焊接科学与工程1焊接科学与工程-第一章
焊接技术与工程学
焊接技术与工程学焊接技术与工程学是一门涉及金属材料加工与连接的技术学科，它在工业生产中起着至关重要的作用。
本文将从焊接技术的基本原理、应用领域以及未来发展方向等方面进行探讨。
我们来了解一下焊接技术的基本原理。
焊接是指通过加热或施加压力，在金属材料表面形成熔融池，并使其冷却凝固，从而实现金属材料的连接。
焊接可以分为熔化焊和压力焊两大类。
熔化焊是最常见的焊接方法，包括电弧焊、气体焊、激光焊等。
压力焊则是通过施加压力将金属材料连接在一起，例如冷焊和超声波焊等。
焊接技术在工程学中的应用非常广泛。
在制造业中，焊接是连接金属材料的常用方法，用于制造各种产品，如汽车、船舶、飞机、建筑结构等。
此外，焊接技术还广泛应用于能源行业，如核能、石油化工等。
在航天航空领域，焊接技术的高强度和高可靠性要求使其成为关键的工艺之一。
总之，焊接技术在各个领域都发挥着重要的作用，对于提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。
随着科学技术的不断发展，焊接技术也在不断创新与进步。
未来，焊接技术的发展趋势主要集中在以下几个方面。
首先，高效、环保的焊接方法将得到更广泛的应用。
例如，激光焊接具有高能量密度、热影响区小的特点，可以实现高速、高质量的焊接。
其次，智能化焊接系统将得到进一步改进和推广。
自动化、智能化的焊接系统可以提高生产效率，减少人为操作的误差。
再次，焊接材料的研发将成为焊接技术的重要方向。
新型焊接材料的研究可以提高焊接接头的强度和耐腐蚀性能，满足各种特殊环境下的应用需求。
最后，焊接过程的监测与控制也是未来的研究热点。
通过实时监测焊接过程中的参数，可以及时发现问题并进行调整，提高焊接质量和稳定性。
焊接技术与工程学是一门重要的学科，它在各个行业中都起着不可替代的作用。
随着科技的不断进步，焊接技术也在不断创新与发展。
未来，随着新材料、新工艺的不断涌现，焊接技术将会迎来更广阔的发展空间，为各行各业的发展提供更好的支撑和保障。
焊接自动化技术及应用1第一章 传感器
• 常见的有电感式传感器、光栅传感器等。
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1.3 位移传感器
一、 差动变压器式位移传感器
差动变压器式位移传感器是感应式位移传感器中应用最
广的一种。
特点（优点）：具 有良好的环境适应性， 结构简单、灵敏度高、
图1-2 电容式接近开关的工作原理
6
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1.2 位置式传感器
二、电感式接近开关 电感式接近开关是一种开关量输出的位置传感器，它
由LC高频振荡器和放大处理电路组成。当金属物体靠近接 近开关时，探头产生电磁振荡，金属物体内部会产生涡流 。金属物体产生的涡流反作用于接近开关，使接近开关振 荡能量衰减，内部电路的参数发生变化，开关状态发生变 化，从而识别出金属物体。也常称为涡流式接近开关。
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1.2 位置式传感器
五、位置传感器的应用 • 位置控制在自动焊接中应用非常广泛。在直缝、环形焊缝
自动焊接和焊接生产自动流水线的工件传输，以及焊接工位 的自动转换的控制，都需要采用位置传感器。
图1-5 直缝自动焊
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图1-6 焊接工位自动转换
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1.3 位移传感器
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1.2 位置式传感器
一、电容式接近开关 电容式接近开关是利用物体间的电容变化来确定物体
位置。 根据电容的变化检测物体接近程度的方法有多种，但最
简单的方法是将电容器作为振荡电路的一部分，并设计成 只有在传感器的电容值超过预定阈值时才产生振荡，然后 再经过变换，使其成为输出电压，用以确定被检测物体的 位置。
焊接物理冶金 第一、二章课件
图1-13 焊接参数对温度场分布的影响（10mm厚的低碳钢板） a) q=常数, v的影响;b) v=常数, q及v等比例变化时对温度场的影响
图1-14 在相同的热功率q、热源移动速度v和相同板厚δ条 件下，不同材料板上移动线热源周围的温度场
图1-16 焊接热循环的参数
图1-15 距焊缝不同各点的焊接热循环
表0-2 低碳钢熔敷金属成分及性能变化（同一焊丝）
图0-13 细晶粒低碳钢焊接接头各部位的临界COD值（手弧焊） 1—母材； 2—250℃预热应变的母材； 3—细晶粒的HAZ 4—粗晶粒的HAZ； 5—焊缝（1.58KJ/cm）
焊缝裂纹
火口裂纹
裂纹断裂表面
HAZ裂纹
HAZ裂纹
焊缝气孔
图？ 双椭圆分布热源示意图
图？ 半椭球体分布热源示意图
图？ 双椭球体分布热源示意图
图？ 手工电弧焊原理
第三章 焊缝金属
q 4200W , 0.42W /(cm C ), 0.1cm2 / s
b0 28 10 4 / s, 1cm
图1-9 薄板焊接时的温度场
a) xOy面上平行x轴的温度分布 b) xOy面上的等温线 c) xOy面上平行y轴的温度分布
图1-10 中厚焊件焊接时的温度场
1—焊缝
图0-12 熔焊接头示意 2—熔合区 3—热影响区
图0-2 手工电弧焊接头
图0-13 熔合区
图0-14 熔合线
表0-1 焊接热源能量密度与熔透区截面形状
