先進(jìn)成形與智能技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1目錄CONTENTS第1章緒論第2章鑄造成形技術(shù)第3章鍛壓成形技術(shù)第4章軋制成形技術(shù)第5章焊接成形技術(shù)第6章特種加工及增材制造技術(shù)第7章智能檢測(cè)技術(shù)第8章金屬成形過(guò)程智能控制技術(shù)第9章成形過(guò)程模擬仿真技術(shù)第10章數(shù)字孿生技術(shù)2第5章焊接成形技術(shù)5.5焊接技術(shù)的新進(jìn)展戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造3焊接，作為一種應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛的技術(shù)和工藝。它不像汽車(chē)、船舶、飛機(jī)、機(jī)械制造等行業(yè)那樣會(huì)在終端工序上產(chǎn)生出一種能夠望文生義、有形有樣的產(chǎn)品，但卻能覆蓋和滲透到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面。我國(guó)的焊接專(zhuān)業(yè)，有中專(zhuān)、職高，也有本科、碩士、博士學(xué)位。2021版高職專(zhuān)業(yè)目錄中「焊接技術(shù)與自動(dòng)化」專(zhuān)業(yè)，已被更名為「智能焊接技術(shù)」。是一門(mén)縱向跨越中專(zhuān)到博士、橫向跨越材料與機(jī)械的特色交叉學(xué)科。即看齊藍(lán)翔學(xué)技術(shù)，又看齊清華搞學(xué)術(shù)。2022年6月，我國(guó)第三艘航母福建艦下海。其艦身每一條焊縫都是經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)檢測(cè)，每條焊縫都對(duì)應(yīng)到具體責(zé)任人。從中國(guó)第一臺(tái)萬(wàn)噸水壓機(jī)，到中國(guó)高鐵的無(wú)縫鋼軌，從航空母艦的飛行甲板，到載人宇宙飛船的密封艙。今天大國(guó)重器的榮光，是由焊接院士、焊接博士，和更多車(chē)間中的藍(lán)領(lǐng)焊接技術(shù)工人，共同構(gòu)筑起來(lái)的。中國(guó)焊接，正不斷高精尖，日漸高大上。第5章焊接成形技術(shù)5.5焊接技術(shù)的新進(jìn)展戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造5.5.1熔焊工藝新技術(shù)5.5.2計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)5.5.3焊接機(jī)器人和智能化5.5.4極端條件下焊接技術(shù)4工業(yè)和信息化部發(fā)布的《“十四五”智能制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確提出發(fā)展智能焊接機(jī)器人。不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在役工業(yè)機(jī)器人中約有一半被運(yùn)用于汽車(chē)制造領(lǐng)域，而在這些工業(yè)機(jī)器人中，又有超過(guò)一半為焊接機(jī)器人。2022年，全球焊接機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到626.35億，中國(guó)焊接機(jī)器人市場(chǎng)在全球占比39.66%?！?022-2027年中國(guó)焊接工具行業(yè)市場(chǎng)全景調(diào)研與發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》預(yù)計(jì)2023-2027年間，全球焊接機(jī)器人市場(chǎng)將以9%的復(fù)合增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，2027年全球焊接機(jī)器人總體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到1078億元。第5章焊接成形技術(shù)5.5.1熔焊工藝新技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造5真空電弧焊接真空電弧焊接技術(shù)是可以對(duì)不銹鋼、鈦合金和高溫合金等金屬進(jìn)行熔化焊及對(duì)小試件進(jìn)行快速高效的局部加熱釬焊的最新技術(shù)。該技術(shù)由俄羅斯發(fā)明，并迅速應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的焊接中。使用真空電弧進(jìn)行渦輪葉片的修復(fù)、鈦合金氣瓶的焊接，可以有效地解決材料氧化、軟化、熱裂、抗氧化性能降低等問(wèn)題。窄間隙熔化極氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)該技術(shù)具有比其他窄間隙焊接工藝更多的優(yōu)勢(shì)，在任意位置都能得到高質(zhì)量的焊縫，且具有節(jié)能、焊接成本低、生產(chǎn)效率高、適用范圍廣等特點(diǎn)。利用表面張力過(guò)渡技術(shù)進(jìn)行熔化極氣體保護(hù)電弧焊表明，該技術(shù)必將進(jìn)一步促進(jìn)熔化極氣體保護(hù)電弧焊在窄間隙焊接的應(yīng)用。第5章焊接成形技術(shù)5.5.1熔焊工藝新技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造6激光填料焊接激光填料焊接是指在焊縫中預(yù)先填入特定焊接材料后用激光照射熔化或在激光照射的同時(shí)填入焊接材料以形成焊接接頭的方法。廣義的激光填料焊接應(yīng)該包括兩類(lèi)：激光對(duì)焊與激光熔覆，其中激光熔覆是利用激光在工件表面熔覆一層金屬、陶瓷或其他材料，以改善材料表面性能的一種工藝。激光填料焊接技術(shù)主要應(yīng)用于異種材料焊接、有色及特種材料焊接和大型結(jié)構(gòu)鋼件焊接等激光直接對(duì)焊不能勝任的領(lǐng)域。