焊接技術(shù)焊接是一個局部的迅速加熱和冷卻過程,焊接區(qū)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(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力,矯正焊接變形。
現(xiàn)代焊接技術(shù)已能焊出無內(nèi)外缺陷的、機(jī)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(qiáng)度除受焊縫質(zhì)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(guān)。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(yīng)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(yán)重的應(yīng)力集中,常把較厚的板邊逐漸削薄,達(dá)到兩接邊處等厚。對接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)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(lián)接,常優(yōu)先采用對接接頭的焊接。
搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡單,裝配方便,焊接變形和殘余應(yīng)力較小,因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)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(zhì)、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(jié)構(gòu)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(dāng)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(yīng)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(nèi)外均有角焊縫時才有所改善,多用于封閉形結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)約能量。焊接的密封性好,適于制造各類容器。發(fā)展聯(lián)合加工工藝,使焊接與鍛造、鑄造相結(jié)合,可以制成大型、經(jīng)濟(jì)合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu),經(jīng)濟(jì)效益很高。采用焊接工藝能有效利用材料,焊接結(jié)構(gòu)可以在不同部位采用不同性能的材料,充分發(fā)揮各種材料的特長,達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)。焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)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(fā)展較晚,但發(fā)展速度很快。焊接結(jié)構(gòu)的重量約占鋼材產(chǎn)量的45%,鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)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(shè)備/u和焊接材料,以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性,如改進(jìn)現(xiàn)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(shù)和控制技術(shù),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(jī)械化和自動化水平,如焊機(jī)實現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制;研制從準(zhǔn)備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過程自動化的專用焊機(jī);在自動焊接生產(chǎn)線上,推廣、擴(kuò)大數(shù)控的焊接機(jī)械手和焊接機(jī)器人,可以提高焊接生產(chǎn)水平,改善焊接衛(wèi)生安全條件。
作為一種工業(yè)技術(shù),焊接的出現(xiàn)迎合了金屬藝術(shù)發(fā)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(chǎn)生的獨特美妙的變化也滿足了金屬藝術(shù)對新的藝術(shù)表現(xiàn)語言的需求。在金屬藝術(shù)創(chuàng)作中,焊接可以而且正在被作為一種獨特的藝術(shù)表現(xiàn)語言而著力加以表現(xiàn)。藝術(shù)創(chuàng)造與工藝方法永遠(yuǎn)是密不可分的。
金屬焊接藝術(shù)可以作為一種相對獨立的藝術(shù)形式以分支的方式從傳統(tǒng)的金屬藝術(shù)中分離出來,這是因為:
首先,焊接具有藝術(shù)性。焊接可以產(chǎn)生豐富的藝術(shù)創(chuàng)作的表現(xiàn)語言。焊接通常是在高溫下進(jìn)行的,而金屬在高溫下會產(chǎn)生許多美妙豐富的變化:金屬母材會發(fā)生顏色變化和熱變形(即焊接熱影響區(qū));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(shù)中更是經(jīng)常被應(yīng)用。焊接缺陷是指焊接過程中,在焊接接頭產(chǎn)生的不符合設(shè)計或工藝要求的缺陷。其表現(xiàn)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(xiàn)象:焊接的藝術(shù)性通常體現(xiàn)在一些工業(yè)焊接的失敗操作之中,或者說蘊(yùn)藏于一些工業(yè)焊接極力避免的焊接缺陷之中。
其次,焊接藝術(shù)語言是獨特的。上述種種焊接缺陷的表現(xiàn)形式以及焊接熱影響區(qū),是通過一定規(guī)范下的焊接操作形成的,也只有通過焊接的方式才會產(chǎn)生這些藝術(shù)語言。焊接藝術(shù)作品的表面效果是其它金屬加工工藝無法或者很難實現(xiàn)的,因而說焊接藝術(shù)具有獨特的藝術(shù)性。
選用不同的金屬材料,使用不同的焊接工藝,焊接的藝術(shù)性可以在不同的金屬藝術(shù)形式中發(fā)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(shù)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(xiàn)語言著力地加以體現(xiàn)的。一件焊接雕塑,粗的焊縫裸露在雕塑表面,各種不規(guī)則的切割痕跡也變成了藝術(shù)家優(yōu)美的藝術(shù)語言……在很多情況下,由于焊接雕塑所追求的粗糙質(zhì)樸的風(fēng)格,金屬的銹蝕、瑕疵也大多根據(jù)作品的需要特意保留。因此,在焊接雕塑中常??梢愿杏X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(jié)實程度的考慮,在這件雕塑中,下部幾條扭曲的焊縫已經(jīng)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(xiàn),整個作品達(dá)到了整體視覺語言的統(tǒng)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(xiàn)。各種型號、各種材質(zhì)的金屬絲,應(yīng)用不同的焊接工藝會在畫面上以不同的形式出現(xiàn)。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(xiàn)不同的顏色變化,即焊接熱影響區(qū)不同。另外,切割也是焊接藝術(shù)壁飾創(chuàng)作的方法之一,既可以與焊接結(jié)合使用,也可以單獨使用,這完全取決于創(chuàng)作者的創(chuàng)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(chǎn)生熱影響區(qū),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(guī)范的調(diào)節(jié),割槍噴出的強(qiáng)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(jī)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(zhì)感的對比。這種隨機(jī)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(guī)范下必然產(chǎn)生的現(xiàn)象。
從尺寸的角度考慮,尺寸較大的焊接藝術(shù)壁飾可采用半自動CO2氣體保護(hù)焊,較小的可采用手工鎢極氬弧焊。
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