图0-4 气体保护焊接头
图0-7 电子束焊接头
三、金属的焊接性
1. 焊接冶金问题的提出 （1）焊缝的化学成分、组织及性能与母材有较大的差别； （2）即使焊缝的化学成分与母材相同，但组织和性能不同 （3）HAZ经历了特殊的热循环，组织和性能明显变化； （4）熔合区存在明显的成分、组织及性能的不均匀性； （5）焊接接头易出现裂纹、气孔缺陷。 2. 金属的焊接性的意义 定义：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整 的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。金属焊接性包括 结合性能（裂纹、气孔、夹渣等）和使用性能（力学性能、 耐蚀性能、耐磨性能等） 两方面。 金属焊接性问题主要来源于焊接冶金特点，从焊接冶金 角度可揭示金属焊接性的本质。
焊接技术与工程一级学科
焊接技术与工程一级学科焊接技术与工程是机械工程和材料科学领域的交叉学科，它涉及到金属和非金属材料的连接、结构设计与分析、焊接工艺与设备、焊接自动控制、焊接材料、焊接质量与检测等内容，是现代工程技术中至关重要的学科领域。
随着工业现代化的发展，焊接技术已经成为各行业制造与生产中不可或缺的重要环节，其在汽车制造、航空航天、能源、化工、建筑等领域都具有广泛的应用。
一、焊接技术与工程的学科发展历史焊接技术自古至今一直伴随着人类的生产活动。
早期的焊接方法主要包括铁锤打熔焊、火焰加热焊接、铸铁焊接等。
进入现代工业时期，随着金属材料的广泛应用和工业生产的发展，焊接技术不断提升和完善。
20世纪初，电弧焊接技术的发明开创了现代焊接技术的先河，焊接技术开始进入电气化、自动化和数字化的新阶段。
随着激光焊、等离子焊、激光-电弧复合焊等新技术的不断涌现，现代焊接技术在机器人化、智能化、高效化方向迈进了新的步伐。
二、焊接技术与工程的研究领域焊接技术与工程的研究领域十分广泛，主要包括焊接材料、焊接工艺、焊接设备与自动化、焊接结构设计、焊接质量与检测等方面。
在焊接材料方面，研究者着重于通过合金设计和改进材料组织来提高焊接材料的性能，包括焊接耐热合金、焊接耐蚀合金、耐磨焊接材料等。
在焊接工艺方面，研究者关注焊接过程中的热-力耦合、热量输入和熔池形成等问题，以获得高质量的焊接接头。
而焊接设备与自动化研究主要集中在焊接设备的自动控制、工艺参数的实时调整、焊接过程监测与智能化控制。
焊接结构设计方面的研究则侧重于焊接接头强度分析、疲劳寿命预测、焊接连接设计等。
焊接质量与检测方面的研究关注焊接接头的缺陷检测、残余应力测量、无损检测技术等。
三、焊接技术与工程的未来发展方向未来，随着工业技术的不断发展和对产品质量要求的日益提高，焊接技术与工程将朝着数字化、智能化、高效化方向不断迈进。
数字化技术将广泛应用于焊接设计、焊接工艺规划与模拟、焊接质量监测与控制中，以实现焊接过程的数字化管理与优化。
焊工工艺学第五版教学课件第一章 焊接技术概述
焊接技术的应用 a）多丝埋弧焊 b）焊接机器人在汽车制造业中的应用 c）三峡水轮机转轮 d）北京奥运会主体育场“鸟巢”
§1-1 焊接技术及发展概况
四、焊接技术的应用与发展
已广泛应用于航空、石油化工机械、矿山机械、起重机械、建筑 及国防等各工业部门，并成功地完成了不少重大产品的焊接，如直径为 15.7 m 的大型球形容器、万吨级远洋考察船“远望号”。
31 第 一 章 焊 接 技 术 概 述
正常焊接时的电弧 a）焊条与焊件垂直 b）焊条与焊件倾斜
§1-2 常用焊接热源
4．焊接电弧的稳定性 但在实际焊接中，由于电弧周
围气流的干扰、磁场的作用或焊条 偏心的影响，会使电弧中心偏离电 极轴线的方向，这种现象称为电弧 偏吹，如图2所示为磁场作用引起 的电弧偏吹。
第一章 焊接技术概述
1 第一章 焊接技术概述
§1-1 焊接技术及发展概况
在工业生产中，经常需要将两个或两个以上的零件按一定的形式 和位置连接起来，根据连接的特点，可以将其分为两大类：一类是可拆 卸连接，即不必毁坏零件就可以进行拆卸，如螺纹连接、键连接等；另 一类是永久性连接，只有在毁坏零件后才能进行拆卸，如铆接、焊接等， 其中应用最广泛的是焊接。据不完全统计，全世界年钢产量的50% 要经 过焊接加工出成品。
（1）弧焊电源的影响 （2）焊接电流的影响 （3）焊条药皮或焊剂的影响
30 第 一 章 焊 接 技 术 概 述
§1-2 常用焊接热源
4．焊接电弧的稳定性
（4）焊接电弧偏吹的影响 在正常情况下焊接时，电弧的 中心线总是保持着沿焊条（丝）电 极的轴线方向。即使当焊条（丝） 与焊件有一定倾角时，电弧也会跟 着电极轴线的方向而改变，如图所 示。
15 第 一 章 焊 接 技 术 概 述
焊接技术与工程专业课程
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一、焊接技术与工程专业课程有哪些计算机应用基础、机械制图、计算机辅助设计、工程力学、电工学与电子学、金属材料学及热处理、机械原理与机械零件、焊接方法与设备、焊接结构生产、熔焊原理及金属材料焊接性、弧焊电源、焊接生产检验、教育学、心理学、普通话语言等。
二、焊接技术与工程专业焊接技术具有裁缝之称。
**类高等学校设置不尽相同。
焊接本科专业为哈工大为最强，有焊接系，本科毕业授予本科毕业证、工学学士证，部分毕业生授予国际焊接工程师证。
很多985、211高校只设置焊接方向的硕士专业、博士专业。
比如华南理工大学没有焊接本科专业、专业，只有焊接方向的硕士专业、博士专业。
焊接技术与工程专业一般对于中专技校生而设置，培养适应焊接生产、管理、服务第一线需要的，德、智、体、美等方面全面的专业人才.
