保护气体。さいよう消耗しょうもうせい焊条さく为电极的手工しゅこう电弧焊ざい1950年代ねんだい发展おこりらいてき,并迅速成そくせい为最流行りゅうこうてき金属きんぞく焊技术。1957ねん药芯焊丝电弧焊えいFlux-cored arc weldingくび现,它采ようてき护焊丝电极可よう于自动化焊接,だいだいひさげだかりょう焊接速度そくどどういちねんとう离子えいPlasma arc welding发明。电渣焊发明于1958ねん气电焊えいElectrogas welding则于1961ねん发明[11]

焊接わざ术在ちか年来ねんらいてき发展包括ほうかつ:1958ねんてき电子たば焊接のう够加热面积很しょうてき区域くいき使つかいとくふか处和せま长形こうけんてき焊接なり可能かのう。其后げきこう焊接于1960ねん发明,ざい其后てきじゅうねん岁月ちゅう,它被证明さい有效ゆうこうてき高速こうそく动焊せっわざ术。过,电子たば焊与げきこう焊两种技术由于其しょ需配备价かくこうのぼる,其应よう范围受到げんせい[12]

焊接こう

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でん銲接

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使用しよう焊接电源らい创造并维电极焊接材料ざいりょう间的电弧,使つかい焊点じょうてき金属きんぞくとおる形成けいせい熔池。它们使用しよう直流ちょくりゅうある交流こうりゅう使用しよう消耗しょうもうせいある消耗しょうもうせい电极。ゆう时在熔池附近ふきんかい引入ぼう惰性だせいあるはん惰性だせい气体そく护气たいゆう时还かい添加てんか焊补材料ざいりょう

のうりょうきょう

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焊过ほどよう消耗しょうもう大量たいりょうてき电能,以通过多种焊せっ电源らいきょう应能りょうさいつね见的焊接电源包括ほうかつつねりゅう电源かずひさし压电げんざい焊过ほどちゅうしょほどこせてき电压决定电弧てき长度,しょ输入てき电流则决てい输出てき热量。つねりゅう电源输出つねじょうてき电流和波わなみ动的电压,多用たよう人工じんこう焊接,如手こう电弧焊和钨极气体护电焊。よし人工じんこう焊接要求ようきゅう电流保持ほじしょう对稳じょう,而在实际操作そうさちゅう,电极てき位置いち很难证不变,长和电压也会ずい发生变化。つね压电げん输出つねじょうてき电压和波わなみ动的电流,いん常用じょうよう于自动焊せっこう艺,如熔极气たい护电焊、药芯焊丝电弧焊和うめ焊。ざい这些焊接こう艺中ちゅう,电弧长度保持ほじつねじょういん为焊头和こうけん间距离发せいてきにんなん动都どおり过电りゅうてき变化らいわたる补。れい如,如果焊头こうけんてき间隔过近,电流はた急速きゅうそく增大ぞうだい使つかいとく焊点处发热量骤增,焊头部分ぶぶんとおるちょくいたり间隔恢复到ばららいてき程度ていど[13]

所用しょようてき电的类型对焊せっゆう很大かげ响。耗电りょうだいてき焊接こう艺,如手こう电弧焊和熔化极气たい护电通常つうじょう使用しよう直流ちょくりゅう电,电极せっせいある负极ざい焊接ちゅうせっせい极的部分ぶぶんかいゆうさらだいてき热量集中しゅうちゅういん此,あらため变电极的极性はたかげ响到焊接性能せいのう。如果こうけんせっせい极,こうけんはたさら热,焊接深度しんど焊接速度そくど也会だいだいひさげだかはんこれこうけんせっ负极てき话将焊出较浅てき焊缝[14]。耗电りょう较小てき焊接こう艺,如钨极气たい护电焊,以通直流ちょくりゅう电(さいよう任意にんいせっ头方しき),也可以使用しよう交流こうりゅうしか而,这些焊接こう艺所さいようてき电极ただ产生电弧而不提供ていきょう焊料てきいん此在使用しよう直流ちょくりゅう电时,せっせい电极てき时候,焊接深度しんど较浅,而接负电极时のう产生さらふかてき焊缝[15]交流こうりゅう电使电极てき极性迅速じんそく变化,从而しょう生成せいせい中等ちゅうとう穿ほじとおる程度ていどてき焊缝。使用しよう交流こうりゅう电的缺点けってんいちまい一次变化的电压通过电压零点后,电弧必须おもしんてんもえ,为解决这いち问题,一些特殊的焊接电源产生的是ほうなみかたてき交流こうりゅう电,而不通常つうじょうてき正弦せいげんかた使つかいとく电压变化どおりれいてん时的负面影おもかげ响降いた最小さいしょう[16]

焊工艺

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手工しゅこう电弧焊
电焊钳和焊条

手工しゅこう电弧焊さいつね见的焊接こう艺。ざい焊接材料ざいりょう消耗しょうもうせいてき焊条これ间,つう过施だか电压らい形成けいせい电弧,焊条てきしん部分ぶぶん通常つうじょうよし钢制なりそと层包くつがえゆういちじょ焊劑ざい焊接过程ちゅうじょ焊剂もえ烧产せい氧化碳护焊缝区めん受氧污染。电极しん直接ちょくせつ充当じゅうとうはまたかし材料ざいりょう需要じゅよう另外添加てんか焊料。

