上海交通大学：《材料连接原理与工艺》课程教学资源（课件讲稿）第一章 绪论（芦凤桂）

材料连接原理与工艺 授课人：芦凤桂 单 位：焊接与激光制造研究所 上海市激光制造与材料改性重点实验室 地址： 激光制造（材料E楼）303室 邮 箱：Lfg119@sjtu.edu.cn 9/10/2018 上海文通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

材料连接原理与工艺 授 课 人： 芦凤桂 单 位： 焊接与激光制造研究所 上海市激光制造与材料改性重点实验室 地 址： 激光制造（材料E楼）303室 邮 箱 : Lfg119@sjtu.edu.cn 9/10/2018

内容提纲 材料连接概念 2 治金连接的物理本质 3 焊接冶金问题 4 课程的教学内容及考核

内容提纲 Page . 2 1 材料连接概念 2 3 焊接冶金问题 冶金连接的物理本质 4 课程的教学内容及考核

1.1材料连接概念 ·材料连接：通过机械、物理化学、冶金方式，由简单型材 或零件连接成复杂零件和部件的工艺过程 √机械连接-指用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连 接成一个复杂零件或部件的过程，比如铆接； √物理化学--通过毛细作用、分子间力作用或者相互扩散及化学反应 作用，将两个分离表面连接成连接接头的过程，比如胶接； √冶金连接--通过加热或加压（或两者并用)使两个分离表面的原子 达到晶格距离，并形成金属键而获得连接接头的工艺过程。主要用 于金属材料及金属结构的连接，称为焊接

1.1 材料连接概念 ▪ 材料连接：通过机械、物理化学、冶金方式，由简单型材 或零件连接成复杂零件和部件的工艺过程 机械连接--指用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连 接成一个复杂零件或部件的过程，比如铆接； 物理化学--通过毛细作用、分子间力作用或者相互扩散及化学反应 作用，将两个分离表面连接成连接接头的过程，比如胶接； 冶金连接--通过加热或加压（或两者并用）使两个分离表面的原子 达到晶格距离，并形成金属键而获得连接接头的工艺过程。主要用 于金属材料及金属结构的连接，称为焊接

1.2治金连接的物理本质 n l 物理本质：使两个工件连接界面上的原子（或分子）彼此接 近达到原子（或分子）间产生结合力的距离，而将两个分离的 物体连接在一起； 连接界面的阻碍： 表面粗糙度； 2 表面的氧化膜、油污和水分等吸附层； 克服途径： 对材料施加压力：破坏表面氧化膜，增加有效接触面积，达 到紧密接触； 2 对材料加热（局部或整体）：使连接处达到塑性或熔化状态， 加速接触面上氧化膜的破坏，降低变形阻力，促进再结晶、 扩散、化学反应、结晶过程

1.2 冶金连接的物理本质 ▪ 物理本质：使两个工件连接界面上的原子(或分子)彼此接 近达到原子(或分子)间产生结合力的距离,而将两个分离的 物体连接在一起； ▪ 连接界面的阻碍： ① 表面粗糙度； ② 表面的氧化膜、油污和水分等吸附层； ▪ 克服途径： ① 对材料施加压力：破坏表面氧化膜，增加有效接触面积，达 到紧密接触； ② 对材料加热(局部或整体)：使连接处达到塑性或熔化状态， 加速接触面上氧化膜的破坏，降低变形阻力，促进再结晶、 扩散、化学反应、结晶过程

1.3焊接冶金问题-汽车领域一 点焊 HN证202 激光焊接 2000um 钢板或镀锌钢板车身连接广 泛采用电阻点焊，一辆轿车 车身需要8k~10k个焊点才能 实现整车连接 Spatters Blowhole

1.3 焊接冶金问题-汽车领域 激光焊接 钢板或镀锌钢板车身连接广 泛采用电阻点焊，一辆轿车 车身需要8k~10k个焊点才能 实现整车连接 点焊

Fabrication-related defects Hot”cracking Weld solidification HAZ liquation Weld metal liquation Warm”cracking Ductility dip Reheat/PWHT Strain age Liquid metal embrittlement (LME) Cold”cracking Hydrogen-induced(or hydrogen-assisted)cracking Delayed cracking Process control Lack of fusion Weld undercut Excessive overbead Incomplete penetration Slag inclusions Others Geometric defects(design or fit-up) Metallurgical anomalies (e.g.,local softening or embrittlement) Porosity

Fabrication-related defects

船舶海洋领域-应力腐蚀及断裂问题门 疲劳断裂 海洋石油981深水半潜式钻井平台 LNG(Liquefied Natural Gas) 162℃低温运输液化气的专用船舶 应力腐蚀

船舶海洋领域-应力腐蚀及断裂问题 海洋石油981深水半潜式钻井平台 LNG(Liquefied Natural Gas) -162℃低温运输液化气的专用船舶 应力腐蚀 疲劳断裂

钢结构、桥梁及运输-疲劳问题。冂 A 北京国家大剧院 桥梁 (焊接钢结构的总重量达6,475吨) Crack initiation I mm 动车、磁悬浮列车

钢结构、桥梁及运输-疲劳问题 （焊接钢结构的总重量达6,475吨） 北京国家大剧院 动车、磁悬浮列车 桥梁

发电设备-裂纹/断裂/疲劳 三峡电站水轮机叶轮直径10.7M 高5.4M,重达440吨，为世界最大、 最重的不锈钢焊接叶轮，如左图。 叶轮由上冠、下环和13个-15个叶 片焊接而成，每个叶轮焊接消耗12 生 吨焊丝。 汽轮机转子（焊接转子）

发电设备-裂纹/断裂/疲劳 三峡电站水轮机叶轮直径10.7M， 高5.4M，重达440吨，为世界最大、 最重的不锈钢焊接叶轮，如左图。 叶轮由上冠、下环和13个-15个叶 片焊接而成，每个叶轮焊接消耗12 吨焊丝。 汽轮机转子（焊接转子）

压力容器-蠕变 命新重童点工 600MW压力容器 容器内壁电渣带极堆焊 热电站锅炉 其汽包长30m,壁厚203mm, 重250吨，如图：锅炉焊缝300km, 4万个管接头 也箱

压力容器-蠕变 600MW压力容器 容器内壁电渣带极堆焊 热电站锅炉 其汽包长30m，壁厚203mm， 重250吨，如图:锅炉焊缝300km， 4万个管接头