三、焊接技术与工程专业就业方向和前景焊接技术与工程专业是一个技术性较强、知识面相对集中的一个专业，目前全国只有**大学等少数几所高校开办了焊接技术与工程专业，每年的毕业生人数较少，而近几年来，一方面，国家对特种设备行业了管理和监督，另一方面，大量外资制造业和技术服务业的涌进,使焊接专业人员更加稀缺.
焊接技术与工程专业的毕业生可以在航空航天、能源、电力电器等领域从事焊接工程相关的科学研究、技术开发、设计制造等;也能在生产第一线从事材
料热加工领域内的设计制造、试验研究、科技开发与管理以及从事材料成型与控制和计算机科学与技术的教学、科研、开发和管理等工作,或就业于石油、化工、锅炉、压力容器、航空航天、电子通讯、船舶制造、汽车制造等领域的研究机构或大型国营企业、外资与合资企业以及府相关职能部门。
ﻭ名单。
金属熔焊原理及材料焊接第一章-焊接热源及其作用
焊接热源
焊接的发展趋势：焊接技术逐步向高效率、高质量、低 成本、降低劳动强度、降低能耗的方向发展。
热源的性能不仅影响焊接质量，而且对焊接生产率有着 决定性作用。
作为焊接热源应当是：能量高度集中、快速实现焊接过 程，并保证得到致密而强韧的焊缝和最小的热影响区。
焊接热源
满足焊接条件的热源：
电弧热：利用气体介质中放电过程所产生的热能
• 焊接温度场：某一瞬时焊件上各点的温度分布
等温线或等温面：把焊件上瞬时温度相同的各点 连接在一起。 各等温线或等温面彼此间不能相交，存在一定的 温度差。
焊接温度场的类型： • 稳定温度场：焊接温度场各点的温度不随时间变动。 • 非稳定温度场：各点温度随时间而变动。 • 准稳定温度场：功率恒定的热源在工件上作匀速直线运
• 思考：调整焊接热循环的方法有哪些？
本章结束
源的典型焊接方法有哪些？
焊接热循环：在焊接热源作用下，焊件上某一点的温度随
时间的变化过程。
焊接热循环是描述焊接过程中热源对被焊金属的热作用。距焊缝不同 距离的各点，所经历的热循环不同。距焊缝越近的点，加热的最高温度 越高；越远的点，加热的最高温度越低。
焊接热循环的主要参数：
• 加热速度ωH
晶粒
• 最高加热温度Ｔm 大小
化学热：助燃和可燃气体（氧、乙炔）的燃烧火焰或铝、镁 热剂进行化学反应 电阻热：电流通过导体时产生的电阻热 摩擦热：机械摩擦而产生的热能作为焊接热源
等离子弧焊：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流 电子束焊：高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局 部表面，动能转化为热能
激光焊：受激辐射而使放射增强的光，经聚焦产生能量高 度集中的激光束。
电阻焊接过程
焊接技术与工程一级学科
焊接技术与工程一级学科
（原创实用版）
目录
1.焊接技术与工程的定义和概述
2.焊接技术与工程的主要研究领域
3.焊接技术与工程的重要性和应用
4.焊接技术与工程的发展趋势
正文
焊接技术与工程是一级学科，主要研究焊接原理、焊接方法、焊接设备和焊接质量控制等方面的知识。
焊接技术与工程是一门交叉学科，涉及材料科学、机械工程、电子技术等多个领域。
焊接技术与工程的主要研究领域包括：焊接原理、焊接方法、焊接设备、焊接质量控制、焊接结构和焊接材料等。
焊接原理主要研究焊接过程中的物理和化学变化；焊接方法主要研究不同材料和结构的焊接方式；焊接设备主要研究焊接设备的设计、制造和运行；焊接质量控制主要研究焊接质量的评价和控制方法；焊接结构主要研究焊接结构的设计、制造和运行；焊接材料主要研究焊接材料的性能和应用。
焊接技术与工程具有重要的应用价值。
焊接技术与工程的应用领域非常广泛，涉及到航空航天、汽车制造、船舶制造、电子设备制造、建筑工程等各个领域。
焊接技术与工程的进步可以提高焊接质量和效率，降低生产成本，提高产品的竞争力。
焊接技术与工程的发展趋势包括：高效焊接、自动化焊接、智能化焊接和绿色焊接等。
高效焊接主要研究提高焊接速度和降低焊接能耗；自动化焊接主要研究自动化焊接设备和控制系统；智能化焊接主要研究利用人工智能技术提高焊接质量和效率；绿色焊接主要研究降低焊接过程中的环境污染和资源消耗。
焊接技术与工程是一级学科，主要研究焊接原理、焊接方法、焊接设备和焊接质量控制等方面的知识。
1_焊接概念及焊接原理
二、焊接热源及焊接方法
电弧热：利用气体介质中的电弧放电过程所产生的热能作为 热源（手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊、TIG/MIG、MAG等） 化学热：利用可燃气体（液化气、乙炔）或铝、镁热剂与氧 或氧化物发生强烈反应时所产生的热能作为热源（气焊、热 剂焊） 电阻热：利用电流通过导体及其界面时所产生的电阻热作为 焊接热源（电阻焊和电渣焊、高频感应热） 摩擦热：由机械高速摩擦所产生的热能作为热源（摩擦焊、 搅拌摩擦焊） 电子束：在真空中利用高压下高速运动的电子猛烈轰击金数 局部表面，使动能转换为热能（电子束焊） 激光束：利用受激辐射而增强的光，经聚焦产生能量高度集 中的激光束作为焊接热源（激光焊接与切割） 等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它 本身携带大量的热能和动能，利用该能量可作为焊接热源。
§1.2.2 焊接化学冶金
熔焊时，焊接区内的各种物质，即液态金 属、熔渣和气相之间在高温下进行的极为 复杂的物理化学变化的过程，称为焊接化 学冶金过程。焊接化学冶金过程对焊缝金 属的成分、性能、焊接缺陷（如气孔、裂 纹等）以及焊接工艺性能都有重要的影响。
一、焊接化学冶金的特点 1、焊接区金属的保护 必要性：如果在空气中不采用任何保护方式进行焊接， 主要带来两方面的问题。 （1）焊接工艺性能差 光焊丝无保护焊接时电弧空间电离 度低，电弧不稳定，飞溅大，焊缝表面质量差，焊缝易产 生各类气孔。 （2）焊缝金属成分和性能变化大 光焊丝无保护焊接所得 到的焊缝金属与母材和焊丝相比，其成分和性能都发生了 较大变化。因高温熔化的金属与周围空气中的气体发生剧 烈反应，使焊缝金属中氧和氮的含量显著增加，而锰、碳 等合金元素由于蒸发和烧损而减少，这使得焊缝金属的塑 性和韧性显著降低，但由于氮的强化作用，焊缝金属强度 的变化不大。
第一章焊接电弧
