焊接成形特性及理论基础
316L_不锈钢薄板焊缝成形及力学性能研究
第16卷第5期精密成形工程2024年5月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING55 316L不锈钢薄板焊缝成形及力学性能研究刁亚龙a，师文庆a,b*，程才a，贾东贺c，张冰青a（广东海洋大学 a.电子与信息工程学院 b.材料科学与工程学院c.船舶与海运学院，广东湛江 524088）摘要：目的减少1 mm厚度316L不锈钢薄板在焊接生产过程中出现的缺陷等问题，并提高不锈钢薄板焊缝成形质量和焊接接头力学性能。
方法采用脉冲激光焊接技术实现对厚度1 mm的316L不锈钢薄板的精确焊接，并利用金相显微镜、维氏硬度计、万能拉伸试验机和扫描电镜对焊缝的表面形貌、微观结构、力学性能、断口形貌进行表征分析。
结果当激光功率为403 W、输出电流为150 A、焊接速度为150 mm/min、离焦量为−5.525 mm时，焊缝正反面的形貌规则无缺陷。
焊缝区内的微观结构主要由δ-铁素体和奥氏体2种晶粒构成，相较于母材及热影响区，焊缝区晶粒尺寸更细小均匀，平均硬度为156HV，表现出更高的硬度特性。
焊接接头的抗拉强度和屈服强度均值分别达到643.28 MPa和305.95 MPa，相对于母材的强度分别提高了7%和49%；平均断后伸长率为37.2%，达到原始母材伸长率的55%；断裂呈现韧性断裂的塑性变形和延展性特征。
结论优化调整焊接工艺参数后，1 mm厚度316L不锈钢薄板的焊缝成形质量提高，无缺陷且微观组织分布均匀，焊接接头强度显著提高。
关键词：激光焊接；316L不锈钢薄板；焊缝形貌；微观组织；力学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.007中图分类号：TG456.7 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)05-0055-07Forming and Mechanical Properties of Welds in 316L Stainless Steel SheetDIAO Yalong a, SHI Wenqing a,b*, CHENG Cai a, JIA Donghe c, ZHANG Bingqing a(a. College of Electronic and Information Engineering, b. College of Materials Science and Engineering,c. College of Shipping and Maritime Transport, Guangdong Ocean University, Guangdong Zhanjiang 524088, China)ABSTRACT: The work aims to reduce problems such as defects in the welding production process of 316L stainless steel sheet with a thickness of 1 mm, and to improve the weld forming quality of stainless steel sheet and the mechanical properties of its welded joints. Pulsed laser welding technology was used to accurately weld 316L stainless steel sheet with a thickness of 1 mm, and the surface morphology, microstructure, mechanical properties and fracture morphology of the welded joints were charac-terized by metallurgical microscope, Vickers hardness tester, universal tensile testing machine and scanning electron microscope收稿日期：2024-04-23Received：2024-04-23基金项目：国家自然科学基金（62073089）；广东省普通高校重点领域专项项目（2020ZDZX2061）；广东省大学生科技创新培育专项资金（pdjh2023a0242）Fund：National Natural Science Foundation of China (62073089); Special Projects in Key Areas of Guangdong Ordinary Col-leges and Universities (2020ZDZX2061); Special Funds for Cultivation of Science and Technology Innovation for College Stu-dents in Guangdong Province (pdjh2023a0242)引文格式：刁亚龙, 师文庆, 程才, 等. 316L不锈钢薄板焊缝成形及力学性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 55-61. DIAO Yalong, SHI Wenqing, CHENG Cai, et al. Forming and Mechanical Properties of Welds in 316L Stainless Steel Sheet[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 55-61.