这种こう艺的适应めん很广,しょ需的设备也相对便宜べんぎ非常ひじょう适合现场户外さく[17]操作そうさしゃただ接受せつじゅ少量しょうりょうてきつちかえ训便じゅく掌握しょうあく。焊接时间较慢,いん消耗しょうもうせいてき焊条电极必须经常さら换。焊接きさき还需ようきよしじょじょ焊剂形成けいせいてき焊渣[18]。此外,这一技术通常只用于焊接黑色こくしょく金属きんぞく,焊铸铁とう金属きんぞく时需よう使用しよう特殊とくしゅ焊条。缺乏けつぼう经验てき操作そうさしゃ往往おうおう难以掌握しょうあく特殊とくしゅ位置いちてき焊接。

熔化极气たい护电通常つうじょう包含ほうがんMIG(またたたえ金属きんぞく-惰性だせい气体焊)及MAG(またたたえ金属きんぞく-活性かっせい气体焊),一种半自动或自动的焊接工艺。它采よう焊条连续送丝作为电极,并用惰性だせいはん惰性だせいある活性かっせい气体,以及混合こんごう气体护焊てん手工しゅこう电弧焊相似そうじ操作そうさしゃややつちかえ训就のうじゅく掌握しょうあくよし于焊丝供应是连续てき,熔化极气たい护电焊和手工しゅこう电弧焊相のう获得さらだかてき焊接速度そくど。此外,いん其电しょう对手こう电弧焊较しょう,熔化极气たい护电焊更适合进行特殊とくしゅ位置いち焊接(如仰焊)。

かず手工しゅこう电弧焊相,熔化极气たい护电焊所需的设备よう复杂かずのぼる贵得あんそう过程也比较繁琐。よし此,熔化极气たい护电焊的便びん携性通用つうようせい并不このみ,而且よし于必须使用しよう护气たい,并不とく别适あい于户がいさく业。ただし,熔化极气たい护电焊的焊接速度そくど较快,非常ひじょう适合こう厂化だい规模焊接。这一工艺适用于多种金属,包括ほうかつ黑色こくしょく有色ゆうしょく金属きんぞく[19]

另一种相似的技术是药芯焊丝电弧焊えいFlux-cored arc welding,它使用しよう熔化极气たい护电相似そうじてき设备,ただしさいようつつめくつがえちゃく粉末ふんまつ材料ざいりょうてき钢质电极しんてき焊丝。标准てき实心焊丝しょう,这种焊丝さらのぼる贵,ざい焊接ちゅうかい产生けむり焊渣,ただし使用しよう它可以获どくさらだかてき焊接速度そくどさらだいてき焊深[20]

钨极气体护电あるしょう钨-惰性だせい气体(TIG焊)焊接(ゆう时误しょう为氦焊),一种手工焊接工艺。它采よう消耗しょうもうせいてき钨电极,惰性だせいあるはん惰性だせいてき护气たい,以及额外てき焊料。这种こう艺拥ゆう稳定てき电弧较高てき焊接质量,とく别适よう于焊せっいたりょうただし这一工艺对操作者的要求较高,焊接速度そくどしょう对较ひく

钨极气体护电焊几乎适よう所有しょゆうてき金属きんぞくさい常用じょうよう于焊せっ锈钢金属きんぞく。它往往用于焊せっ些对焊接质量要求ようきゅう较高てき产品,如自ぎょう车、飞机海上かいじょうさく业工[21]あずかこれ类似てきとう离子えいPlasma arc welding,它采よう钨电极和とう离子气体らい生成せいせい电弧。とう离子焊的电弧しょう对于钨极气体护电焊更集中しゅうちゅう使つかい对等离子焊的よここうひかえせい显得ゆう重要じゅうよういん此这一技术对机械系统的要求较高。よし于其电流较稳じょう,该方ほうあずか钨极气体护电焊相,焊深更しんこうだい,焊接速度そくどさらこころよ。它能够焊せっ钨极气体护电焊所のう焊接てき几乎所有しょゆう金属きんぞく唯一ゆいいつ不能ふのう焊接てき锈钢动焊せっとう离子焊的重要じゅうよう应用。该工艺的いち种变种是とう离子きりわり,适用于钢てききりわり[22]

うめ一种高效率的焊接工艺。うめてき电弧ざいじょ焊剂内部ないぶ生成せいせいてきゆかりじょ焊剂阻隔そかくりょうだい气的かげ响,焊接质量いん此得以大だいひさげますうめ焊的焊渣往往おうおうのう够自ぎょう脱落だつらく,无需きよし焊渣。うめ以通过采よう动送丝装置そうちらい实现动焊せっ,这样以获とく极高てき焊接速度そくどよし于电隐藏ざいじょ焊剂これ,几乎产生けむり雾,うめ焊的工作こうさく环境だいだいこう于其焊工艺。这一工艺常用于工业生产,ゆう其是ざいせいづくり大型おおがた产品压力容器ようき[23]。其他てき焊工艺包括ほうかつ原子げんし氢焊えいAtomic hydrogen welding碳弧焊えいCarbon arc welding电渣焊气电焊えいElectrogas weldingにしばしら焊接えいStud weldingひとし

