焊接与切割基础知识

三、学习焊接切割安全技术的必要性 3、学习焊接安全技术的目的： 使有关管理人员，操作工人掌握操作的基本原理、 操作安全及防护的方法。严格执行《焊接与切割安全》 的标准及各项有关安全操作规程、保证安全生产以及 遇到危机情况时，能及时做出适当的处理，从而保护 操作者自己和周围人员及厂房设备不遭到损害。 4、要实现安全操作必须做到： 详细了解焊接生产过程的特点和焊接工艺、工具 及操作方法。深刻理解和掌握焊接安全技术的措施， 严格执行安全规程和实施防护措施、避免事故发生。
第三节 常用金属材料的一般知识 一、金属材料的性能： 指物理性能、化学性能、力学性能和工艺性 能。 （一） 金属材料的物理化学性能 1、密度：单位体积内的质量。 P g/cm3 (克/ 立方厘米) 2、导电性：金属传导电流的能力。电阻率越小 导电性越好。 3、导热性： 金属传导热量的性能。λ W/(m·k)热导率越大， 导热性能越好。
第二节 金属学及热处理基本知识 一、金属晶体结构的一般知识 物质—— 金属元素：特点有固定熔点，光泽、延展性、导电、 导热，温 度升高，导电性能下降。 非金属元素：特点无固定熔点，温度升高，导电性 能提。 晶体：在物质内部，原子作用有序有规则排列，并 有固定熔点， 其性能各向异性。
第二节 金属学及热处理基本知识 一、金属晶体结构的一般知识 非晶体：在物质内部，原子呈无序的堆积 ，并无固 熔点，其性能各向同性。 （一）晶体的特点：在物质内部，原子按一定规律 排列整齐，并有固定熔点，性能各向异性。 （二）典型的金属晶体结构 晶格：原子在晶体中排列规律的空间格架。 晶胞：能够完整反应晶格特征的最小几何单元。 金属原子按一定方式有规律地排列成一定空间几何 形状的结晶格子。
同素异晶转变：是金属在固态下随温度的变化，由一 种晶格转变为另一种晶格的现象。 结晶：金属由液态转变为固态的过程。 过程：由晶核产生和晶核长大。（原子由不规则排列 的液体到原子规则排列的晶体过程）。
二、合金的组织、结构及铁碳合金的基本知识 （一）合金的组织 合金：由两种金属元素或非金属元素组成的金属。 组元：组成合金最基本的独立物（金属元素、非金 属元素 、稳定化合物）。 1、固溶体：是一种物质的原子均匀地溶解在另一种 物质晶格内，形成单相晶体结构。 1）间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中。 2）置换固溶体：溶质原子代替了溶剂晶格中的原子。 溶质原子的溶入使溶剂晶格发生畸变，提高了金属 材料的力学性能。
三、学习焊接切割安全技术的必要性 1、特种作业：指容易发生人员伤亡事故，对操作者 本人、他人及周围设施的安全有极大的危害的作业。 2、学习的必要性：焊工在操作过程中，要与各种易 燃易爆气体、压力容器和电机电器设备接触。焊接过 程中又会产生有毒气体、有害粉尘、弧光辐射、高频 电磁场、噪声和射线等。 上述危害因素在一定条件下又会引起爆炸，火灾、 触电、烫伤、急性中毒、血液疾病、电光性眼炎和皮 肤病等职业病。还可能危及设备、厂房和周围人员安 全。所以焊工必须学习焊接切割安全技术。
低碳马氏体 马氏体
特点：回火后有强度高，塑 性，韧性好。
高碳马氏体 溶解过多碳，使α -fe晶格严重畸变，塑性应力增大。 （三） 铁—碳合金平衡状态图 钢：含碳量小于2.1% 铁碳合金 铸铁：含碳量在2.1%—6.7% 1538° A D 1227℃
E F 912° G p k 0 6.69 0.77 2.11 1148 ℃
第一章 焊接与切割基础知识
第一节
焊接与切割概述
一、焊接与切割的基本原理及分类 （一）基本原理 1、金属结构件联接的形式 （1）螺栓联接，特点：可拆卸，属机械性联接 （2）铆钉联接，特点：可拆卸，属机械性联接 （3）焊接联接，特点：永久性，属分子性联接 2、焊接：通过加热或加压、或两者并用、并且用 或不用填充材料，使工件达到结合的方法。 在外力的作用下，利用分子或原子的结合与扩 散作用，从而获得牢固的结合。 3、焊接的特点：节省材料，重量轻，简化加工装 配工序，接头致密性好，强度高，改善了劳动条件。