*通信作者（Corresponding author）56精密成形工程 2024年5月for analysis. When the laser power was 403 W, the output current was 150 A, the welding speed was 150 mm/min, and the de-focus amount was −5.525 mm, the morphology of the front and back surfaces of the weld was regular without defects. The mi-crostructure in the weld zone was mainly composed of two grain, δ-ferrite and austenite. The grain in the weld zone was finer and more uniform than that in the base metal and the heat-affected zone, and the average hardness was 156HV, showing higher hardness characteristics. The average tensile strength and yield strength of the welded joints reached 643.28 MPa, 305.95 MPa, respectively, increased by 7% and 49% compared with the base material strength. The average elongation after fracture was37.2%, reaching 55% elongation rate of the original base material. The form of fracture was toughness fracture with characteris-tics of plastic deformation and ductility. After the welding process parameters are optimized and adjusted, the weld forming quality of 316L stainless steel sheet with a thickness of 1 mm is high. There is no defect, the microstructure distribution is uni-form, and the strength of welded joints is significantly improved.KEY WORDS: laser welding; 316L stainless steel sheet; weld morphology; microstructure; mechanical properties316L不锈钢薄板是低碳奥氏体不锈钢，具有优异的耐焊性、耐腐蚀性和耐高温性能，是制造业的必备金属材料，广泛应用于新能源、汽车、医疗化工等领域[1-4]。
1-材料成形理论基础
材料成形工艺基础1第一章 材料成形理论基础液态成形--铸造 固态成形--锻造 固态连接--焊接21第一节 液态成形基础1、液态金属的结构液态金属在结构上更象固态而不是汽态，原子之间 仍然具有很高的结合能。
液态金属的结构特征 液态金属内存在近程有序的原子集团。
这种原子集团是不稳定 的，瞬时出现又瞬时消失。
所以，液态金属结构具有如下特 点： l）液态金属是由游动的原子团构成。
2）液态金属中的原子热运动强烈，原子所具有的能量各不相 同，且瞬息万变，这种原子间能量的不均匀性，称为能量起 伏。
3）由于液态原子处于能量起伏之中，原子团是时聚时散，时 大时小，此起彼伏的，称为结构起伏。
3第一节 液态成形基础1、液态金属的性质液态金属是有粘性的流体。
粘度的物理本质是原子间作 相对运动时产生的阻力。
表面张力：在液体表面内产生的平行于液体表面、且各 向均等的张力421.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶 或凝固。
当液态金属冷却至熔点以下，经过一定时间的孕 育，就会涌现一批小晶核，随后这些晶核按原子规则 排列的各自取向长大，与此同时又有另一批小晶核生 成和长大，直至液体全部耗尽为止。
51.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶 或凝固。
一次结晶从物理化学观点出发，研究液态金属的 生核Formation of stable nuclei 、长大Growth of crystals、结晶组织的形成规律。
凝固从传热学观点出发，研究铸件和铸型的传热过 程、铸件断面上凝固区域的变化规律、凝固方式与 铸件质量的关系、凝固缺陷形成机制等。
631.2铸件的凝固组织凝固组织分宏观和微观。
宏观组织：铸态晶粒的形态、大小、取向、分布 微观组织：晶粒内部的亚结构的形状/大小/相 对分布/缺陷等 晶粒越细小均匀，金属材料的强度和硬度越高，塑 性和韧性越好。
71.3铸件的凝固方式和控制铸件的工艺原则铸件的凝固方式逐层凝固方式(skin-forming solidification) 糊状凝固方式(mushy solidification) 中间凝固方式(middle solidification)。
第五章固体材料的连接资料
（2）埋弧自动焊