使用しよう可燃かねん气焊せっ金属きんぞくけん

气焊

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さいつね见的气焊こう艺是可燃かねん气焊せっ,也称为氧おつ炔焰焊接。它是さい古老ころうさい通用つうようてき焊接こう艺之いちただし近年きんねんざいこう业生产中やめ经不见。它仍广泛よう于制づくり维修かんどう,也适よう于制づくりぼう些类がたてき金属きんぞく艺术ひん可燃かねん气焊せっ仅可以用于焊せっ铁或钢,还可よう于铜焊、钎焊、热金ぞく(以便弯曲成型せいけい)、气焰きりわりひとし

可燃かねん气焊せっしょ需的设备较简单,也相对便宜べんぎ一般いっぱんどおり氧气おつ混合こんごうもえ烧来产生温度おんど约为3100摄氏てき焰。よし为火焰相对电さら分散ぶんさん可燃かねん气焊せってき焊缝冷却れいきゃく速度そくど较慢,可能かのうかい导致さらだいてき应力残留ざんりゅう焊接变形,ただし这一特性简化了高合金钢的焊接。一种衍生的应用被称为气焰切割,そくよう气体焰来きりわり金属きんぞく[6]。其他てき气焊こう艺有そら气乙炔焊氧氢焊气压焊,它们てき主要しゅようざい使用しよう不同ふどうてき燃料ねんりょう气体。氢氧焊ゆう时用于小物品ぶっぴんてき精密せいみつ焊接,如珠たからくび饰。气焊也可よう于焊せっ塑料,一般采用加热空气来焊接塑料,其工作こうさく温度おんど焊接金属きんぞくようていとく

电阻焊

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电阻焊的原理げんり:两个ある金属きんぞく表面ひょうめん接触せっしょく时,接触せっしょくめんじょうかい产生接触せっしょく电阻。如果ざい这些金属きんぞく中通なかとおりにゅう较大てき电流(1,000—100,000やすつちかえ),すえこげみみ定律ていりつ接触せっしょく电阻だいてき部分ぶぶんかい发热,はた接触せっしょくてん附近ふきんてき金属きんぞく熔化形成けいせい熔池。一般いっぱんらい说,电阻焊是いち种高こう、无污しみてき焊接こう艺,ただし其应よういん为设备成ほんてき问题受到げんせい

てん焊机

てんえいSpot weldingあるしょう电阻てん焊,一种流行的电阻焊工艺,よう于连せっ叠压ざいいちおこりてき金属きんぞくばん金属きんぞくいたてきあつたび达3毫米。两个电极ざい固定こてい金属きんぞくいたてきどう时,还向金属きんぞくばん输送きょう电流。该方法的ほうてき优点包括ほうかつのうげん利用りよう效率こうりつ较高,こうけん变形しょう,焊接速度そくどかいえき于实现自动化焊接,而且无需焊料。よし于电阻点焊的焊缝强度きょうどあきら显较てい,这一工艺只适合于制造某些产品。它广泛应よう汽车せいづくり业,一辆普通汽车上由工业机器人进行的焊接点多达几千处。一种特殊的点焊工艺可用于不锈钢上。

あずかてん焊类てき一种焊接工艺称为缝焊えいSeam welding,它通过电极施てき压力电流らい拼接金属きんぞくばん。缝焊しょさいようてき电极轧辊がた而非てんがた,电极以滚动来输送金属きんぞくばん,这使とく缝焊のう够制づくり较长てき焊缝。ざい过去,这种こう艺被よう于制づくりえきひしげかんただし现在やめ经很しょう使用しよう。其他てき电阻焊工艺包括ほうかつ闪光焊えいFlash weldingとつえいprojection welding对焊えいUpset weldingひとし[24]

かた焊和軟焊

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かた焊(かた钎焊,Brazing)かず軟焊(软钎焊,Soldering)以熔てんてい於欲連接れんせつこうけん熔填ぶつはまたかし於兩こうけんあいだなみまち凝固ぎょうこはた二者接合起來的一種接合法。ところ使用しようてき熔填ぶつ點在てんざい427℃(800℉)以下いかしゃしょうため軟焊,焊接金屬きんぞくざい427℃(800℉)以上いじょうしゃしょうためかた焊。通常つうじょうまたつね以熔填ぶつ做為焊接方式ほうしき名稱めいしょう常用じょうようてきかた焊如どう焊,軟銲そく常用じょうようすず焊、なまり銲。

のうりょうたば焊接

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のうげんたば焊接こう包括ほうかつげきこう焊接电子たば焊接。它们しょう对较しんてきこう艺,在高ありだか科技かぎせいづくり业中很受欢迎。这两种工艺的原理げんり相近すけちかさい显著てき别在于它们的のうりょうらいげんげきこう焊接ほうさいようてき高度こうど集中しゅうちゅうてきげきこうたばね,而电たば焊接ほう使用しようざい空室くうしつちゅう发射てき电子たばよし于两种能りょうたば具有ぐゆう很高てきのうりょう密度みつどのうりょうたば焊接てき熔深很大,而焊てん很小。这两种焊せっこう艺的工作こうさく速度そくど很快,很容易ようい实现动化,なま产效りつ极高。主要しゅよう缺点けってん设备成本なりもと极其のぼる贵(虽然价格いちちょくざい下降かこう),焊缝容易ようい发生热裂。ざい这个领域てきしん发展げきこう复合焊えいLaser-hybrid welding,它结あいりょうげきこう焊接电弧焊的优点,いん此能够获とく质量さらだかてき焊缝[25]

