一、金属焊接基本知识资料

焊接基本知识
概述 焊接电弧 焊接接头 焊接应力与变形 金属压力管道常用焊接方法
一、概述
在机械制造工业中，使两个或两个以上零件联接 在一起的方法有螺钉联接、铆钉联接和焊接等。 前两种联接都是机械联接，是可拆卸的，而焊接 则是利用两物体原子间产生的结合作用来实现联 接的，联接后不能再拆卸，为永久性联接。
据统计，世界主要工业国家每年生产的焊 接结构约占钢产量的45％左右，焊接结构的 优点：
1、适应性强 2、连接性能好 3、节省材料、质量轻 4、生产周期短、生产效率高
二 、焊接电弧
熔化焊是最重要的焊接工艺方法。熔化焊 所用的热源对熔化焊的工艺操作和焊接质 量具有特别重要的影响。其中以电弧为加 热热源的电弧焊是熔化焊中最基本、应用 最为广泛的金属材料焊接方法。
定性及结构的其他使用性能。
焊接热循环
焊接热循环概念 在焊接过程中热源是沿焊 件移动的，在焊接热源作用下，焊某点的温 度随时间变化的过程，叫该点的焊接热循环
焊接热循环曲线
焊接热循环的特征
焊缝
焊缝结晶过程：
a）开始结晶Baidu Nhomakorabeab）晶粒长大 c）柱状结晶 d）结晶结束
熔合区
熔合区紧邻焊缝金属，温度处于固相线与液相线之间，
三、焊接接头
焊接接头的组成
焊接接头是由焊缝金属、熔合线、热影响区及其邻 近的母材组成。
OA-焊缝 AB-熔合区 BC-热影响区
（1）焊缝 焊缝是焊件经焊接后形成的结合部分。通
常由熔化的母材和焊材组成，有时全部由熔化的母材组成 。焊缝金属的性能决定于两者熔合后的成分和组织。
（2）熔合区(线) 熔合区是焊接接头中焊缝向热影响
（5）采用短弧焊接，因为短弧时受气流的影响较小，而 且在产生磁偏吹时，如果采用短弧焊接，也能减小磁偏吹 程度，因此采用短弧焊接是减少电弧偏吹的较好方法。
（6）在操作时适当调整焊条角度，使焊条偏吹的方向转 向熔池，这种方法在实际工作中应用的比较广泛。
（7）适当改变焊件上的接地线位置，尽可能使电弧周围 的磁力线分布均匀。
焊接电弧是由焊接电源维持的、在具有一 定电压的电极间或电极与工件之间的气体 介质中产生的强烈而持久地放电现象。也 可以说，电弧是在两电极间存在电位差时 ，电荷通过两电极之间气体空间的一种导 电现象。
焊接电弧的产生
常态下的气体由中性粒子（分子或原子）组成，
不含带电粒子。要使两电极间气体连续放电，就必 须使两电极的气体介质中，能连续不断地产生足够 多的带电粒子（电子、正离子、负离子），即发生 气体电离，并且这些带电粒子在两极间电场（电压 ）作用下能连续不断地向两极作定向运动。
焊接（Welding）：
焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且使用或不 使用填充材料使工件达到结合的一种方法。其本质就是通 过适当的物理—化学过程，使两个分离表面的金属原子接 近到晶格距离（0.3~0.5nm）形成金属键，从而使两金属 连为一体。
焊接方法（Welding process）：
焊接方法是指定某特定的焊接方法，如埋弧焊、气体 保护焊，其含义包括该方法所涉及的冶金、电、物理、化 学及力学原则等内容。根据上述内容的差异性区分出不同 的焊接方法。
区过渡的区域，是焊缝边界上固液两相交错共存而又凝固 的部分。
（3）热影响区 热影响区是焊接过程中，母材受焊
接热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的 区域。它的宽度与焊接方法及热输入量大小有关。
焊接接头的基本特点
（1）几何不连续性
当接头位于结构几何形状和尺寸发生变化的部位时，该 接头就是一个几何不连续体，工作时传递着复杂的应力。
（3）弧柱区 弧柱区是指阴极区和阳极区之间的区域，
由于阴极区和阳极区很窄，故可把电弧的实际长度视为弧 柱长度。由于弧柱区的温度可高达5000～50000K，弧柱区 将产生以气体的热电离为主的导电现象。由热电离产生的 带电粒子在外加电场的作用下，正离子向阴极方向运动， 电子向阳极方向运动而形成电流。
焊接电弧的构成
（1）阴极区 阴极区是指阴极处紧靠阴极表面的导电区
，其沿电弧长度方向的尺寸很小，约为10-2～10-6cm。阴极 区的作用是向弧柱区提供所需要的电子流，同时接收由弧 柱区送来的正离子流。
（2）阳极区 阳极区是指紧靠阳极长度约为10-2～10-6cm
的气体导电区域。阳极区的作用是接受弧柱区流过来的电 子流，并向弧柱区提供正离子流。
（2）性能不均匀
焊缝金属与母材在化学成分上常存在差异，再经受不同 的焊接热循环和热应变循环，必然造成焊接接头各区域的金 属组织存在着不同程度的差异，导致了焊接接头在力学性能 、物理、化学性能及其他性能的不均匀性。
（3）有残余应力和变形
焊接过程热源集中作用于焊接的部位，不均匀的温度场 下产生了较高的焊接残余应力和变形，使接头的区域过早地 达到屈服点和强度极限，同时也会影响结构的刚度，尺寸稳
该区很窄，金属处于部分熔化状态，晶粒十分粗大，化学成 分与组织极不均匀，冷却后的组织为过热组织。
当焊缝和母材化学成分相差较大或进行异种钢焊接时， 在熔合区附近还会发生碳和合金元素的相互扩散，成分和组 织的差异更大，会产生新的不利的组织带。尽管熔合区很窄 ，在金相观察时很难划分出来，但由于产生过热组织，晶粒 粗大，或产生不利的组织带，使该区塑性和韧性下降，成为 焊接接头中的薄弱环节。在许多情况下，熔合区往往是使焊 接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地。
焊接电弧的静特性
焊接电弧的动特性
电弧燃烧的稳定性
（1）焊接电源的影响 （2）焊接电流的影响 （3）焊条药皮的影响 （4）电弧长度的影响 （5）其它影响因素
焊接电弧的偏吹 焊接电弧偏吹的原因 （1）焊条偏心度过大 （2）电弧周围气流的干扰 （3）磁偏吹
减少或防止焊接电弧偏吹的方法
（1）在条件许可的情况下尽量使用交流电源焊接。
（2）在露天操作时，如果有大风则必须用挡板遮挡，对 电弧进行保护。在管子焊接时，必须将管口堵住，以防止 气流对电弧的影响。
（3）在焊接间隙较大的对接焊缝时，可在接缝下面加垫 板，以防止热对流引起的电弧偏吹。
（4）在焊缝两端各加一小块附加钢板(引弧板及引出板)， 使电弧两侧的磁力线分布均匀并减少热对流的影响，以克 服电弧偏吹。