埋弧自动焊是电弧在颗粒状焊剂层下燃烧 的自动电弧焊接方法。 1）焊接过程
2）焊剂与焊丝
焊丝 作用与手弧焊焊芯的作用一样。 常用焊丝 H08A、H08MnA、H10Mn2
低碳钢低合金钢焊条型号
E XXXX
焊接电流种类及药皮类型
焊条适用的焊接位置
熔敷金属抗拉强度
焊条
E5015 —— 抗拉强度490MPa，适用全位置 焊，药皮为低氢钠型，应采用直流反接。
E4303 ——抗拉强度420MPa，适用全位置 焊，药皮为钛钙型，可采用交流和直流正、反 接。
3）焊条的选择原则
焊剂 作用与焊条作用相同，熔化的焊剂能够产生气 和渣，有效地保护了电弧和熔池，防止焊缝金属的氧 化、氮化和合金元素的蒸发与烧损，使焊接过程稳定。 焊剂还有脱氧和渗合金的作用，与焊丝配合使用，使 焊缝金属获得所需要的化学成分和机械性能。
3）埋弧焊特点及应用
① 生产效率高 焊丝导电长度较短，焊接电流大，因此电弧 的熔深能力和焊丝熔敷效率都大大提高；热效 率大为增加；实现连续焊接。
作用时间几秒至几十秒之间，比普通冶金短许 多。
熔池小，周围是导热良好的金属，冷却速 度快。
焊接区液相主要冶金反应
① 氧化还原反应 高温电弧中的氧化性气体、熔渣 中金属氧化物与熔融金属间氧化还原反应。 各种金属元素烧损，形成熔渣，甚至导致焊 缝夹渣。
② 吸气 熔融金属在高温时溶解大量气体，熔池 冷却速度快，气体来不及排出存在于焊缝中。 形成气孔或化合物存在于焊缝中。
补充冶金过程烧损或增加焊缝金属的某 些元素，提高焊缝金属性能。 ③ 进行脱氧、脱硫和脱磷。
焊接基础知识 焊接原理及常用术语
通过加热或加 压,或两者并用,并且 用或不用填充材料, 使达到结合的一种 方法,
焊接学会：焊接手册
通过加热或加压,
或两者并用,用或
不用填充材料,使
两种或两种以上的
同种或异种材料,
达到原子或分子间
的结合,形成永久
性连接的一种加工
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方法,
二、焊接原理及常用术语
3、焊接的常用术语 GB/T 3375-1994 焊接术语
焊接基础知识
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焊接原理及常用术语
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二、焊接原理及常用术语
1、焊接的原理
从理论上来说 ,两块分离的材料的两个表面靠得足够紧密,两 者之间的距离能够接近到一个原子的距离,即0.4到0.5个nm时,两 块材料就能连接在一起,
实际上,在常温下这种情况一般不会发生,因为即使这两个 要结合的表面经过精密加工,从微观上来看,这个表面依然是凹凸 不平的,而且由于材料表面存在氧化膜及水分、油等吸附层杂质, 这种氧化膜和杂质极大地阻碍材料的连接,
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二、焊接原理及常用术语
3、焊接的常用术语
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二、焊接原理及常用术语
3、焊接的常用术语
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二、焊接原理及常用术语
3、焊接的常用术语
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二、焊接原理及常用术语
3、焊接的常用术语 五种常用的接头形式： 记忆对打脚踢断
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二、焊接原理及常用术语
3、焊接的常用术语
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二、焊接原理及常用术语
3、焊接的常用术语
焊接工程理论基础
9.1.4 焊接应力与变形
3、减少和消除焊接应力与变形的措施
✓选择合理的焊接顺序 焊接平面形工件上的焊缝，应保证焊缝的纵向与横向收 缩能过比较自由，如变形受阻，焊接应力就要加大。
9.1.4 焊接应力与变形
3、减少和消除焊接应力与变形的措施
✓锤击焊缝法 在焊缝的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使 金属产生塑性伸长变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减 小焊接应力和变形。 ✓加热“减应区”法 焊接前，在工件的适当部位（称为“减应区”）进行加热使 之伸长，焊后冷却时，加热区与焊缝一起收缩，可大大减小 焊接应力和变形。
9.1 焊接工程理论基础
9.1.1 焊接电弧与电弧焊机
1、焊接电弧
焊接电弧是在电极与工件 之间的气体介质中长时间 的放电现象。 电焊机不同，阳极区、阴 极区的温度分布不同。
9.1.1 焊接电弧与电弧焊机
1、焊接电弧
• 直流弧焊机，由于阳极和阴极上有差异，所以有正接和反 接两种接线方法。
• 焊条电弧焊只有65%~85%的热量用于加热和熔化金属。
9.1.1 焊接电弧与电弧焊机
2、焊接电源
常用焊接电源的类型（手工电弧焊） ✓交流弧焊机：具有下降外特性的漏磁降压变压器，将 工业电压降至空载电压，同时能提供很大的便于调节的 焊接电流。结构简单，噪声小，价廉。
✓直流弧焊机：包括直流发电机、弧焊整流器。 电弧稳定，能适应各种焊条，接头质量高。但结构复杂， 价格高，噪声大。
9.1.4 焊接应力与变形
3、减少和消除焊接应力与变形的措施
✓焊前预热和焊后缓冷 减少焊缝区和焊件其他部分的温差。 ✓焊后退火处理 焊后退火是最常用的也最有效的消除焊接应力的一种方法。 它是焊后将工件均匀加热到500～650℃，保温一定时间 .4 焊接应力与变形