（二）焊接方法的分类 1.熔化焊：将金属联接处加热至熔化状态，不加压完 成的焊接方法。 2.压焊：将金属联接处加热至熔化状态或塑性时施加 一定压力完成的焊接方法。 3.钎焊：用比母材熔点低的金属材料作钎料，将被焊 接金属和钎料加热至高于钎料熔点低于母材熔点的 温度，利用液态钎料润湿母材填充接头间隙，并与 母材相互扩散实现联接的焊接方法。
沸腾钢 质量等级为优质 钢的屈服强度为235Mpa 屈服点的字母
2）.优质碳素钢：钢号用两位数字表示。用来制造重要机器零件，使用
前要进行热处理，来改善力学性能。 例： 45钢 含碳0.4% 08钢 含碳0.08% 16Mn钢 含碳0.16% 含锰0.7%—1.0% 50Mn钢 含碳0.5% 含锰0.7%—1.0% 20g钢 含碳0.2% g—锅炉用钢 20R钢 含碳0.2% R—压力容器用钢 2. 合金结构钢的编号 在钢中加入一种或多种合金元素的钢 例：20MnVB， 含碳0.2%、含锰1%、含矾硼0.04%—0.1% 具有良好的塑性、韧性、耐磨性和焊接性，用于高压容器。 3. 不锈钢和耐热钢的编号 不锈钢是具有抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用的钢。（含Cr≥13%） 耐热钢：指在高温下具有一定热稳定性和热强性的钢。（抗氧化高温）
二、合金的组织、结构及铁碳合金的基本知识 （一）合金的组织 2、金属化合物：两种元素的原子按一定比例相互作 用，形成一种具有金属特性的物质。 特点：熔点高、 硬度高、脆性大。
（二）钢中常见的显微组织 1.铁素体（F）：碳溶解在a-Fe中形成的间隙固溶体。 溶解碳的能力差，在723℃时，溶解0.02%的碳，室温 时0.006%。特点：强度和硬度低，塑性和韧性好。 （低碳钢） 2.渗碳体（Fe3C)(cm):含碳量为6.6%的铁与碳的化合 物。特点：熔点1227℃，硬而脆。 3.珠光体（P）：是铁素体和 渗碳体的混合物。含碳 0.8%，只有在723℃才存在。特点：在铁素体和渗碳 体之间。
（二） 回火 钢淬火后，再加热到A1以下的某温度，保温一定时间，然后冷却到室温的 过程。 目的：减少或消除产生的应力，防止工件变形和开裂，提高钢的韧性， 稳定组织。 低温回火：150°—250° 硬度降低韧性提高。 回火 中温回火： 350°—450 ° 提高弹性和屈服度 高温回火： 500°—600° 降低强度、硬度。提高塑性和韧性， 消除应力。 （三） 正火 将钢加热到A1或A㎝，保温后，然后冷却到室温的过程。（50°～70℃） 目的：细化组织，提高力学性能。 （四） 退火 将钢加热 到A3以上或A1保持一段时间，然后随炉缓慢冷却的过程。 （600 °—650 ℃ ） 目的：降低硬度，消除应力，均匀钢的组织及成分。
1、体心立方：原子位于立方体的八个顶角和立方体 的中心各含有一个铁原子。 2.面心立方：原子位于立方体的八个顶角和六个面的 中心各含有一个铁原子。 例：纯铁在常温下是体心立方晶格（α -Fe).当升温 到910℃时，有体心立方晶格转变为面心立方晶格 （r-Fe)，在升温到1390℃时，面心立方晶格又重 新转变为体心立方晶格（δ -Fe),然后一直保持到 纯铁的熔化温度。
S
727 ℃
4.3
三、钢的热处理 将金属加热到一定温度，并保持一定时间， 然后以一定的冷却速度到室温的过程。 （一）淬火 将钢加热到A1或A3以上某一温度，保持 一定时间，然后以适当的速度冷却，获得马氏 体或贝氏体组织的 热处理工艺。（主要以高、 中碳钢） 目的：把奥氏体化的钢件淬成马氏体，提高钢 的硬度、强度及耐磨性。
二、钢材和有色金属的分类、编号及性能 （一）钢材的分类 钢：含碳量在2.11%以下的铁碳合金。 黑色金属 铸铁：含碳量2.11%—6.67%的铁碳合金。
1、按化学成分： 低碳钢：含碳量小于0.25%
碳素钢
合金钢 2、按用途：
中碳钢：含碳量在0.25%—0.6% 高碳钢：含碳量大于0.6% 低合金钢：含金总量小于5% 中合金钢：含金总量在5%—10% 高合金钢：含金总量大于10%