かた态焊せっ

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最早もはやてき焊接こう锻焊类似てき,一些现代焊接工艺也无需将材料熔化来形成连接。其中さい流行りゅうこうてきちょうこえ焊接,它通过施だか频声压力らい连接金属きんぞく热塑塑料せいなりてきいたりょう线。ちょうこえ焊接てき设备原理げんり都和つわ电阻焊类似,ただ输入てき电流而是だか频振动。这一焊接工艺焊接金属时不会将金属加热到熔化,焊缝てき形成けいせい赖的水平すいへい动和压力。焊接塑料てき时候,则应该在熔融ようゆう温度おんどほどこせ垂直すいちょく方向ほうこうてき动。ちょうこえ焊接常用じょうよう于制づくりある质地てき电气せっこう,也多见于焊接复合材料ざいりょう

另一种较常见固态焊接工艺是ばく炸焊,它的原理げんり使材料ざいりょうざいばく炸产せいてき高温こうおんだか压作よう形成けいせい连接。ばく炸产せいてき冲击使とく材料ざいりょうたん时间内表うちおもて现出可塑かそせい,从而形成けいせい焊点,这一过程中只产生很少量的热量。这一工艺通常用于连接不同材料的焊接,如在船体せんたいある复合ばんじょう连接铝制けん。其他かた态焊せっこう包括ほうかつ挤压焊(Co-extrusion welding)、ひや扩散焊摩擦まさつえいFriction welding包括ほうかつ搅拌摩擦まさつ)、EMPT焊接えいMagnetic pulse weldingこう频焊(High frequency welding)、热压焊(Hot pressure welding)、かん应焊えいInduction welding热轧焊 (Roll welding)[26]

EMPT焊接

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电磁脉冲わざ术(EMPT)-- 一种创新的焊接方式

电磁脉冲わざ术(EMPT)以在相互そうご接触せっしょくてきじょう况下对金属きんぞく进行连接、焊接、成形せいけいきりわり。EMPT利用りよう电磁かん应圈,从一个脉冲发生器中产生出短暂而非常强的电流。かん应圈产生てき电磁场,以瞬间压缩或しゃ膨胀而改变管ざいてき直径ちょっけいよし于管ざい表面ひょうめん以短暂带涡电りゅういん而此わざ术同样可以处ぼつゆう磁性じせいてき金属きんぞく,如铝。

电磁脉冲わざ术(EMPT)以对金属きんぞく进行连接、焊接、成形せいけいきりわりゆう其适あい于导电性强的ごうてき金属きんぞくかんざい,如铝、铜、钢等。どう样可以压缩或しゃ膨胀对称てきよこ截面,すえ需要じゅよう进行つくえ密封みっぷうかたあい焊接、ある简单てき形状けいじょうあらため变。よし于其速度そくど非常ひじょうかいいん此产生出おいでてきかたあい焊接てきほろ观结构可以接近せっきん于爆炸焊せっあるものばく炸包くつがえ

很多情況じょうきょう需要じゅよう使用しようかたあい焊接,也被しょうため原子げんし結合けつごういんためざい原子げんしのうきゅうじょう進行しんこうてき連接れんせつ。其方ほうばく炸焊せっ相似そうじみやこただし在高ありだかあつ作用さよう兩個りゃんこじゅん金屬きんぞくこうけんてき原子げんし相互そうご擠壓,ちょくいた發生はっせい電子でんし轉移てんい形成けいせいいちしんてき金屬きんぞく混合こんごうぶつしか而EMPT操作そうさ溫度おんどかいますだかそくぼつゆう受到高溫こうおん影響えいきょうてき區域くいきいん而微かん結構けっこう也就かい發生はっせい改變かいへん。EMPT焊接もたれこうけんあいだてきVがたせっこうそくりょうこうけん連接れんせつはしごとさき做成圓錐えんすいがた

こうけん相互そうごあいだ進行しんこうたぎどうしき”擠壓接觸せっしょく。如果產品さんぴんたい密封みっぷうせいある傳導でんどうせいゆう特殊とくしゅ要求ようきゅう,EMPT焊接てき優勢ゆうせいそくさら突出とっしゅつざいVかたちはしさんせいてき接觸せっしょく擠壓りょく範圍はんいやくため1000N/mm²,なみばんゆう巨大きょだいてき張力ちょうりょく。這基本上ほんかん發生はっせいざい兩個りゃんここうけんてき接觸せっしょく區域くいき前面ぜんめんてき十幾微米的接觸點之間。表層ひょうそうてき塑性そせい變形へんけいしるべ兩個りゃんこ接觸せっしょくたいてき氧化そう發生はっせい破裂はれついん發生はっせいあずかばく炸焊せっしょう類似るいじてき波浪はろうじょうほろかん結構けっこう有限ゆうげんもと分析ぶんせき表明ひょうめい塑性そせい變形へんけい速度そくど超過ちょうか聲音こわねざい空氣くうきちゅう傳播でんぱ速度そくど,而遠とおてい於聲おんざい金屬きんぞくちゅう傳播でんぱ速度そくどこうけんあいだてき空氣くうきそう壓縮あっしゅく加速かそくこういただきはしかく擠壓,ゆかり此產せいてき噴射ふんしゃ氣體きたいしょう連接れんせつ區域くいきてき碎屑及氧粒子りゅうしとう吹走。