电焊工作业基础理论知识
对接、角接、搭接和T型接等。
3.什么叫熔深？
答：
在焊接接头横截面上，母材熔化的xx。
4.什么叫焊接位置？有几种形式？
答：
熔焊时，焊件接缝所处的空间位置。有平焊、立焊、横焊和仰焊等形式。
5.什么叫向下立焊和向上立焊？
答：
〈1〉立焊时，电弧自上向下进行的焊接—叫向下立焊。如：
机—焊接设备的高性能和稳定性
料—焊接材料的高质量
10.什么叫焊机的负载持续率？
答：
负载持续率指焊接电源在一定电流下连续工作的能力。国标规定手工焊额定负载持续率为60%，自动或半自动为60%和100%。如：500KR2焊机在额定负载持续率60%时的额定电流是500A，在实际负载持续率100%（自动焊）时，其最大焊接电流≤387A。
11.什么叫焊枪的负载持续率？
〈2〉降低耗电量
65.4%；
〈3〉设备台班费较焊条电弧焊降低67-80%，降低成本20-40%；
〈4〉减少人工费、工时费，降低成本10-16%；
〈5〉节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用；
综合五项,CO2焊能使焊接总成本降低
39.6-
78.7%,平均降低59%。
20.为什么CO2焊接有飞溅？
答：
焊丝端部的熔滴与熔池短路接触（短路过渡），由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，产生飞溅。CO2焊机的输出电抗器和波形控制可以将飞溅降低至最小程度。
9.什么叫CO2电源电弧系统的自身调节特性？为什么CO2焊接用细焊丝？
答：
等速送丝系统下,当弧长变化时引起电流和熔化速度变化,使弧长恢复的作用成为电源电弧系统的自身调节作用。使用的焊丝直径越细，电弧的自身调节作用越强，电弧越稳定，飞溅越少。这就是CO2焊接用细焊丝的原理。唐山松下CO2焊机通过先进的控制技术，电弧的自身调节作用最好，性能最稳定。
焊接基础知识
焊接基础知识第一章焊接理论一、焊接的含义焊接是利用比被焊接金属熔点低的材料，与被焊接金属一同加热，在被焊接金属不熔化的条件下，熔融焊料润湿金属表面，并在接触面上形成合金层，从而达到牢固的连接的过程。
在焊接过程中，为什么焊料能润湿被焊金属？怎么样才能得到可靠的连接？通过对焊接原理的分析，可以得到初步的了解。
一个焊点的形成要经过三个阶段的变化：1、熔融焊料在被焊金属表面的润湿阶段； 2、熔融焊料在被焊金属表面的扩展阶段； 3、熔融焊料通过毛细管作用渗透焊缝，与被焊金属在接触面上形成合金层。
其中，润湿是最重要的阶段，没有润湿，焊接无法进行。
二、焊接的润湿作用任何液体和固体接触时，都会产生程度不同的润湿现象。
焊接时，熔融焊料（液体）会程度不同地黏附在各种金属表面，并能进行不同程度的扩展，这种粘附就是湿润。
润湿得越牢，扩展面越大，润湿得越好，反之，润湿性不好或根本不湿润。
为什么会产生润湿程度的差异，其原因是液体分之（熔融焊料）与固体分子（被焊金属）之间的相互引力（粘结力）大于或小于液体分子之间的相互引力（表面张力）决定的，即：粘结力＞表面张力，则湿润；粘结力＜表面张力，则不湿润。
根据上述原理，焊接时降低熔融焊料的表面张力，可提高焊料对被焊金属的润湿能力。
而降低焊料表面张力的最有效手段是：焊接时使用焊剂。
为了使焊料能迅速湿润被焊金属，必须达到金属间的直接接触，也就是说焊料和被焊金属接触面必须干净，任何污染都会妨碍润湿和金属化合物生成。
因此，保持清洁的接触表面是润湿必须具备的条件。
但是金属表面总是存在氧化物、油污等，因此焊接前对被焊金属表面都要进行清洁处理。
三、焊点的形成3.1 焊点形成的作用力一个焊点形成是多种作用力综合作用的结果。
在一块清洁的铜板上涂上一层焊剂，并在上面放置一定的焊料，然后将铜板加热到规定的温度，焊料熔化后就形成了下图的形状。
图 3-3.( 图 3-2) 中可以看出，通过接触角的大小，可以衡量焊料对被焊金属润湿性能的好坏，如图 3·3 所示。
焊接基本技能课程标准
焊接基本技能课程标准《焊接基本技能》课程标准⼀、课程概述（⼀）制定依据本标准依据《化⼯机械与设备专业⼈才培养⽅案》中对《焊接基本技能》课程培养⽬标的要求制定。
（⼆）课程性质与作⽤课程的性质与地位：《焊接基本技能》是化⼯机械与设备专业的⼀门必修课程，是校企合作开发的基于⼯作过程的理实⼀体化课程，也是专业（技能）⽅向课程之⼀。
该课程的学习必须在先修专业核⼼课程（安全环境与责任关怀、识绘图技术、机械基础、化⼯机械检修本技能、化⼯机器安装与维护、化⼯设备安装与维护）的基础上进⾏。
是培养专业技能⼈才所必备的焊接操作能⼒的课程，是培养学⽣熟练的操作能⼒的重要平台。
该课程主要介绍各类基本焊接⽅法的焊接过程、实质、特点、适⽤范围及其焊接质量控制；常⽤电弧焊⽅法⼯艺参数措施的制订，以及所⽤设备的结构、原理和应⽤范围等，同时对焊接⽅法的发展进⾏概括介绍。
通过各种焊接⽅法的训练与实操，采⽤理实⼀体化教学模式，使学⽣应达到以下基本要求：1．掌握各种焊接⽅法，尤其是电弧焊⽅法的过程、实质、特点和应⽤范围；熟悉影响焊接质量的因素及其⾏为、质量保证措施。
2．了解常⽤典型电弧焊设备的结构组成、性能特点和应⽤范围，再通过实训教学环节，能正确选择、安装调试、操作使⽤和维护保养焊接设备。
3．能根据实际的⽣产条件和具体的焊接结构及其技术要求，正确选择焊接⽅法和调整焊接参数。
4．能分辨焊接过程中常见⼯艺缺陷的产⽣原因，并可以找到初步解决问题的⽅法。
由于本课程具有较强的实际应⽤性，因此本课程在学⽣职业能⼒培养和职业素质养成两个⽅⾯起⽀撑和促进作⽤。
与其他课程的关系（前导课程、后续课程）课程的作⽤：通过该课程的学习使学⽣拥有焊接的基本知识与基本技能，熟悉焊接的基本程序与⽅法，提⾼学⽣的实践动⼿能⼒和解决实际问题的能⼒，实现理论与实践的紧密结合。
