具体描述
计算机辅助设计（CAD）与辅助制造（CAM）是现代先进制造技术（AMT）的重要组成部分。本书系统讲述了材料加工领域CAD/材料加工CAD/CAM的概念的基础知识，介绍了CAD/CAM的概念、原理及方法。在讲述材料加工CAD/CAM相关知识（包括三维造型技术、专家系统与人工智能、有限元分析、仿真优化以及虚拟现实技术等）的基础上，紧密结合材料加工学科的实际特点，重点论述了铸造成形CAD、冲压成形CAD、焊接成形CAD、注射成型CAD以及材料加工CAM技术。最后还介绍了材料加工领域主流的CAD／CAM系统。
本书面向材料成形与控制工程专业本科生，同时也可供本专业研究生及有关工程技术人员学习参考。
焊接技术与工程应用 内容简介 本书聚焦于现代焊接技术及其在工程实践中的广泛应用，旨在为材料科学、机械工程、制造技术等领域的学生、工程师及技术人员提供系统、深入的理论指导和实践参考。全书涵盖了从基础理论到前沿技术的多个层面，力求全面、详尽地展现焊接这一关键制造过程的复杂性与重要性。 第一部分：焊接基础理论 本部分深入探讨了焊接过程的物理化学基础。首先，详细阐述了金属的固态与液态转变规律，为理解焊缝形成机理奠定基础。接着，重点剖析了电弧、激光、电子束等不同能源输入形式下，能量密度与热输入对材料微观结构的影响。我们对熔池的流动性、凝固收缩以及由此产生的残余应力和变形进行了详尽的数学建模和实验分析。 热影响区（HAZ）是焊接结构强度的关键所在，本书专门辟出章节，细致研究了不同钢种（如低碳钢、高强钢、不锈钢）在快速加热与冷却过程中的相变行为，包括铁素体、奥氏体、贝氏体和马氏体的形成机制，并结合金相分析和硬度测试，探讨了热循环曲线对HAZ组织性能的决定性影响。此外，熔池冶金反应，如脱氧、脱氮、合金元素烧损与富集等问题，也得到了充分的讨论，为优化焊后性能提供了理论依据。 第二部分：焊接工艺与设备 本部分系统介绍了主流的焊接方法及其工艺参数控制。 2.1 电弧焊系列： 对熔化极气体保护焊（GMAW/MIG/MAG）、钨极惰性气体保护焊（GTAW/TIG）的原理、电源特性、保护气体选择进行了详细对比。特别关注了脉冲MIG焊在高精度、薄板和异种材料焊接中的应用。对于手工电弧焊（SMAW），不仅涵盖了常见焊条的选择与储存，还深入分析了药皮在稳定电弧、造渣、合金化和保护气氛形成中的多重作用。 2.2 高能束焊接技术： 激光焊（LBW）和电子束焊（EBW）因其高能量密度和窄热影响区，成为精密制造的首选。本书详细分析了激光焊过程中的关键物理现象，如等离子体效应、匙孔的稳定性控制，以及如何通过光束整形和送丝技术优化焊缝成形。对于电子束焊，重点讲解了高真空环境对焊接质量的保障作用，以及其在深大厚度材料连接中的优势。 2.3 固相连接技术： 摩擦搅拌焊（FSW）作为一种重要的搅拌摩擦连接技术，被单独成章介绍。内容包括搅拌头的设计、转速和行走速度对材料塑性流动的影响、以及形成的动态再结晶组织特点。此外，对爆炸焊、扩散焊等其他固相连接技术也进行了概述。 第三部分：焊接质量控制与缺陷分析 焊接质量是工程结构安全性的核心。本部分侧重于如何预防、识别和评估焊接缺陷。 3.1 常见缺陷的成因与预防： 详细分析了各种典型缺陷，如气孔、裂纹（热裂纹、冷裂纹）、未熔合、咬边、未焊透等产生的内在机理。针对每种缺陷，提出了具体的工艺控制措施，例如通过控制焊后冷却速率避免冷裂纹，通过优化坡口设计和填充顺序来减少残余变形。特别对氢致冷裂纹的预防，强调了焊前烘干、层间温度控制和使用低氢焊材的重要性。 3.2 无损检测技术（NDT）： 系统介绍了用于评定焊缝质量的五大主流无损检测方法： 射线检测（RT）： 聚焦于图像的对比度、分辨率，以及如何判读X射线和伽马射线图像中显示的内部缺陷特征。 超声波检测（UT）： 讲解了横波、纵波、表面波的应用，以及相控阵超声（PAUT）技术在复杂结构和高精度探伤中的优势。 磁粉检测（MT）与渗透检测（PT）： 侧重于表面缺陷的灵敏度和操作规范。 电磁感应检测（ET）： 用于检测焊缝表层和近表层的缺陷。 本书提供了丰富的缺陷实例图谱，帮助读者快速掌握缺陷的识别与分类。 第四部分：焊接结构设计与残余应力管理 本部分将焊接技术提升到结构设计的层面。 4.1 结构设计规范与计算： 介绍国内外主要的焊接结构设计规范（如AWS D1.1、EN 1993-1-8等）的基本原则，包括疲劳设计、承载力校核。重点分析了焊接接头的形式选择（对接、角接、搭接）对整体结构性能的影响。 4.2 残余应力与变形控制： 残余应力是焊接结构服役性能的隐形杀手。本书详细论述了残余应力产生的热-力-冶金耦合机理，并介绍了多种消除和释放残余应力的技术，包括： 预热与层间温度控制： 如何通过控制冷却速率影响应力分布。 机械松弛法： 如焊后敲击、拉伸矫正。 热处理方法： 局部感应加热应力消除（LHA）和整体热处理（PWHT）的工艺流程和效果评估。 第五部分：先进与特种焊接应用 本部分面向高端制造需求，探讨了前沿的焊接技术： 5.1 异种材料连接： 针对金属与非金属、不同金属间的连接难题，介绍了爆炸焊、激光复合焊、钎焊以及扩散连接在实现高质量界面结合方面的应用案例和技术要点。 5.2 增材制造（AM）中的焊接原理： 将激光选区熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等增材制造技术视为一种特殊的焊接过程，从熔池控制、缺陷抑制、以及后续的后处理（如热等静压HIP）角度，深入分析了这些技术在构件制造中的应用潜力与挑战。 5.3 焊接的自动化与数字化： 讨论了焊接机器人、视觉跟踪系统、以及基于物联网（IoT）的焊接数据采集与质量反馈系统在实现“智能焊接”中的作用，展望了数字化孪生（Digital Twin）技术在焊接工艺优化中的应用前景。 总结 本书内容全面，结构严谨，理论与实践并重，不仅是高等院校焊接工程专业的核心教材，也是冶金、船舶、航空航天、压力容器等行业技术人员进行专业学习和工程参考的宝贵资源。通过学习本书，读者将能够掌握现代焊接技术的核心知识体系，具备独立分析和解决复杂工程焊接问题的能力。
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