EMPT焊接てきゆう點在てんざい結合けつごう強度きょうどだいいんため結合けつごうりょく相當そうとう於要はたこうけん熔化てきりょく。另外,EMPT焊接以用ざい不同ふどう金屬きんぞく材料ざいりょうじょう類似るいじ”氦密封みっぷう連接れんせつ,而不さんせいだか熱量ねつりょう通常つうじょうなん焊的不銹鋼ふしゅうこう材料ざいりょう也可以使用しようEMPT焊接,甚至以大批量焊接不同ふどうてき金屬きんぞく,如鋼鋁、はがね和銅わどう、以及どう鋁等。[27] [28]

せっ头形しき

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五种基本接头类型分别是:对接せっ头、搭接せっ头、かくせっせっ头、はしせっせっ头、Tかたちせっ[29]通常つうじょうじょう况下,ぼう些焊せっこう不能ふのうある几乎完全かんぜん不能ふのう加工かこうぼう些类がたてきせっ头。れい如,电阻てん焊、げきこう焊和电子たば焊时常常つねづねさいよう搭接せっ头。しか而,一些焊接工艺,如手こう电弧焊,几乎以采ようにんなんせっ头类がた。值得いちひさげてきゆう些焊せっこう艺允许进ぎょう焊接:ざい一次焊接的焊缝冷却之后,ざい其基础上さいいち。这样就能够以Vかたち对接せっ头来焊接较厚てきこうけん[30]

焊件てきまち焊部加工かこうなりてき具有ぐゆう一定几何形状的沟槽称为坡口。开坡こうてき目的もくてき为了证焊缝根焊透,便びん于清じょ熔渣,获得较好てき焊缝成形せいけい证焊せっ质量连接强度きょうどどう时调せい基本きほん金属きんぞくあずかはまたかし金属きんぞく比例ひれいれい如双Vかたち对接せい备接头,它的とくてんこれ两个まち连接てき材料ざいりょう切屑きりくずなりVがたとんが角形かくがたじょう。单UがたそうUがた对接せい备接头也很常见,它们てきせっ头被加工かこうなりきょく线状てきUかたちVかたちせっ头的ちょく线型不同ふどう,搭接せっ头可以用らい连接两件以上いじょうてき材料ざいりょう,这取决于焊接こう艺和材料ざいりょうてきあつたび,一个搭接接头可以焊接多个工件[29]

坡口形状けいじょう
一个焊接接头的横截面,颜色最深さいしんてき部分ぶぶん焊接あるしょう熔化,较浅てき部分ぶぶん热影响区,颜色さいあさてき部分ぶぶんははざい
坡口形状けいじょう选择[31]
坡口/せっ头种类 英文えいぶん ははりょうあつ t 备注
Iかたち坡口 Square ≤15mm 必要ひつよう时加衬垫
单边Vかたち坡口 Single-bevel 3<t≤10 mm
Kかたち坡口 Double-bevel >10 mm
Vかたち坡口 Single-V 3<t≤12 mm
そうVかたち坡口 Double-V >10 mm
Jかたち坡口 Single-J >16 mm
そうJかたち坡口 Double-J > 30 mm
Uかたち坡口 Single-U >12 mm
そうUかたち坡口 Double-U ≥ 30 mm
まき边坡こう Flange ≤2 mm
Tかたちせっ Tee ≤100 mm
Flare groove All thickness

焊接结束きさき,焊缝附近ふきんてき材料ざいりょう显示几个别明显的区域くいき。焊缝しょう为熔さら具体ぐたい说就じょ焊剂融きさきはまたかしてき区域くいき,熔化てき材料ざいりょう特性とくせい主要しゅよう决于しょ使用しようてきじょ焊剂,以及じょ焊剂ははざいてきけんようせい。熔化しゅう围的热影响区えいHeat-affected zone,该区域くいきてき材料ざいりょうざい焊接过程ちゅう产生りょうほろ观结构和特性とくせいじょうてき变化,这些变化决于ははざいざい受热じょう态下てき特性とくせい。热影响区てき金属きんぞく性能せいのう往往おうおう如母ざい熔化残余ざんよ应力分布ぶんぷざい这一区域くいき[32]

焊接质量

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衡量焊接质量てき主要しゅようゆび标是焊点及其しゅう边材りょうてき强度きょうどかげ强度きょうどてきいんもと很多,包括ほうかつ焊接こう艺、のう量的りょうてき注入ちゅうにゅう形式けいしきははざいはまたかし材料ざいりょうじょ焊剂、せっ头设计形しき,以及上述じょうじゅついんもと间的相互そうご作用さよう通常つうじょうさいようゆう损或无损检测らい检查焊接质量,检测てき主要しゅよう对象焊点てき缺陷けっかん残余ざんよ应力变形てき程度ていど、热影响区てきせい质。焊接检测ゆう一整套规范和标准,らいゆび导操作者さくしゃさいよう适当てき焊接こう艺并判断はんだん焊接质量。