热发射：当所用的电极是热阴极型且电流较大时， 主要依靠热发射向电弧提供电子； 场致发射而当所用的电极是冷阴极型时，热发射不 能提供足够的电子，此时场致发射起主要作用； 碰撞发射由于焊接电弧的阴极区前面有大量正离子 聚集，形成具有一定强度的电场，能使正离子加速 撞击阴极，因而在一定条件下，粒子碰撞发射能够 成为向电弧提供导电所需电子的主要途径； 光发射：在阴极电子发射中则居于次要地位。
子状态的气体也可以直接被电离。但由于一般情 况下电子脱离气体分子需要克服原子对电子和分 子对电子的两层约束，因此分子状态时的气体电 离电压比原子状态时的电离电压值要高一些。 例如氢原子为13.5V，而氢分子为15.4V。但 是有些气体分子的电离电压反而比原子的电离电 压低，如NO分子的电离电压为9.5V，而N原子 和O氧子的电离电压分别为14.5V和13.5V。
1.1.3 电弧中带电粒子的消失
电弧导电过程中不仅有带电粒子的产生过程，而且 有带电粒子的消失过程，而且，当电弧稳定燃烧时这两 个过程处于动态平衡状态，即在单位时间内产生的带电 粒子数目等于消失的带电粒子的数目。 主要有两种方式： “扩散”：即带电粒子离开它们原来的地方，而逃逸到 电弧的四周，不再参加放电过程； “复合”：即正的带电粒子和负的带电粒子结合成中性 的原子或分子，这里既有电子与正离子的复合，也有负 离子与正离子的复合。在复合的过程中释放出大量的热 和光。包括：空间复合和电极表面复合。
2.电子的发射
电极表面接受一定外加能量作用，使其 内部的电子冲破电极表面的束缚而飞到电弧 空间的现象称为电子发射。 电子发射在阴极和阳极皆可能发生，但 是从阳极发射出来的电子因受到电场的排斥， 不能参加导电过程，只有从阴极发射出的电 子，在电场的作用下才能参加导电过程。
第一章焊接检验过程及质量检验教案
第一章焊接检验过程及质量检验教案第一章焊接检验过程及质量检验第一节焊接检验的主要内容教学目的：1、掌握焊接缺陷的概念及分类2、掌握焊接检验的主要内容3、了解焊接检验过程教学重点：1、焊接缺陷的概念及分类2、焊接检验的主要内容教学时数：2课时教学过程：焊接质量的检验主要分为三个阶段,焊前检查：目的是防止或减少焊接过程中出现缺陷的可能性。
焊接过程中检验：其目的是及时发现焊接过程中的问题，随时加以纠正，同时通通过对焊接工艺实施情况的检查和焊接过程中的质量控制，防止缺陷的发生，修复缺陷，促进产品制造质量的提高。
焊后成品检验：它是焊接检验的最后一个环节,是鉴别产品质量的主要依据。
一、焊接缺陷及分类1.焊接缺陷：焊接接头中金属不连续、不致密或连接不良的现象称为焊接缺陷。
2.分类：常见焊接缺陷：(1)焊缝尺寸不符合要求主要指焊缝宽窄不一、高低不平、余高不足或过先进的焊缝尺寸过小会降低焊接接头的强度；尺寸过大会增加结构的应力和变形，导致应力集中，增加焊接工作量。
(2)咬边在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边，如图2-22所示。
它不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。
(3)焊瘤焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上，所形成金属肿瘤。
焊道不仅影响焊缝的外观，而且焊道下方往往存在未焊透缺陷，容易引起应力集中。
(4)烧穿焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿背衬焊道在焊接过程中经常发生烧穿。
(5)未焊透未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。
未焊透减弱了焊缝工作截面，造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。
（6）未熔合是指焊缝与母材或焊缝与焊缝在焊接过程中未熔合熔化结合的部分；或指点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分。
未熔合的危害大致与未焊透相同。
（7）凹坑、塌陷和不完整焊接凹坑是指在焊缝表面或背面形成的低于母材表面的凹坑面的局部低洼部分。
焊接培训3-_焊接工艺基础知识(1)
1 焊接培训31.1 焊接接头的种类及接头型式用焊接方法连接的接头称为焊接接头（简称为接头）。
它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成。
在焊接结构中焊接接头起两方面的作用，第一是连接作用，即把两焊件连接成一个整体；第二是传力作用，即传递焊件所承受的载荷。
根据GB/T3375—94《焊接名词术语》中的规定，焊接接头可分为10种类型，即对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底接头，如图1。
其中以对接接头和T形接头应用最为普遍。
(一)对接接头两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。
在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。
钢板厚度在6mm以下，除重要结构外，一般不开坡口。
厚度不同的钢板对接的两板厚度差(δ—δ1)不超过表1—1规定时，则焊缝坡口的基本形式与尺寸按较厚板的尺寸数据来选取；否则，应在厚板上作出如图1—1所示的单面或双面削薄；其削薄长度L≥3(δ—δ1)。
图1—1 不同厚度板材的对接(a)单面削薄， (b)双面削薄表1-1(二)角接接头两焊件端面间构成大于30°、小于135°夹角的接头，叫做角接接头，见图1—2。
这种接头受力状况不太好，常用于不重要的结构中。
图1—2 角接接头(a)I形坡口； (b)带钝边单边V形坡口(三)T形接头一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头，叫做T形接头，见图1—3。
图1—3 T形接头(四)搭接接头两件部分重叠构成的接头叫搭接接头，见图1—4。
图1—4 搭接接头(a)I形坡口， (b)圆孔内塞焊； (c)长孔内角焊搭接接头根据其结构形式和对强度的要求，分为不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊三种形式，见图1—4。
I形坡口的搭接接头，一般用于厚度12mm以下的钢板，其重叠部分≥2(δ1+δ2)，双面焊接。
这种接头用于不重要的结构中。
最新焊接冶金与焊接性 刘会杰 第1章 焊接材料的组成及作用新教学讲义ppt课件