同时着重培养学⽣分析问题、解决问题能⼒，提升学⽣与⼈交流、与⼈合作的团队精神素养，真正达到企业、学校零距离对接要求。
焊接成型技术
第三章焊接成型技术☆定义：用加热或加压等手段，借助金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来的方法.☆分类:☆特点：1.接头牢固密封性好2.可化大为小，以小拼大3。
可实现异种金属的连接4.重量轻加工装配简单 5.焊接结构不可拆卸6.焊接应力变形的，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷一、焊接成形的理论基础1.电弧焊过程加热→融化→冶金反应→结晶→固态相变→形成接头2焊接电弧1)形成焊接电弧：焊接电源供给的,是具有一定电压的两极间或电极与焊件间,在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
电弧实质是一种气体放电现象。
a）当焊条与焊件间有足够电压时，接触时，相当于电弧焊电源短路，接触点及短路电流很大，产生大量的电阻热,使金属熔化,汽化，引起强烈的电子发射和气体电离。
b）焊条与焊件拉开一点距离，由于电源电压的作用,在这段距离内会形成很强的电场，促使产生的电子发射，同时加速气体的电离，使带电粒子在电场力作用下定向运动。
c)电弧焊电源不断共给电能,新的带电粒子不断得到补充，形成连续燃烧的电弧。
2)电弧的组成及热量分布阴极区：发射大量电子消耗一定能量, 36％,2400k阳极区：高速电子的撞击，传入较多能量, 42％，2600k弧柱区: 21% ，5000—8000k3）电弧的极性直流电源:①正接极：焊接较厚材料,将焊件接正极；②反接极：焊接较薄材料，将焊件接负极.交流电源:极性交替变化，阴阳极区的温度和热量分布基本相等。
3.焊接电弧热过程特点及影响1）特点①焊接时的加热不是焊件的整体受热，而是加热局部区域，因此,对于整个焊件来说，受热极不均匀。
②焊接热过程是一个瞬时进行的过程，由于在高度集中的热源作用下，加热速度极快。
③焊接热过程中的热源是相对运动着的，由于焊接时焊件受热的区域不断变化，使得其传热过程不稳定.2）焊接热过程对焊接质量和焊接生产率的影响①焊接时，熔池金属会与气体发生反应,从而改变金属的化学成分，而在冷却凝固时得到不同的组织，使焊缝金属产生缺陷进而使其性能发生很大变化。
焊接工程理论基础
焊接工程理论基础一、焊接的本质是什么？如何分类？有何优点？焊接是利用加热或加压等手段，使分离的两部分金属，借助于原子的扩散与结合而形成原子间永久性连接的工艺方法。
焊接方法的种类很多，根据实现金属原子间结合的方式不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊3大类。
焊接方法具有如下优点：（1）成形方便：焊接方法灵活多样，工艺简便；在制造大型、复杂结构和零件时，可采用铸焊、锻焊方法，化大为小，化复杂为简单，再逐次装配焊接而成。
（2）适应性强：采用相应的焊接方法，不仅可生产微型、大型和复杂的金属构件，也能生产气密性好的高温、高压设备和化工设备；此外，采用焊接方法，还能实现异种金属或非金属的连接。
（3）生产成本低：与铆接相比，焊接结构可节省材料10%～20%，并可减少划线、钻孔、装配等工序。
另外，采用焊接结构能够按使用要求选用材料。
在结构的不同部位，按强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温等要求选用不同材料，具有更好的经济性。
二、什么是焊接电弧？电弧的构造有何特点？什么情况下有正接法与反接法之分？各区域温度约为多少？焊接电弧是电极与工件之间的强烈而持久的气体放电现象。
电弧的构造：焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区3部分组成。
采用直流弧焊机焊接时有正接法与反接法之分，正接是将工件接电源正极，焊条接负极；反接是将工件接电源负极，焊条(或电极)接正极。
用钢焊条焊接工件时，阳极区温度约为2 600 K，阴极区温度约为2 400 K，电弧中心区温度最高，可达6 000～8 000 K。
三、焊条电弧焊时，对焊接电源有哪些基本要求？常用焊接电源的类型有哪些？焊条电弧焊时，对焊接电源的基本要求有：（1）具有陡降的特性；（2）具有一定的空载电压以满足引弧的需要，一般为50～90 V；（3）限制适当的短路电流，以保证焊接过程频繁短路时，电流不致无限增大而烧毁电源。
短路电流一般不超过工作电流的1.25～2倍。
常用焊接电源的类型有交流弧焊机、直流弧焊机和交、直流两用弧焊机。
焊接理论基础
概念
母材-焊料-助焊剂之间的关系
焊接的理论根据及温控的重要性
在室温下 25 – 30° C
(所有物质都是固态)
在焊锡熔点温度下 180 – 183° C
(焊锡呈液态)
在器件引脚，焊锡，焊盘间 没有连接。
依靠表面张力的作用，将器件 引脚，焊锡与焊盘连接住。
焊接的理论根据及温控的重要性
在发生化学反应的温度下 210 – 220° C
SMT工艺类型
按焊盘位于板上的面数划分：
➢ 单面装焊工艺 （如：单面贴装、单面混装）
➢ 双面装焊工艺 （如：双面贴装、双面混装）
SMT工艺类型
按组件装联方式划分：
➢ 单面贴装工艺 ➢ 双面贴装工艺 ➢ 单面混装工艺 ➢ 双面混装工艺
手工焊接
电烙铁简介:
手工焊接
电烙铁选择的原则
➢ 应与科研开发/产品设计、生产、返工/返修的工作性质 相适应。
(在一秒钟内，生成的介质厚度 约0.5微米.)
当温度生至太高时，比如
280 – 350° C and above
(化学反应剧烈，形成太厚的介 质层。)
最佳 工艺温度.
Cu3Sn / Cu6Sn5
在适当的化学反应中，形成了牢固的机 械连接强度。