热影响区

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图中蓝色部分ぶぶん显示りょうざい600°C左右さゆうてき焊接过程ちゅう造成ぞうせいてき金属きんぞく氧化。つう过颜しょくらい判断はんだん焊接时的温度おんど很准确的,ただし颜色区域くいき代表だいひょう热影响区てき大小だいしょう真正しんせいてき热影响区实际じょう焊缝しゅう围很窄小てき区域くいき

焊接こう艺对焊缝附近ふきんてき金属きんぞく特性とくせいてきかげ响是以标じょうてき不同ふどう焊接材料ざいりょう焊接こう艺会形成けいせい大小だいしょう不一ふいつ特性とくせいかく异的热影响区。ははざいてき热扩散けいすう对热かげ响区てきせい质有很大てきかげ响:较大てき热扩散けいすう使つかいとく材料ざいりょうのう以较かい速度そくど冷却れいきゃく形成けいせいしょう对较しょうてき热影响区。あずかこれ相反あいはんてき,如果材料ざいりょうてき热扩散けいすう较小,热困难,热影响区しょう对就较大。焊接こう艺的热能输入りょう对热かげ响区也有やゆう显著てきかげ响,如氧おつ炔焊せっちゅうゆかり于热りょう集中しゅうちゅう输入てきかい形成けいせい较大てき热影响区。而诸如激こう焊接这样てきこう艺,のう够把有限ゆうげんてき热量集中しゅうちゅう输出,しょ造成ぞうせいてき热影响区较小。焊所造成ぞうせいてき热影响区则位于两种极はしじょう况之间,操作そうさしゃ水平すいへい往往おうおう决定りょう焊热かげ响区てき大小だいしょう[33][34]

计算焊的热输いれりょう以采よう以下いかてき公式こうしき

しきちゅうQ为热输入りょうkJ/mm),V为电压(V),I为电りゅうA),S为焊せっ速度そくど(mm/min)。Efficiency(效率こうりつてき值取决于しょさいようてき焊接こう艺:手工しゅこう电弧焊为0.75,气体金属きんぞく电弧焊和うめ焊为0.9,钨极气体护电焊为0.8[35]

扭曲だんきれ

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よし于焊せっ金属きんぞく热到熔化温度おんど,它们ざい冷却れいきゃく时会产生おさむ缩。おさむ缩会产生残余ざんよ应力,并造成ぞうせい纵向圆周方向ほうこうてき扭曲。扭曲可能かのう导致产品形状けいじょうてきしつひかえ。为了しょうじょ扭曲,ゆう时焊せっ时会引入一定いっていてきへんうつりりょう,以抵しょう冷却れいきゃく造成ぞうせいてき扭曲[36]きりせい扭曲てき其他方法ほうほう包括ほうかつはたこうけん夹紧,ただし这样可能かのう导致热影响区残余ざんよ应力てき增大ぞうだい残余ざんよ应力かいくだていははざいてきつくえ性能せいのう形成けいせい灾难せいてきひやきれだい二次世界大战期间建造的多艘自由じゆう就出现过这种问题[37][38]ひやきれ纹仅见于钢材りょう,它与钢冷却时形成けいせい马氏たいゆう关,だんきれ发生ざいははざいてき热影响区。为了减少扭曲残余ざんよ应力,应该ひかえせい焊接てき热输いれりょう,单个材料ざいりょうじょうてき焊接应该いち完工かんこう,而不ぶんつぎ进行。

其他类型てききれ纹,如热裂纹硬化こうかきれざい所有しょゆう金属きんぞくてき焊接熔化可能かのう现。为了减少きれ纹的现,金属きんぞく焊接时不应施外力がいりょく约束,并采よう适当てきじょ焊剂[39]

焊性

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焊接てき质量还取决于しょさいようてきははざいやわはまたかし材料ざいりょう。并非所有しょゆうてき金属きんぞくのう焊接,不同ふどうてきははざい需要じゅよう搭配特定とくていてきじょ焊剂。

钢铁

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不同ふどう钢铁材料ざいりょうてき焊性あずか本身ほんみてき硬化こうか特性とくせいなりはん硬化こうか特性とくせいゆびてき钢铁焊接きさき冷却れいきゃく间产せい马氏たいてき能力のうりょく。钢铁てき硬化こうか特性とくせい决于它的化学かがく成分せいぶん,如果一块钢材料含有较高比例的かず其他合金ごうきん元素げんそ,它的硬化こうか特性とくせいゆび标就较高,いん此可焊性しょう对较ひくよう较不どう合金ごうきん钢的焊性,以采よう以一种名为とうりょう碳含りょうてき方法ほうほう,它可以反映はんえい不同ふどう合金ごうきん钢相对于普通ふつう碳钢てき焊性。れい如,对可焊性てきかげ响要こう,而以じょう合金ごうきん元素げんそてきかげ因子いんしみやこかなめしょう合金ごうきん钢的とうりょう碳含りょう越高こしたか,其可焊性就越ひく。如果为了取得しゅとく较高てき焊性而采よう普通ふつう碳钢てい合金ごうきん钢的话,产品てき强度きょうど就相对较てい——焊性产品强度きょうど存在そんざい微妙びみょうてき权衡关系。1970年代ねんだい开发てきだか强度きょうどてい合金ごうきん钢则克服こくふくりょう强度きょうど焊性间的矛盾むじゅん,这些合金ごうきん钢在拥有だか强度きょうどてきどう时也ゆう很好てき焊性,使つかいとく它们なり为焊せっ应用てき理想りそう材料ざいりょう[40]