正常焊接时的温 度 /K
3400 2300 6000 6400 8000 —
18000～24000 — —
20921-1a
3. 焊接方法的种类和特点
20921-1a
图0-4 不同焊接方法对工 件的热输入及其影响
3. 焊接方法的种类和特点
(2) 熔焊方法的特点 不同的焊接方法由于具有不同的热源 特性，因而具有不同的焊接特点。 1) 气焊。 2) 焊条电弧焊。 3) 埋弧焊。 4) 熔化极气体保护焊。 5) 钨极气体保护焊。 6) 等离子弧焊。 7) 电子束焊。 8) 激光束焊。
埋弧 焊
熔化 极气
体保 护焊
钨极 气体
保护 焊
等离 子
弧焊
电子 束焊
激光 束焊
碳钢 ≤3
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3～6 ●
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6～19 ●
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≥19 ●
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低合 ≤3
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金钢
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3～6
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6～19
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≥19
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4. 焊接温度场和焊接热循环
表0-2 与典型材料种类和厚度相对应的推荐焊接方法
4. 焊接温度场和焊接热循环
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图0-7 焊接参数对温度场特征的影响 a)焊速v的影响 b)功率q的影响 c)q与v等比例变化的影响
焊接技术与工程一级学科
焊接技术与工程一级学科摘要：1.焊接技术与工程一级学科简介2.焊接技术与工程的学科体系3.焊接技术与工程的应用领域4.焊接技术与工程的发展趋势和前景5.焊接技术与工程的国内外研究现状6.焊接技术与工程的培养目标和课程设置7.焊接技术与工程的就业方向和前景正文：焊接技术与工程是一门涉及材料科学、机械工程、化学等多个学科领域交叉的综合性学科，具有广泛的应用前景。
本文将对焊接技术与工程一级学科进行简要介绍。
1.焊接技术与工程一级学科简介焊接技术与工程是一门研究焊接过程的原理、方法、工艺及设备，以及焊接结构设计与制造的学科。
焊接技术广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、建筑等各个领域，为我国的现代化建设做出了巨大贡献。
2.焊接技术与工程的学科体系焊接技术与工程学科主要包括焊接原理与工艺、焊接结构设计与计算、焊接材料、焊接设备及自动化、焊接质量控制与检测等方面的内容。
3.焊接技术与工程的应用领域焊接技术与工程在国民经济各个领域具有广泛的应用，如航空航天、船舶海洋工程、汽车制造、建筑结构、能源装备、钢铁建筑等。
4.焊接技术与工程的发展趋势和前景随着新材料的不断开发与应用，焊接技术与工程将面临更高的技术要求，如高效、绿色、智能化等方向发展。
焊接技术与工程领域将会有更大的发展空间。
5.焊接技术与工程的国内外研究现状国内外学者在焊接技术与工程领域取得了丰硕的研究成果，包括焊接方法的创新、焊接设备的研发、焊接质量的提高等方面。
6.焊接技术与工程的培养目标和课程设置焊接技术与工程的培养目标主要是培养具备焊接技术与工程方面的基本理论和实践能力，能在焊接技术与工程领域从事设计、制造、研究、教育等方面工作的高级工程技术人才。
课程设置包括材料科学基础、焊接原理与工艺、焊接结构设计与计算、焊接材料、焊接设备及自动化等方面的内容。
7.焊接技术与工程的就业方向和前景焊接技术与工程专业的毕业生主要就业方向有：焊接技术与工程领域的研究、设计、制造、管理等方面的工作。
第一章 电弧焊基础知识
下面为冷金属过渡过程及其所焊的铝合金薄板对接焊缝。 下面为冷金属过渡过程及其所焊的铝合金薄板对接焊缝。
瑞典ESAB公司发展的 瑞典ESAB公司发展的super pulse技术，在一个电流周期内可以采 公司发展的super pulse技术 技术， 用不同熔滴过渡形式的组合，即正、 用不同熔滴过渡形式的组合，即正、负半波可以分别采用不同的熔滴过 渡形式，使焊缝成形比以往更加美观、精确并且容易控制、飞溅极少。 渡形式，使焊缝成形比以往更加美观、精确并且容易控制、飞溅极少。 焊缝成形更多地依靠机器来完成， 焊缝成形更多地依靠机器来完成，大大降低了人为因素对焊缝成形的影 降低对焊工操作技能培训的要求，不但节省了生产成本， 响、降低对焊工操作技能培训的要求，不但节省了生产成本，而且使以 往难于解决的焊接问题（如极薄的铝或不锈钢板的MIG焊 变得简单， 往难于解决的焊接问题（如极薄的铝或不锈钢板的MIG焊）变得简单， 焊缝质量的稳定性、再现性得到极大的提高。 焊缝质量的稳定性、再现性得到极大的提高。 点击看双脉冲（ pulse）过渡技术（瑞典ESAB公司 公司）。 点击看双脉冲（super pulse）过渡技术（瑞典ESAB公司）。 点击了解冷金属过渡（CMT）技术（奥地利Fronius公司） 公司） 点击了解冷金属过渡（CMT）技术（奥地利Fronius公司
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第一节
焊接电弧
弧柱区 阳极区
二、焊接电弧的导电特性
电弧的三个区域：阴极区 电弧的三个区域： （一）弧柱区的导电特性 热电离是弧柱部分产生带电粒子的主要途径 （二）阴极区的导电特性
（阴极区长度10-5～10-6cm ,阴极区压降约为106～107 V/cm） 阴极区长度10 ,阴极区压降约为 阴极区压降约为10 V/cm）
焊接方法与设备-1焊接电弧
3.复合
电弧空间的正负带电粒子（正离子、负离子、电子）， 在一定条件下相遇而互相结合成中性粒子的过程称为 复合，放热反应。
.