太剧烈的化学反应，形成太厚的介 质层，反而降低了机械连接强度。
➢ 烙铁头适时而适当地回待并迅速地抽离焊点，这对于确 保焊点强度与外观饱满、光亮、圆滑至关间充满了 锡料并所有被焊件各面上所覆盖的各层呈显“皮包骨” 状态。
➢ 焊点应让其在室温下自然冷却，切忌用嘴吹或其他强制 冷却的方法。焊点在冷却或凝固过程中，切忌受任何外 力影响或干扰。
焊接理论基础
目录
概念
SMT（Surface Mount Technology）工艺类型
焊接形状特征类型
焊接形状特征类型
常见的焊接形状特征类型有：凸焊道、扁焊道、平焊道和角焊道。
1. 凸焊道：焊接后形成的焊缝凸出在工件表面，形成一种凸起形状。
通常用于对焊缝的机械性能、密封性和外观要求较高的情况。
适用于压力容器、管道和液压设备等领域。
2. 扁焊道：焊缝凹陷在工件表面，形成一种扁平形状。
适用于焊接较薄的工件，在焊接过程中可以实现更好的热控制和焊接效果。
主要用于焊接薄板材和薄壁管道等需要减小变形和残余应力的情况。
3. 平焊道：焊缝与工件表面平齐，形成一种平面形状。
常用于对焊缝外观和平整度要求较高的情况。
可以提供良好的外观效果和结构连接，适用于装饰性焊接和需要精确加工尺寸的工件焊接。
4. 角焊道：焊缝形成的一种凹陷成角度形状的焊道。
熔化焊焊接成形理论基础
绪 • 焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或者不用填
充材料，使工件产生原子结合的一种成形方法。 • 焊接的特点：
a 减轻结构质量，节约大量金属材料。 b 生产率高、生产周期短，劳动强度低。 c 可以保证高的气密性，提高产品质量。 d 可以制造双金属结构。
e 便于实现机械化、自动化。 f 焊后产生应力和变形，热影响区力学性能差。
18.2 焊接接头的组织与性能
• 温度变化：焊接接头经历了升→降温热循环，焊缝经历了 一次冶金过程，附近区域经历了不同规范的热处理。
hanj的点所经历的热循环是不 同的，最高加热温度不同，加热速度和冷却速度也不同。
焊接工件上温度的变化与组织
• 种类：
熔化焊 fusion welding 固态焊 solid-state welding又称为压力焊 • 钎 焊：包括硬钎焊brazing、软钎焊soldering
• 应用：制造金属工程结构，如锅炉、压力容器、管道、船 舶、车辆、桥梁、飞机、火箭、起重机、海洋结构、冶金 设备等。也可制造机器零部件和工具，如重型机械、冶金、 锻压机械的机架、锻模、刀具等。在一些主要工业国家， 每年生产的焊接结构约占钢产量的45%。
2. 焊接裂纹 • 产生：焊接应力和致脆因子共同作用。 ① 热裂纹 • 热裂纹是焊缝和热影响区的金属在结晶过程中产生的，
其产生的原因主要是焊缝中存在着FeS等低熔点物质， 焊缝结晶时，形成液态间层，晶粒间联系被削弱，当焊 缝受到较大的焊接拉应力时，即在晶粒之间引起破裂。
✓ 焊接热裂纹（结晶裂纹）的影响因素 → a.硫的偏析 → b.焊缝的组织 → c.焊缝冷却的速度（层间温度、热输入量） → d.焊缝的形状（成形系数） → e.拘束度 ➢ 热裂纹的特征 → 热裂纹可发生在焊缝区或热影响区,沿焊缝长度方向分布。 → 热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因
电焊技术理论知识入门基础
电焊技术理论知识⼊门基础 电焊技术理论知识促使我国电焊焊接技术的进⼀步改善，保证电焊技术在⼯业中的安全使⽤。
那么你对电焊知识了解多少呢?以下是由店铺整理关于电焊技术理论知识的内容，希望⼤家喜欢! 电焊技术理论知识 1、什么叫电焊? 两种或两种以上材质(同种或异种)，通过加热或加压或⼆者并⽤，达到原⼦之间的结合⽽形成永久性连接的⼯艺过程。
2、什么叫电弧? 由焊接电源供给的，在两极之间产⽣强烈⽽持久的⽓体放电现象。
按电流种类可分为：交流电弧，直流电弧，脉冲电弧。
按电弧状态可分为：⾃由电弧和压缩电弧。
按电极材料可分为：融化极电弧和不融化极电弧。
3、什么叫母材? 被焊接的⾦属。
4、什么叫熔滴? 焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态⾦属滴。
5、熔池：熔焊时焊件上形成的具有⼀定⼏何形状的液态⾦属部分、 6、焊缝：熔焊后焊件所形成的结合部分。
7、焊缝⾦属：由融化的母材和填充⾦属(焊丝，焊条…)凝固后形成的那部分⾦属。
8、保护⽓体：焊接中⽤于保护⾦属熔滴及熔池免受外界有害⽓体侵⼊的⽓体。
9、 Co2焊接、MAG焊接、MIG焊接、TIG焊接、 SMAM焊接。
10、焊接材料：焊条、焊丝、焊剂、⽓体、电极、衬垫等。
11、焊丝：焊接时作为填充⾦属，⽤于导电的⾦属丝。
12、咬边：由于焊接⾦属参数选择不正确或操作⽅法不正确沿焊趾(融合线上)的母材部位产⽣的沟槽或凹陷。
13、未焊透：焊接时街头根部未完全熔透。
14、未熔合：焊接时焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全融化结合的部分。
15、焊接飞溅、熔焊过程中，融化的⾦属颗粒和熔渣向周围飞散的现象。
16、焊瘤：焊接过程中，熔化⾦属流淌到焊缝以外未熔化的母材上形成的⾦属瘤。
17、夹渣：焊渣残留在焊缝中的现象。
防⽌冷裂纹采取的措施： (1)、建⽴低氢的焊接环境。
(2)、制定合理的焊接⼯艺和顺序。
(3)、焊前进⾏预热个控制层间温度(100°~150°) (4)、焊后⽴即进⾏消氢处理(300°~400°*2h) (5)、焊后消应热处理(600°~650°*2h) 电焊防触电原理 外壳不接地的情况：在电焊机绝缘损坏时焊机外壳将带有电压，如果这时有⼈触及焊机外壳，⼈体与⼤地及电源中性点⼯作接地线(三相四线制系统中性点⼀般都接地)构成回路，如上图中带箭头虚线所⽰，电流将通过⼈体造成触电事故。
