焊接技術焊接是一個局部的迅速加熱和冷卻過程,焊接區由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮,冷卻后在焊件中便產生焊接應力和變形。重要產品焊后都需要消除焊接應力,矯正焊接變形。
現代焊接技術已能焊出無內外缺陷的、機械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭,接頭處的強度除受焊縫質量影響外,還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關。接頭的基本形式有對接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。
對接接頭焊縫的橫截面形狀,決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時,為了焊透而在接邊處開出各種形狀的坡口,以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時,除保證焊透外還應考慮施焊方便,填充金屬量少,焊接變形小和坡口加工費用低等因素。
厚度不同的兩塊鋼板對接時,為避免截面急劇變化引起嚴重的應力集中,常把較厚的板邊逐漸削薄,達到兩接邊處等厚。對接接頭的靜強度和疲勞強度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯接,常優先采用對接接頭的焊接。
搭接接頭的焊前準備工作簡單,裝配方便,焊接變形和殘余應力較小,因而在工地安裝接頭和不重要的結構上時常采用。一般來說,搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質、高溫或低溫等條件下工作。
采用丁字接頭和角接頭通常是由于結構上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點與搭接接頭的角焊縫相似。當焊縫與外力方向垂直時便成為正面角焊縫,這時焊縫表面形狀會引起不同程度的應力集中;焊透的角焊縫受力情況與對接接頭相似。
角接頭承載能力低,一般不單獨使用,只有在焊透時,或在內外均有角焊縫時才有所改善,多用于封閉形結構的拐角處。
單面焊雙面成形焊縫單面焊雙面成形焊縫焊接產品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕,對于交通運輸工具來說可以減輕自重,節約能量。焊接的密封性好,適于制造各類容器。發展聯合加工工藝,使焊接與鍛造、鑄造相結合,可以制成大型、經濟合理的鑄焊結構和鍛焊結構,經濟效益很高。采用焊接工藝能有效利用材料,焊接結構可以在不同部位采用不同性能的材料,充分發揮各種材料的特長,達到經濟、優質。焊接已成為現代工業中一種不可缺少,而且日益重要的加工工藝方法。
在近代的金屬加工中,焊接比鑄造、鍛壓工藝發展較晚,但發展速度很快。焊接結構的重量約占鋼材產量的45%,鋁和鋁合金焊接結構的比重也不斷增加。
未來的焊接工藝,一方面要研制新的焊接方法、焊接u設備/u和焊接材料,以進一步提高焊接質量和安全可靠性,如改進現有電弧、等離子弧、電子束、u激光/u等焊接能源;運用電子技術和控制技術,改善電弧的工藝性能,研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。
另一方面要提高焊接機械化和自動化水平,如焊機實現程序控制、數字控制;研制從準備工序、焊接到質量監控全部過程自動化的專用焊機;在自動焊接生產線上,推廣、擴大數控的焊接機械手和焊接機器人,可以提高焊接生產水平,改善焊接衛生安全條件。
作為一種工業技術,焊接的出現迎合了金屬藝術發展對新工藝手段的需要。而在另一方面,金屬在焊接熱量作用下所產生的獨特美妙的變化也滿足了金屬藝術對新的藝術表現語言的需求。在金屬藝術創作中,焊接可以而且正在被作為一種獨特的藝術表現語言而著力加以表現。藝術創造與工藝方法永遠是密不可分的。
金屬焊接藝術可以作為一種相對獨立的藝術形式以分支的方式從傳統的金屬藝術中分離出來,這是因為:
首先,焊接具有藝術性。焊接可以產生豐富的藝術創作的表現語言。焊接通常是在高溫下進行的,而金屬在高溫下會產生許多美妙豐富的變化:金屬母材會發生顏色變化和熱變形(即焊接熱影響區);焊絲熔化后會形成一些漂亮的肌理;而焊接缺陷在焊接藝術中更是經常被應用。焊接缺陷是指焊接過程中,在焊接接頭產生的不符合設計或工藝要求的缺陷。其表現形式主要有焊接裂紋、氣孔、咬邊、未焊透、未熔合、夾渣、焊瘤、塌陷、凹坑、燒穿、夾雜等。這是個十分有趣的現象:焊接的藝術性通常體現在一些工業焊接的失敗操作之中,或者說蘊藏于一些工業焊接極力避免的焊接缺陷之中。
其次,焊接藝術語言是獨特的。上述種種焊接缺陷的表現形式以及焊接熱影響區,是通過一定規范下的焊接操作形成的,也只有通過焊接的方式才會產生這些藝術語言。焊接藝術作品的表面效果是其它金屬加工工藝無法或者很難實現的,因而說焊接藝術具有獨特的藝術性。
選用不同的金屬材料,使用不同的焊接工藝,焊接的藝術性可以在不同的金屬藝術形式中發揮得淋漓盡致:
金屬焊接雕塑在焊接雕塑作品中,焊縫和割痕不是作為一種技術加工的痕跡被動地存在,而是以一種精彩的、不可或缺的表現語言著力地加以體現的。一件焊接雕塑,粗的焊縫裸露在雕塑表面,各種不規則的切割痕跡也變成了藝術家優美的藝術語言……在很多情況下,由于焊接雕塑所追求的粗糙質樸的風格,金屬的銹蝕、瑕疵也大多根據作品的需要特意保留。因此,在焊接雕塑中常常可以感覺到一種非雕琢的、原始的美。
雕塑下部的鋼板拼接處的焊縫很粗大,從焊接工藝的牢固性來看,這顯然不僅僅是出于對雕塑結實程度的考慮,在這件雕塑中,下部幾條扭曲的焊縫已經作為雕塑整體審美的一個重要因素而成為其不可缺少的一部分。從雕塑整體來看,不論是上半部分的文字造型,還是下半部分的肌理處理,到處有扭曲的焊接痕跡的出現,整個作品達到了整體視覺語言的統一。
金屬焊接壁飾如果把一幅壁飾作品看成一幅畫的話,畫面中的點、線、面、黑、白、灰甚至顏色的處理都可以通過焊接的方法來實現。各種型號、各種材質的金屬絲,應用不同的焊接工藝會在畫面上以不同的形式出現。不同金屬的顏色不同,不銹鋼的亮銀色、鋁材的亞銀色、碳鋼的烏亮色,鈦鋼、青銅、紫銅、黃銅……而且就鋼材來說,不同的鋼材在高溫受熱時會出現不同的顏色變化,即焊接熱影響區不同。另外,切割也是焊接藝術壁飾創作的方法之一,既可以與焊接結合使用,也可以單獨使用,這完全取決于創作者的創作意圖和對工藝與效果的掌握程度。以上所述的這些方法綜合起來,變化的豐富可想而知。
手工等離子切割的方法,利用切割時電流的熱量,使切割邊緣產生熱影響區,這樣就給亮白色的不銹鋼“染”上了一圈略帶漸變的色彩。同時,通過對焊接規范的調節,割槍噴出的強烈氣流會在切割鋼板熔化的瞬間在切割邊緣“吹”起一圈隨機形成的肌理,在切割完成金屬冷卻后,固化為一道美麗的割痕,與中間平坦光亮的不銹鋼板材形成了質感的對比。這種隨機效果的形成過程帶有一定的偶然性,但又是在一定的焊接規范下必然產生的現象。
從尺寸的角度考慮,尺寸較大的焊接藝術壁飾可采用半自動CO2氣體保護焊,較小的可采用手工鎢極氬弧焊。
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