よし锈钢含有がんゆう较高比例ひれいてき所以ゆえん对它てき焊性てき分析ぶんせき不同ふどう于其钢材。锈钢ちゅうてきおくたい具有ぐゆう较好てき焊性,ただしおくたいいん其较だかてき热膨胀系すう而对扭曲じゅうふん敏感びんかん。一些奥氏体不锈钢合金容易断裂,いん此降ていりょう它们てきこうくさ性能せいのう。如果ざい焊接ちゅう不注意ふちゅういひかえせい铁素たいてき生成せいせい,就可能かのう导致热断きれ。为了解りょうかい决这个问题,以采よう一只额外的电极头,ようらい沉积一种含有少量铁素体的焊缝金属。铁素たい锈钢马氏たい锈钢てき焊性也不このみざい焊接ちゅう必须よう预热,并用特殊とくしゅ焊接电极らい焊接[41]

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铝合きんてき焊性ずい其所含合きん元素げんそてき不同ふどう变化很大。铝合きん对热だんきれてき敏感びんかん很高,いん此在焊接时通常つうじょうさいようだか焊接速度そくどてい热输いれてき方法ほうほう。预热以降いこうてい焊接区域くいきてき温度おんどはしご,从而减少热断きれただし预热也会くだていははざいてきつくえ性能せいのう,并且不能ふのうざいははざい固定こてい时施さいよう适当てきせっ头形しきけんようせいさらこのみてきはまたかし合金ごうきんのう减少热断きれてき现。铝合きんざい焊接ぜん应清表面ひょうめん除去じょきょ氧化ぶつあぶら污和まつてき杂质。表面ひょうめんきよし是非ぜひつね重要じゅうようてきいん为铝合金ごうきん焊接时,过多てきかい造成ぞうせい泡沫うたかた,过多てき氧会形成けいせい浮渣[42]

极端环境てき焊接

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水下みぞおち焊接

じょりょうざいこう厂和修理しゅうりてん这样てきひかえせい环境工作こうさくがい,一些焊接工艺还可以在多种环境下进行,如户がい水下みぞおち真空しんくう(如太そら)。ざい户外さく业,如建筑建设和修理しゅうり工作こうさくちゅうつねさいよう手工しゅこう电弧焊。需要じゅよう护气たいてき焊接こう通常つうじょう不能ふのうざい户外进行,いん为空气的无序りゅう动会导致焊接しつ败。手工しゅこう电弧焊还可用かよう于水焊接,如焊せっ船体せんたい水下みぞおちかんどう海上かいじょうさく业平だいとう水下みぞおち焊接较常用じょうようてきこう艺还ゆう药芯焊丝电弧焊等。ざいふとし空中くうちゅう进行焊接也是ぎょうてき:1969ねん苏联宇航员だい一次在真空环境下试验了手工电弧焊、とう离子焊和电子たば焊接。ざい以后てきじゅうねんちゅうふとしそら焊接わざ术得いたりょう很大てき发展。こんてん研究けんきゅうしゃ们仍ざい尝试はた不同ふどうてき焊接わざ术转うつりいた空中くうちゅう进行,如激こう焊接、电阻焊和摩擦まさつ焊等。这些焊接わざ术在くに际空间站てきけん设中おこりりょう很大てき作用さようとおる真空しんくう焊接わざ术,在地ざいちめん搭建このみてきそら间站块得以在ふとし空中くうちゅう组装成型せいけい[43]

护措ほどこせ

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焊工穿ほじちゃくぼう护头盔、手套しゅとうぼう护服进行操作そうさ

ざい缺乏けつぼう护的じょう况下进行焊接さく业是十分危险而且有害健康的。つう过采ようしんわざ和合わごう适的护措ほどこせ,焊接时发せい事故じこ死亡しぼうてき危险以大だいくだてい常用じょうようてき焊接わざ术往往采よう开放しき电弧ある焰,很容易ようい造成ぞうせい烧伤さわでん。焊工どおり过加穿ほじ个人ぼう护设备,如橡胶手套しゅとう、长袖ぼう护夹かつとうらい避免人体じんたい暴露ばくろ在高ありだか温和おんわ焰下。じょ此之がい,焊接区域くいきてき强烈きょうれつこう照会しょうかい造成ぞうせい电光せいえんこれ类的疾病しっぺいいん为焊せっ时产せいてき大量たいりょうむらさきがい线かい刺激しげき并破坏角膜かくまく视网まくざい进行焊时,必须佩带眼睛がんせいてき护目镜あるぼう护头盔。きん年来ねんらい开发てき新型しんがたぼう护头盔,以随入射にゅうしゃむらさきがい线的强度きょうどあらため变护镜片てきとおる光度こうど。为了护焊こう外接がいせつきん焊接现场てきじん,焊接工作こうさく现场往往おうおうもちいはん透明とうめいてき护幕围起らい。这些护幕通常つうじょう聚氯おつ烯制なりてき塑料まくぬののう够保护附近ふきんてき无关じん员免受电产生てきだか强度きょうどむらさきがい线的照射しょうしゃただし护幕不能ふのう完全かんぜん代替だいたい护目镜和头盔[44]