焊接成形技术-第一节
1962 年：电子束焊接首先在超音速飞机和B-70 轰炸机上正式使用。 1964 年：热丝焊接方法和协调控制熔化极气体保护焊接方法的专利权授予 了美国人Manz。 1965 年：焊接而成的Appllo 10 号宇宙飞船登月成功。 1967 年：日本荒田发明连续激光焊。 1967 年：世界上第一条海底管线在墨西哥湾铺设成功，它是由美国的Krank Pilia 公司使用热螺纹工艺及焊接工艺制造而成的。 1968 年：在芝加哥的 John Hancock 中心的22 层以上焊接而成了世界上最高 的锐角形钢结构，高度达到1107 英尺。 1969 年：美国的Linde 公司提出热丝等离子弧喷涂工艺。 1970 年：晶闸管逆变焊机问世。 1976 年：日本荒田发明串联电子束焊。 1980 年左右：半导体电路和计算机电路被广泛的用来控制焊接与切割过程。 1980 年左右：使用蒸汽钎焊焊接印刷线路板。 1983 年：航天飞机上直径为160 英尺的瓣状结构的圆形顶部是使用埋弧焊和气 保护焊方法焊接而成的，使用射线探伤机进行检验的。 1984 年：前苏联女宇航员Svetlana Savitskaya 在太空中进行焊接试验。 1988 年：焊接机器人开始在汽车生产线中大量应用。
工艺措施3选择合理的焊接顺序323减小和控制焊接应力与变形的措施323减小和控制焊接应力与变形的措施32焊接力学基础工艺措施3选择合理的焊接顺序323减小和控制焊接应力与变形的措施323减小和控制焊接应力与变形的措施32焊接力学基础工艺措施3选择合理的焊接顺序323减小和控制焊接应力与变形的措施323减小和控制焊接应力与变形的措施32焊接力学基础工艺措施4反变形法323减小和控制焊接应力与变形的措施323减小和控制焊接应力与变形的措施32焊接力学基础钢板对接反变形工艺措施5刚性固定法323减小和控制焊接应力与变形的措施323减小和控制焊接应力与变形的措施32焊接力学基础刚性固定法焊接法兰盘工艺措施5刚性固定法323减小和控制焊接应力与变形的措施323减小和控制焊接应力与变形的措施32焊接力学基础工艺措施6锤击或碾压焊缝法每焊完一道焊缝后当焊缝处于高温时用小锤对焊缝进行均匀适度的锤击能够使焊缝金属在高温塑性好的时段得以延伸从而减少应力和变形
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熔化焊：将工件局部加热到熔化状态，形成熔池，冷却结
焊接的分类
晶后形成焊缝，被焊工件结合成不可分离的整体。常见有电 弧焊、气焊、电渣焊、等离子焊、电子束焊、激光焊等。
压焊：无论加热与否，均需要加压的焊接方法。常见的有
电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊和爆炸焊等。
钎焊：采用熔点低于被焊金属的钎料熔化以后，填充接头
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 2．致密性检验 （2）气压试验 检查低压容器、管道和船舶舱室等的密封性。 试验时将压缩空气注入容器或管道，在焊缝表 面涂抹肥皂水，以检查渗漏位置。也可将容器或 管道放入水槽，然后向焊件中通入压缩空气，观 察是否有气泡冒出。
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 2．致密性检验 （3）煤油试验 用于不受压的焊缝及容器的检漏。 方法是在焊缝一侧涂上白垩粉水溶液，待干燥 后，在另一侧涂刷煤油。若焊缝有穿透性缺陷， 则会在涂有白垩粉的一侧出现明显的油斑，由此 可确定缺陷的位置。如在15～30min内未出现油 斑，即可认为合格。
焊接电弧
电弧特点：电压低、电流大、温度高、能量密 度大、移动性好等，一般20～30V的电压即可 维持电弧的稳定燃烧，而电弧中的电流可以从 几十安培到几千安培以满足不同工件的焊接要 求，电弧的温度可达5000K(开)以上，可以熔 化各种金属。 K(开氏度)=Co 摄氏度 + 273.15
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电弧的构造
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 3.表面缺陷检查 B渗透探伤 该法只适用于检查工件表面难以用肉眼发现的 缺陷，对于表层以下的缺陷无法检出。 常用荧光检验和着色检验两种方法。
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 3.表面缺陷检查 B渗透探伤 荧光检验是把荧光液（含MgO的矿物油）涂在 焊缝表面，荧光液具有很强的渗透能力，能够渗 入表面缺陷中，然后将焊缝表面擦净，在紫外线 的照射下，残留在缺陷中的荧光液会显出黄绿色 反光。根据反光情况，可以判断焊缝表面的缺陷 状况。 荧光检验一般用于非铁合金工件表面探伤。
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 2．致密性检验 （1）水压试验 检查承受较高压力的容器和管道。 这种试验不仅用于检查有无穿透性缺陷，同时 也检验焊缝强度。 试验时，先将容器中灌满水，然后将水压提高 至工作压力的1.2～1.5倍,并保持5min以上,再降 压至工作压力,并用圆头小锤沿焊缝轻轻敲击,检 查焊缝的渗漏情况。
间隙，并与被焊金属相互扩散实现连接。钎焊过程中被焊工 件不熔化，一般没有塑性变形。
焊接的特点
（1）焊接生金属材料，结构重量轻。 （2）能制造重型、复杂的机械零部件，简化铸造、锻 造及切削加工工艺。 （3）焊接接头不仅具有良好的力学性能，还具有良好 的密封性。 （4）能够制造双金属结构，使材料的性能得到充分利 用。
