第1章　焊接结构概述

焊接作为一种重要的先进制造技术在工业生产和国民经济建设中起着非常重要的作用，是一个国家机械制造和科学技术发展水平的重要标志之一。焊接结构是焊接技术应用于工程实际产品的主要表现形式，由于焊接结构具有强度高、质量轻、跨度大等独特优点，在几乎所有的工业部门和广阔的生活领域中都有大量的应用。焊接技术在建筑领域已经应用了近百年，在建筑中发挥着重要的作用。目前，世界主要工业国家每年生产的焊接结构占到钢产量的45%，全世界每年焊接结构产品可达数十亿吨。

就历史而论，公元前已经出现了金属焊接。但是，现代焊接技术是由19世纪末才开始发展起来的，而直至20世纪20年代，金属电弧焊接技术才首次用于金属结构（如锅炉及压力容器、桥梁、船舶等）的生产。1921年建成了第一艘全焊的远洋船，随后焊接技术稳步发展，焊接结构的应用也逐渐得到推广。到了30年代，由于工业技术的发展，世界各工业先进国家已经开始大规模制造焊接结构，如全焊油罐、全焊锅炉和压力容器、全焊桥梁等都已大量制造出来。第二次世界大战促使船舶结构实现铆改焊的急骤变化，大吨位全焊船舶在短期内大量制造出来。但是由于当时缺乏设计和制造大型焊接结构的知识和经验，对其强度和断裂性质及特征尚不十分清楚，以致相当多的焊接结构出现了各种破坏事故，促使焊接工作人员对焊接结构相关理论进行深入调查和研究，大大促进了焊接技术的发展。到了60年代，各国绝大多数的锅炉及压力容器、船舶、重型机械、飞机等几乎都采用各种焊接工艺进行制造。此外，在机械制造业中，以往由整铸整锻方法生产的大型毛坯改成了焊接结构，大大简化了生产工艺，降低了成本。

现代焊接结构正在向大型化和高参数方向发展，工作条件越来越苛刻，如跨海大桥、海洋钻井平台、大型化工设备和发电设备等，甚至应用于高温或低温、强腐蚀介质和强放射性辐照等各种极限条件下，并要求焊接结构成本低廉、耐用可靠，甚至要易于解体实现循环再利用。如图1-1所示的核压力容器是典型现代焊接结构，其壁厚可达200mm左右，与之接近的还有6100m深海探测器，工作时需承受巨大的海水压力。又如全焊接超级（50万吨）油轮长382m、宽168m、高27m，采用低碳钢和低合金钢制造，最大钢板厚度可达140mm。再如建造现代高层建筑的焊接钢屋架，通常都是将零部件在工厂内制成，然后再运到工地安装，所用强度级别达到490MPa以上，厚度达100～150mm。还有许多工作条件极其恶劣的焊接结构，如大型火力发电锅炉，其工作压力达32.4MPa，蒸汽温度可达650℃；大型储罐直径达33m、容积为100000m等。

图1-1　核压力容器简图

目前，各工业先进国家已经制定出各种焊接结构的设计及制造规范、标准和工艺。近年来又发展了许多新的焊接工艺，如：摩擦焊、激光焊、等离子弧焊等。许多新型结构材料不断提出新的焊接要求，又促进了许多新焊接工艺方法的诞生。例如航天器的制造中，为了解决航天器结构的高强金属及合金的焊接，加速了惰性气体保护焊和等离子弧焊等工艺的发展。反过来新的工艺又使制造各种大型、尖端结构产品成为可能。可以说，现有的尖端设备不用焊接结构就不可能制造出来，像原子能电站的核容器、深海探测潜艇、航天器、各种化工石油合成塔、万吨级至数十万吨级的远洋油轮等都属于这一类。