§1-1 电弧的导电机理
复合条件
3kT 2
e
40
在电弧中心部分由于温度较高，所有粒
子的热运动能量很高，不可能产生复合。在
电弧周边由于粒子温度较低，动能较小，由
于扩散作用而存在一部分电子和负离子，如
主要问题：激励能、激励与电离关系、激励作用
2.能量传递方式
.
§1-1 电弧的导电机理
碰撞传递
粒子之间以相互碰撞传递能量的形式称为碰撞 传递。 碰撞 弹性 E1+E2=E1’+E2’ (低动能时)
非弹性 E1+E2=E1’+E2’+ΔE (高动能时) ΔE〉W激励 发生激励 ΔE〉W电离 发生电离。
.
§1-1 电弧的导电机 理
电场电离
带电粒子从电场中获得能量，通过碰撞而产生的电离过 程称为电场作用下的电离。
自由行程λ ：两次碰撞之间的路程长度。
Wk Ee
当某一气体中同时存在中性粒子、离子和电子 时，在一定温度和压力下它们的自由行程分别为：
e:i:grg12ng:4r1 g2ng:421rg2ng
光辐射传递
中性气体粒子可以接受外界以光量子形式所施 加的能量，提高其内能并改变其内部结构，使气体 粒子被激励或电离。
比较：在电弧燃烧过程中碰撞.传递是主要形式
§1-1 电弧的导电机 理
3.电离种类
f 热电离
电离
电场电离
T1 T2
光电离
v
热电离
T1〈T2
哈工大焊接结构教学大纲
《焊接结构力学》课程教学大纲课程中文名称：焊接结构力学课程英文名称：Mechanics of Welding Structure总学时：45 讲课学时：41 习题课学时：1实验学时：4 上机学时：0授课对象：材料科学与工程学院焊接技术与工程系先修课程：焊接电弧及弧焊方法材料力学金属力学性能一、课程教学目的本课程是焊接技术与工程专业本科生的专业基础课,内容涉及到焊接传热学和焊接结构两大方面.目的是通过焊接热过程、焊接接头和构件的应力与变形过程的分析，使学生了解焊接结构的特点、应用和可能出现的问题及其原因，从而为后续专业课程的学习奠定良好的基础。
二、教学内容及基本要求教学内容绪论焊接性分析,构件焊接性(材料—焊接适应性,设计—焊接可靠性,制造—焊接可行性)；焊接结构概述,特点,优点,应用范围；本课程的内容范围,结构和学习要求第一章焊接的热场与流场第一节基本原理焊接温度场的意义,焊接热源的类型,焊接热源的功率;热传导定律,辐射传热定律,对流传热定律,导热微分方程式,初始条件和边界条件,材料热物理性质的特征值.几何尺寸和热输入的简化模型:必要性,几何尺寸简化,热源空间尺寸形状简化,热源作用时间因素的简化,模型选择应考虑的问题,模型求解(数值解)与试验结果的比较.第二节整体温度场固定瞬时热源作用下的温度场;连续固定和移动热源下的温度场;高斯热源分布;热饱和与温度均匀化;有限尺寸影响;有限元法简介.第三节焊接熔池的热场与流场焊接电弧热源;热平衡与热流密度,熔化焊传热模型,电极熔化,母材熔化,熔化金属与母材的相互作用,焊接熔池模型,焊接电弧模型,表面张力模型,焊缝形状模型,小孔模型.第四节其它焊接过程的温度场火焰加热时的温度场,电阻加热时的温度场,摩擦生热及温度场第五节焊接热循环对母材的影响热影响区显微组织的转变,时间温度转变图,显微组织转变模型,单道焊时热循环的影响,多道焊时热循环的影响.第二章焊接应力第一节内应力的产生内应力及其产生原因,弹性热应力场,弹塑性热应力场,热力学基本方程,材料热物性和力学特征值,焊接引起的内应力.第二节收缩力与应力源模型纵向收缩力模型,横向收缩力模型,模型在圆筒和球壳上的应用,残余应力源模型.第三节焊接残余应力焊接残余应力的分布,焊缝纵向残余应力,焊缝横向残余应力,焊接相变赢利,拘束焊接赢利,点焊,喷涂及火焰切割时的残余应力;焊接残余应力的影响,残余应力的测量.第四节减少残余应力的措施必要性,设计措施,选材措施,制造工艺措施(包括焊前措施,焊时措施,焊后措施)第三章焊接变形第一节焊接变形的一些基本概念自由变形,外观变形和内部变形,焊接引起变形的种类,产生原因.第二节焊接残余变形纵向收缩变形及挠曲变形,横向收缩及坡口横向偏移,角变形,错边变形及扭曲变形,波浪变形.第三节焊接变形的测量与矫正焊接过程中应变与位移的测量,焊后变形测量.预防焊接变形的措施,焊接过程中变形的调整控制措施,焊后矫正焊接变形的方法.第四章焊接接头第一节焊接接头的一般性能焊接接头的基本概念,焊接接头的不均匀性及其力学行为,焊缝及接头的基本形式,分类及表示方法.第二节焊接接头的工作应力分布工作性能应力集中的概念,电弧焊接头的工作应力分布和工作性能,接触焊接头的工作应力分布和工作性能,铆焊联合结构与铆焊联合接头.第三节焊接接头静载强度计算工作焊缝与联系焊缝,强度计算的假设,电弧焊与接触焊接头的静载强度计算,焊缝许用应力.第五章焊接结构类型及其力学特点第一节焊接结构的基本类型焊接结构的各种分类方法及相应类型的特点,焊接结构的合理性分析.第二节焊接结构的力学特征桁架结构及其力学特征,板壳结构及其力学特征,实体结构及其力学特征.