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 3.表面缺陷检查 A磁粉检验 用于检验铁磁性材料的焊件表面或近表面处缺陷 （裂纹、气孔、夹渣等）。 将焊件放置在磁场中磁化，使其内部通过分布均 匀的磁力线，并在焊缝表面撒上细磁铁粉，若焊缝 表面无缺陷，则磁铁粉均匀分布，若表面有缺陷， 则一部分磁力线会绕过缺陷，暴露在空气中，形成 漏磁场，则该处出现磁粉集聚现象。根据磁粉集聚 的位置、形状、大小可相应判断出缺陷的情况。
焊接成形过程特性和理论基础
焊接成形过程特性和理论基础
焊接---是一种永久性连接金属材料的工艺方法。 焊接的实质---用加热或加压等手段，借助于金属原
子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接 起来。
焊接方法---三大类： 熔化焊、压力焊及钎焊。
应用---在机械制造业中以熔化焊的应用最为广泛。 焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、 航空及航天工业等应用十分广泛。
最小电压原理：弧柱在稳定燃烧的时候，有一种使自身能量消耗最小 的特性，即当电流和电弧周围条件一定时，稳定燃烧的电弧将自动选 择一个确定的导电截面，使电弧的能量消耗最小。
焊接电弧
弧焊电源： 焊接电弧所使用的电源称为弧焊电源。 通常可分为四大类： 交流弧焊电源 直流弧焊电源 脉冲弧焊电源 逆变弧焊电源
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 3.表面缺陷检查 B渗透探伤 着色检验是将着色剂（含有苏丹红染料、煤油、 松节油等）涂在焊缝表面，遇有表面裂纹，着色 剂会渗透进去。经一定时间后，将焊缝表面擦净， 喷上一层白色显像剂，保持15～30min后，若白 色底层上显现红色条纹，即表示该处有缺陷存在。
电弧组成：阴极区、阳极区、弧柱区三部分，如图3-1所示。
阴极：发射电子 36％ 阳极：电子撞击 43％平2600K。 弧柱区： 21％ 6000-8000K
焊接电弧
阴极区发射电子，因而要消耗一定的能量， 所产生的热量占电弧热的36%左右；在阳 极区，由于高速电子撞击阳极表面并进入 阳极区而释放能量，阳极区产生的热量较 多，占电弧热的43%左右。用钢焊条焊接 钢材时阴极区平均温度为2400K，阳极区平 均温度为2600K。弧柱区的长度几乎等于电 弧长度，热量仅占电弧热的21%(消耗的能 量最小，转化成的热量最少），而弧柱区 的温度可达6000K～8000K。
焊接的特点
永久性连接。
(6）缺点：
（5）可实现不同材料的连接成型，是不可拆卸的
A、焊接结构不可拆卸，给维修带来不便；
B、焊接结构中存在焊接应力和变形；
C、接头的组织性能往往不均匀，并会产生裂纹、
夹渣、气孔等焊接缺陷，从而引起应力集中，降 低承载能力
焊接电弧
焊接电弧 电弧：一种强烈而持久的气体放电现象，正负 电极间具有一定的电压，而且两电极间的气体 介质应处在电离状态。引燃焊接电弧时，通常 是将两电极（一极为工件，另一极为填充金属 丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离， 两极相互接触时发生短路，形成电弧。这种方 式称为接触引弧。电弧形成后，只要电源保持 两极之间一定的电位差，即可维持电弧的燃烧。
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 内部缺陷无损探测 B.射线探伤 利用X射线或γ 射线照射焊缝，根据底片感光程 度检查焊接缺陷。 由于焊接缺陷的密度比金属小，故在有缺陷处 底片感光度大，显影后底片上会出现黑色条纹或 斑点，根据底片上黑斑的位置、形状、大小即可 判断缺陷的位置、大小和种类。X射线探伤宜用 于厚度50mm以下的焊件，γ 射线探伤宜用于厚 度50～150mm的焊件。
焊接质量检验
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法： 内部缺陷无损探测 A.超声波探伤 该法用于探测材料内部缺陷。当超声波通过探头从 焊件表面进入内部遇到缺陷和焊件底面时，分别发生 反射。反射波信号被接收后在荧光屏上出现脉冲波形， 根据脉冲波形的高低、间隔、位置，可以判断出缺陷 的有无、位置和大小，但不能确定缺陷的性质和形状。 超声波探伤主要用于检查表面光滑、形状简单的厚 大焊件，且常与射线探伤配合使用，用超声波探伤确 定有无缺陷，发现缺陷后用射线探伤确定其性质、形 状和大小。
直流焊机极性接法
直流正接：工件接阳极，焊条接阴极。适用于工 件受热较大，焊接厚大工件。 直流反接：焊条接阳极，工件接阴极。适用于工 件受热较小，焊接薄小工件。
手工电弧焊的冶金过程
焊接过程
在焊接之前和焊接过程中，应对影响焊接质量 的因素进行认真检查，以防止和减少焊接缺陷的 产生； 焊后应根据产品的技术要求，对焊接接头的缺 陷情况和性能进行成品检验，以确保使用安全。 焊后成品检验可以分为破坏性检验和非破坏性 检验两类。 破坏性检验主要包括焊缝的化学成分分析、金 相组织分析和力学性能试验，主要用于科研和新 产品试生产； 非破坏性检验的方法很多，由于不对产品产生 损害，因而在焊接质量检验中占有很重要的地位。
焊接质量检验
焊接质量检验
常用的非破坏性检验方法：
1.外观检验 用肉眼或借助样板、低倍放大镜（5～20倍） 检查焊缝成形、焊缝外形尺寸是否符合要求， 焊缝表面是否存在缺陷，所有焊缝在焊后都要 经过外观检验。
常用的非破坏性检验方法： 2．致密性检验 对于贮存气体、液体、液化气体的各种容器、 反应器和管路系统，都需要对焊缝和密封面进行 致密性试验，常用方法如下： （1）水压试验 （2）气压试验 （3）煤油试验