新型技術(shù)有：高速焊接技術(shù)激光-電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)雙絲及多絲電弧焊接技術(shù)冷金屬過(guò)渡焊接技術(shù)第5章焊接成形技術(shù)5.5.1熔焊工藝新技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造7焊接增材制造技術(shù)金屬構(gòu)件增材制造(3D打印)的技術(shù)基礎(chǔ)是焊接/連接。關(guān)橋院士提出了“廣義”和“狹義”增材制造的概念，“狹義”的增材制造是指不同的能量源與CAD/CAM技術(shù)結(jié)合、分層累加材料的技術(shù)體系；而“廣義”增材制造則以材料累加為基本特征，以直接制造零件為目標(biāo)的大范疇技術(shù)群。通過(guò)"廣義增材制造"的概念，更是把其他類(lèi)型能源用于增材制造也涵蓋其中，擴(kuò)大了熱源范圍，有利于增材制造產(chǎn)業(yè)面的擴(kuò)展，如氬弧堆焊成形、焊接修復(fù)、等離子噴涂成形、冷噴涂成形、線(xiàn)性摩擦焊塊體組焊成形等。廣義增材制造的技術(shù)內(nèi)涵及分類(lèi)第5章焊接成形技術(shù)5.5.2計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造8焊接熱過(guò)程的數(shù)值模擬焊縫金屬凝固和焊接接頭相變過(guò)程的數(shù)值模擬焊接應(yīng)力和應(yīng)變發(fā)展過(guò)程的數(shù)值模擬非均質(zhì)焊接接頭的數(shù)值模擬焊接熔池形狀和尺寸的數(shù)值模擬焊接過(guò)程的物理模擬第5章焊接成形技術(shù)5.5.3焊接機(jī)器人和智能化戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化的革命性進(jìn)步，突破了焊接剛性自動(dòng)化傳統(tǒng)方式，開(kāi)拓了一種柔性自動(dòng)化新方式。焊接機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性；提高生產(chǎn)率，可24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)；可在有害環(huán)境下長(zhǎng)期工作，改善了工人勞動(dòng)條件；降低對(duì)工人操作技術(shù)要求；可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動(dòng)化；為焊接柔性生產(chǎn)線(xiàn)提供技術(shù)基礎(chǔ)?？v觀(guān)國(guó)內(nèi)焊接自動(dòng)化、智能化的發(fā)展歷程，研究人員針對(duì)焊接過(guò)程復(fù)雜、多變性，開(kāi)發(fā)出系列多源焊接傳感器，收集焊前、焊接過(guò)程中數(shù)據(jù)，提取傳感數(shù)據(jù)的特征信息，建立特征信息與焊接接頭質(zhì)量之間的關(guān)系，并應(yīng)用一些控制策略保證焊接質(zhì)量。圖5-48點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)圖5-49以運(yùn)載火箭貯箱為例的焊機(jī)器人智能化焊接總體實(shí)現(xiàn)效果第5章焊接成形技術(shù)5.5.4極端條件下焊接技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造10隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，越來(lái)越多的極端條件對(duì)焊接技術(shù)提出了更苛刻的要求。如環(huán)境溫度、腐蝕環(huán)境、磨損情況、真空環(huán)境變化對(duì)焊接結(jié)構(gòu)在這些極端環(huán)境下的綜合性能要求，分別對(duì)焊接材料結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估和焊接新技術(shù)開(kāi)發(fā)提出了新的挑戰(zhàn)和要求。環(huán)境溫度會(huì)顯著改變焊接結(jié)構(gòu)的性能與使用壽命。新評(píng)價(jià)體系和模型建立。極端條件下焊接包括在極端環(huán)境中焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)。圖5-48點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)圖5-49以運(yùn)載火箭貯箱為例的焊機(jī)器人智能化焊接總體實(shí)現(xiàn)效果第5章焊接成形技術(shù)思考題戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造111.焊接的實(shí)質(zhì)是什么？熔焊、壓焊、釬焊有哪些區(qū)別？2.焊接冶金過(guò)程的特點(diǎn)是什么？焊條的藥皮在冶金過(guò)程中起何作用？3.熔焊接頭包括哪幾部分？何謂焊接熱影響區(qū)？從焊接方法和工藝上考慮，能否減少或消除焊接熱影響區(qū)？4.產(chǎn)生焊接裂紋、焊接應(yīng)力和變形的原因是什么？如何防止和矯正焊接變形？5.焊條藥皮有何功用？按藥皮性質(zhì)的不同，焊條可分為哪幾種類(lèi)型？6.何謂酸性焊條？何謂堿性焊條？二者差異何在？焊接時(shí)應(yīng)怎樣選用？7.等離子弧焊、激光焊和電子束焊各有哪幾種常用的方法？8.試比較常用的壓力焊方法的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。9.試說(shuō)明點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊、摩擦焊的焊接過(guò)程特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。10.釬焊與熔焊的實(shí)質(zhì)有何差別？釬焊的主要適用范圍有哪些？第5章焊接成形技術(shù)思考題戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教