1）接合性：在一定焊接工艺条件下，一定金属形成焊接缺 陷的敏感性。 2）使用性：在一定焊接工艺条件下，一定金属形成焊接接 头对使用要求的适应性。 焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求的影响。 3）影响焊接性的因素：一是碳，二是合金元素。 a.当含碳量增加时，钢的塑性急剧下降，并在高应力的作 用下，产生焊接裂纹的倾向也增大。 b.当合金元素增加时，焊接接头的热影响区在焊接过程中 产生硬化倾向也增大，使焊接性变差。
第三节 常用金属材料的一般知识 一、金属材料的性能： 4、热膨胀性：金属受热时体积膨胀的现象。 金属体膨胀系数是线膨胀系数 的3倍。α γ =3α t 5、熔点：金属和合金以固态向液态转变时的温 度。 6、抗氧化性：金属在高温时抵抗氧化性气氛腐 蚀作用的能力。 7、 耐腐蚀性：金属抵抗各种介质侵蚀的能力。 （大气、碱、酸、盐）
(三) 金属材料的工艺性能 工艺性能：指承受各种冷热加工的能力。 1、切削性能：金属是否容易切削的性能。若刀具磨 损小，切削力小，切削工件表面好，则此材料的切 削性能好。 2、铸造性能：指金属在液态的流动性及液态金属在 凝固过程中的收缩和偏析程度。
(三) 金属材料的工艺性能 3、 焊接性能：在一定焊接工艺条件下，获得优质 焊接接头的难易程度。
（二） 金属材料的力学性能 金属在外力作用时表现出来的性能，包括强度、塑性、硬 度、韧性及疲劳强度。 1、强度：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和破裂的 能力。 抵抗能力越大，强度越高。 1）屈服强度：钢在拉伸过程中，当拉应力达到某一数值 不再增加时，其变形却在继续增加的现象。
（N/mm2） 2）抗拉强度：钢材拉伸时，在拉断前所能承受的最大拉 应力。
碳素结构钢
结构钢
合金结构钢 碳素工具钢 工具钢
含C<0.7%
含C<0.7%
合金工具钢
特殊钢 ：不锈钢、耐热钢
3. 按品质 普通钢：含硫、磷量小于0.045% 优质钢：含硫、磷量小于0.03% 高优质钢：含硫、磷量小于0.02% （二）刚才的编号 钢中的化学元素采用化学元素符号，钢材名称用途、冶炼和浇注 方法用汉语拼音字母。 例：H—焊接用钢 F—沸腾钢 g—锅炉钢 R—压力容器用钢 A—优质钢 E—特级钢 1.碳素钢的编号 1).碳素结构钢：指含碳量小于2%的铁碳合金。一般结构钢、热 轧钢板、型钢等。 例： Q 235—A·F
（三）切割的方法和分类 切割：将整块材料分割成人们所需要的形状和大 小部分的加 工方法 1.气割：利用气体火焰热能将工件气割处预热到一定 温度后喷出高速切割纯氧气流，使其燃烧并放出热 量实现气割的方法。 2.电弧切割：利用电弧热能熔化工件切割处金属，而 实现切割的方法。 3.冷切割：利用拘束能量穿透金属而实现切割的方法。
（二）钢中常见的显微组织 4.奥氏体(A):碳溶解在r-Fe 中形成的间隙固溶体。 溶解碳的能力强，在1148℃时溶解2.11%的碳。温度 下降溶解度降低，在727℃时溶解0.77%的碳。特点： 强度，硬度不高，塑性，韧性好，无磁性。 5.来氏体（Ld）：是含碳量为4. 3%的合金，在 1148℃时 从液相中结晶出来奥氏体和 渗碳体的混合 物。室温时来氏体是珠光体和渗碳体组成（L’d)。 特点：硬度高，塑性差。 6.马氏体（M）：碳在α -Fe中过饱和固溶体。
（N/mm2 ）
2、塑性：金属在外力作用下产生永久变形的能力。 1) 伸长率：材料拉断时，伸长量与长度的百分比。
2)断面收缩率：试样拉断后截面积的减小量与原面积的百 分比。 3)冷弯角：试样按规定的弯曲半径进行弯曲，在断裂时的 角度。 α 越大，塑性越好。 3、冲击韧性：金属材料抗击载荷不致被破坏的能力。 α k 越大，韧性越好。 4. 硬度：金属材料抵抗表面变形的能力（塑性变形、压痕、 划 痕）。布氏HBS、洛氏HR、维氏HV、
二、焊接安全卫生技术的构成 1、焊接安全技术：主要研究焊接作业中可能引起的 机械损伤、爆炸、火灾、触电、高处坠落、水下窒息 事故等不安全因素产生的原因和消除方法。其中包括 安全操作规程的制度和安全教育等管理措施。 2、焊接的作业环境：主要研究污染焊接环境有害因 素的形成原理和条件，以及从焊接技术角度减少有害 因素产生的措施。 3、焊接劳动卫生：主要研究焊接作业对人体健康的 影响和个人防护，减少有害因素对人体健康的影响。