第三节焊接结构实例分析桥梁,焊接容器,机床机身,旋转体,薄板结构等.第六章焊接结构的脆性断裂第一节金属材料的脆性断裂第二节脆断事故及研究脆断的意义,脆断的形态特征及影响因素,脆性断裂的能量理论,材料断裂的评定方法.第二节焊接结构的特点及其对脆断的影响刚度大,整体性强的特点,焊接结构制造工艺特点第三节焊接结构抗开裂性能与止裂性能的评定方法脆性断裂的产生,扩展与停止,焊接接头抗开裂性能试验,止裂试验.第四节预防焊接结构脆性断裂的措施正确选材,采用合理的焊接结构设计,用断裂力学方法评定结构安全性.第七章焊接接头和焊接结构的疲劳强度第一节材料的疲劳断裂研究的意义,疲劳断裂的过程和断口特征,疲劳限和疲劳强度的表示法.第二节焊接接头疲劳强度的计算第三节断裂力学在疲劳裂纹扩展研究中的应用裂纹的亚临界扩展,疲劳裂纹扩展特性,疲劳裂纹扩展寿命的估算.第四节影响焊接接头疲劳强度的因素和改进措施应力集中的影响及降低应力集中的措施,近缝区金属性能变化的影响及材料机械性能的改善,残余应力的影响及残余应力场的调整,缺陷的影响及特殊保护措施.第八章焊接结构设计第一节焊接结构设计的一般原则焊接结构设计的一般思路,焊接结构的合理性分析,结构强度,制造工艺及经济性等,焊接结构设计中应注意的问题.第三节焊接结构设计实例：焊接机身,压力容器,薄板结构等.本课程的基本要求是：1、了解和掌握焊接热过程的分析和计算方法；2、了解焊接应力和变形产生的原因及调整和控制应力与变形的方法；3、掌握焊接接头承载能力的计算方法；4、了解焊接结构设计中应注意的问题。
焊接技术与工程一级学科
焊接技术与工程一级学科焊接技术与工程是一门重要的工程学科，专注于研究焊接工艺、焊接材料、焊接设备以及焊接工程应用等内容。
近年来，随着制造业的发展和技术的不断进步，焊接技术与工程学科在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
本文将围绕焊接技术与工程一级学科展开详细介绍，包括学科背景、研究内容、发展趋势以及学科的意义和作用。
一、学科背景焊接技术与工程作为一门交叉学科，融合了材料科学、机械工程、化学工程、电气工程等多个学科的理论和技术，是现代制造业中不可或缺的重要领域。
焊接技术与工程学科的发展受到了国家经济发展和工业制造需求的影响，在汽车制造、航空航天、船舶制造、建筑工程等领域都有广泛的应用。
学科的发展离不开人们对材料和设备的不断需求，也推动了焊接技术与工程学科的不断进步。
二、研究内容焊接技术与工程学科的研究内容主要包括以下方面：1. 焊接工艺：研究各种焊接方法和工艺参数的优化，包括电弧焊、气保护焊、激光焊、摩擦焊等各种焊接工艺。
2. 焊接材料：研究各种焊接材料的性能、选择和应用，包括焊丝、焊剂、焊条、焊盘等材料。
3. 焊接设备：研究焊接设备的设计、制造和运行，包括焊接机器人、焊接设备自动化、焊接设备智能化等方面。
4. 焊接质量控制：研究焊接质量的检测、评价和控制方法，包括焊接缺陷的预防和修复。
5. 焊接工程应用：研究焊接在工程制造、航空航天、能源设备、交通运输等领域的应用，推动焊接技术在实际工程中的应用和推广。
三、发展趋势随着科技的不断进步，焊接技术与工程学科也将朝着以下方向发展：1. 高效化：研究焊接工艺和设备的高效化技术，提高焊接效率和质量。
2. 智能化：发展焊接机器人和自动化设备，实现焊接过程的智能化控制。
3. 环保化：研究环保焊接材料和工艺，降低焊接过程对环境的污染。
4. 集成化：推动焊接技术与其他工艺的集成，满足复杂工程系统的焊接需求。
5. 专业化：发展特定领域的焊接技术，满足不同行业对焊接的专业化需求。
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4、应力集中对结构强度和寿命的影响
应力集中影响结构的精度、强度和寿命，特别低温 冲击和疲劳载荷的结构，对高碳钢和高强钢影响更大， 对高速和重载的结构强度和寿命影响突出。 焊接结构的断裂多起于焊缝与母材交界的焊趾应力 集中处或焊接缺陷应力集中处。 措施：1、结构设计中避免结构和焊接接头的不连续性 引起的应力集中 2、选择焊接性能好的母材、焊接材料、焊接方法和焊 接工艺，避免焊接工艺和缺陷引起的应力集中 因此，只有从焊接结构的设计、选材、焊接工艺多 方面进行质量控制才能确保结构的安全
响结构强度。
接头形式和焊接缺陷产生应力集中，影响结构强 度 焊接力学是焊接结构强度分析和控制基础
1.3.4焊接控制学与焊接工程控制
焊接能源的控制：对焊接能源的性能和特性的控 制，焊接参数的控制
焊接设备工程控制：焊接过程执行和协调的控制
焊接过程的自动当于物理冶金过程（热处理）
在压力焊时是加热到材料塑性状态加以压力产生塑 性变形再结晶，相当于力学冶金过程（压力加工） 是各种材料焊接性能研究、焊接材料选择、焊接方 法及工艺选择和相应焊接参数选择的基础
1.3.3焊接力学与焊接结构强度