焊工还会受到危险气体飞溅材料ざいりょうてき胁。诸如药芯焊丝电弧焊和手工しゅこう电弧焊这样的焊接こう艺会产生含有がんゆう氧化ぶつてきけむり雾,可能かのうかい造成ぞうせい金属きんぞくけむりこれ类的职业びょう。焊接けむり雾中てきしょう颗粒也会かげ响工人的じんてき健康けんこう,颗粒てき尺寸しゃくすんえつしょう危害きがいえつだい。另外,很多てき焊接こう艺会产生有害ゆうがい气体けむり气,つね见的如氧化碳においかず重金属じゅうきんぞく氧化ぶつ。这些气体对没ゆう经验有效ゆうこうどおり风措ほどこせてき操作そうさじん危害きがい很大。值得注意ちゅういてき还有,很多焊接こう艺所さいようてき护气たい原材料げんざいりょうえきもええきばくてき需要じゅようさいよう适当てきぼう护措ほどこせ,如控せいそら气中氧气てき含量、はたえきもええきばく材料ざいりょうぶん开堆ひとし[45]。焊接はいけむり设备常用じょうようらい抽散有害ゆうがい气体,并通过高效率こうりつゆうへだたいたそら气过滤器らい过滤。

经济せい发展趋势

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焊接てき经济成本なりもとただし其工业应ようてき重要じゅうようかげ响因もとかげ响焊せっ成本なりもとてきいんもと很多,如设备、人力じんりき原材料げんざいりょうのうりょう成本なりもととう。焊接设备てき成本なりもと对不同工どうこう艺来说变很大,手工しゅこう电弧焊和可燃かねん气焊せっしょう对成ほん低廉ていれんげきこう焊接电子たば焊接则成ほん较高。よし于某些焊せっこう艺的成本なりもとこうのぼる,一般只用于制造重要的部件。动焊せっ设备焊接つくえ人的じんてき设备成本なりもと也很だかいん此它们的使用しよう也受到しょう应的げんせい人力じんりき成本なりもと决于焊接てき速度そくどまいしょう时工资和总工作こうさく时间(包括ほうかつ焊接きさき续处)。原材料げんざいりょう成本なりもと包括ほうかつ购置ははざい、焊缝填たかし材料ざいりょう护气たいてき费用。のうりょう成本なりもと则取决于电弧工作こうさく时间焊接てきのうりょう需求。

对于手工しゅこう焊接らい说,人力じんりき成本なりもと往往おうおううらない总成ほんてき很大いち部分ぶぶんよし此,手工しゅこう焊接成本なりもとてきくだてい往往おうおう着眼ちゃくがん于减しょう焊接操作そうさてき时间,有效ゆうこうてき方法ほうほう包括ほうかつひさげだか焊接速度そくど、优化焊接さんすうとう。焊接きさきてきじょ渣也一件费时费力的工作。よし此,减少焊渣のう够提だか安全あんぜんせい、环保せい,并降てい成本なりもとひさげだか焊接质量[46]つくえ械化动化さく业也のう有效ゆうこうくだてい人力じんりき成本なりもとただし另一方面增加了设备成本,还需よう额外てき设备あんそう调试时间。とう产品ゆう特殊とくしゅ需求时,原材料げんざいりょう成本なりもと往往おうおうずいみず涨船だか。而能りょう成本なりもと通常つうじょう重要じゅうようてきいん为它一般只占总成本的几个百分点[47]

きん年来ねんらい为了减少だかはし产品ちゅう焊接てき人力じんりき成本なりもとこう业生产中てき电阻てん焊和焊大りょうさいよう动焊せっ设备(ゆう其是汽车こう业)。焊接つくえじんのう有效ゆうこう完成かんせい焊接,ゆう其是てん焊。ずいわざ术的进步,焊接つくえじん也开はじめよう于弧焊。焊接わざ术的ぜん沿发てん领域包括ほうかつ:异型材料ざいりょう间的焊接(如铁铝部けんてき焊接连接)、新型しんがた焊接こう艺,如搅拌摩擦まさつ焊、磁力じりょく脉冲焊えいmagnetic pulse welding导热缝焊えいconductive heat seam weldingげきこう复合焊えいlaser-hybrid weldingひとし。其他研究けんきゅう集中しゅうちゅう于扩てん现有焊接こう艺的应用范围,如将げきこう焊接应用于航空こうくう汽车こう业。研究けんきゅうしゃ们还希望きぼう进一步提高焊接质量,ゆう其是ひかえせい焊缝てきほろ观结构和残余ざんよ应力,以减しょう焊缝てき变形だんきれ[48]

まいり

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参考さんこう资料

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资料らいげん

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参考さんこう书目

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外部がいぶ链接

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