加热区域小，温度梯度大，加热速度、最高温度 和冷却速度不均，致使接头区域产生大（残余）变 形和（残余）应力，其峰值可能达到屈服极限，影
焊接系统控制：整个焊接系统的综合和集中控制
1.3 焊接技术的学科领域及应用
1.3.5焊接与再制造过程
实现耐磨、耐冲刷、耐蚀、耐
热、隔热、导电、绝缘等特殊
功能
1.3.6焊接技术的发展
1. 焊接新能源及其方法设备的应用
高能密度等离子、电子束和激光；低耗能摩擦和搅拌摩擦
2. 焊接高效化和智能化 3. 焊接过程的计算机模拟和仿真 4. 最优化技术
1.2.1 焊接过程与焊接方法
加热时的加热温度、加热对象、加热金属状态和连接过程不同
1.2.2 焊接运动与焊接方法
焊接运动是由焊接材料送给运动和热源与工件的相 对运动来完成焊接。 手工焊 自动焊
半自动焊
1.2.3 焊接能源与焊接方法
1.3 焊接技术的学科领域及应用
焊接科学技术的发展依托于物理和能源科学的发展， 形成了几十种各具特性的焊接新方法。由于不同焊接 热源作用于不同金属的结构，产生了不同的热力学、
3、混合结构 压型--焊接联合结构
锻压--焊接结构
铸钢—焊接结构 表面复合结构 栓焊--结构 金属—非金属的复合结构
1.2 焊接过程与能源及焊接方法
材料（同或异）通过原子或分子之间的结合和扩散 形成永久连接的工艺过程—焊接
宏观、微观连接
接头可是共同熔化结晶，也可表面紧密接触，经扩 散、再结晶等物理化学过程实现焊接
1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
1、与铆接及栓接结构比较 可节省金属材料15-20% 无需钻孔加工和铆钉及螺栓螺母，节省加工和材料 密封性好 减轻结构重量—运载装备多装快跑，工程结构减轻基 础压力 结构形式设计的自由度大，应力集中小；整体性强， 现场安装工作量少，脆性整体破坏倾向大 可目测检测性低 维修难
冶金学和力学相互交叉和依存的焊接过程，形成了独
具特色的焊接物理学、焊接冶金学和焊接热力学等科 学理论，并由此指导焊接工艺、焊接设备和焊接结构 工程的发展，形成了有科学基础有广泛应用范围和发 展前景十分广阔的焊接科学与工程。
1.3.1焊接能源物理学与焊接方法
焊接能源物理学包括各种能源的本质及其在焊接 过程中的作用以及应用。焊接能源主要包括：化学
铸件、锻件
铸—焊、锻—焊
大中型工程结构、运载工具结构、容器结构
1.1.2 焊接连接与连接形式
1.1.3 焊接接头形式在结构图上的标注
1.1.4 接头形式与应力集中
1、应力集中
a max KT 2 b a 垂直于受力方向的孔径 b 平行于受力方向的孔径 KT 应力集中系数
焊接是金属连接的最重要方法。
1.1.1 机械连接与连接形式
螺栓连接——可拆卸和重装 铆接——可拆卸、不能重装
承载截面传力、适用搭接接头
1.1.2 焊接连接与连接形式
可直接连接成各种 永久性接头、不可拆卸 常拆装修理，小空间、多零件——螺栓
不常拆卸：大型机械的机体和大型部件
焊接件
反应产生的热源、光学能源、电能（电弧和电阻
热）、机械能。 能源加热最高温度、集中程度、保护状态影响焊接 质量和应用范围。 是选用、发展和研究焊接工艺和设备的基础。
1.3.2焊接冶金学与材料焊接
熔化焊过程的熔池的凝固结晶相当于化学冶金过程 （铸造） 相邻的区域材料被加热到不同温度以不同速度冷却
焊接科学与工程
第一章 材料连接与焊接
1.1 接头形式与连接方法
1.2 焊接过程与能源及焊接方法
1.3 焊接技术的学科领域及应用 1.4 材料及焊接接头性能
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1.1 接头形式与连接方法
材料连接是通过适当的手段，使两个或两个以上分 离的固态物体产生形成一个整体，从而实现物理量
的传导。
材料连接方法包括机械连接、焊接和胶接等，其中
2、接头形式的应力集中
c KT 1 2 k sin r c 焊缝余高 r 焊缝到母材的过渡半径 k 焊缝宽度系数，一般取0.7-0.8 焊缝余高过渡面与母材面的夹角
3、焊接缺陷的应力集中
a KT 1 2 r a 裂纹与受力垂直方向的 半长 r 与受力垂直方向裂纹的 尖端半径
1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
2、与锻压和铸造相比较 比铸铁节省材料50-60%，比铸钢节省30%
减轻结构重量—运载装备多装快跑，工程结构减轻基
础压力 节约固定资产投资 减少劳动量和制模工作量，缩短生产周期，提高效率 降低劳动强度，改善劳动条件，环保节能
1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
焊接结构和机械产品设计，焊接接头品质及焊接材料选 择，焊接工艺方法、过程及其参数，焊接自动化方案及 其系统设计，工厂及车间布置，生产计划、材料库存及 运输，焊接材料配方设计