材料成型原理与工艺之焊接部分总结PPT课件
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材料成型焊接专业介绍PPT课件
工件 焊芯
熔化
形成熔池
形成焊缝
手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进行焊接的。焊 接时,焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接, 在电弧高热的作用下，被焊金属局部 熔化，在电弧的吹力作用下，被焊金属上形成了凹坑。这个凹坑称为熔池。 焊条作为一个电极,其端部在电弧的作用下不断被熔化,形成熔滴，焊条金属熔 滴借重力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中,随着电弧的向前移动,熔 池尾部液态金属逐步冷却结晶,最终形成焊缝。电弧热还使焊条的药皮熔化或 燃烧。药皮燃烧后与液体金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止 空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。
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就业去向 本专业具有工学学士授予权，学生可以选择进
一步深造。学 生毕业后进入钢铁企业、机械制造业、 汽车及船舶制造业、金属材料加工业等领域从事与 焊接材料成型等相关的生产过程控制、技术开发、 科学研究、经营管理、贸易营销等方面的工作。与 机械类专业有着类似的就业方向及成长路线。同时， 由于就业方向单位多属重工单位，工作环境不是太 理想，女生就业情况不如男生。
薪资待遇 焊接工程师的工资一般在
3000--10000元 左右，工作地点一般在办公室和生产车间， 在生产车间会有一定的危险， 要做好必要的防护。
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焊接学科简介
主干学科：机械工程、材料科学与工程。 主要课程：工程力学、机械原理及机械零件、电工与电 子技术、微型计算机原理及应用、热加工工艺基础、热 加工工艺设备及设计、检测技术及控制工程、 CAD/CAM基础。
a) 焊接过程中 b) 冷却后
第24页/共47页 图 平板对接焊的应力
焊接应力与变形
Ⅰ
焊接应力
焊接应力状态：
金属材料成型基础资料.pptx
电阻热：Q=I2Rt
焊条
-
焊接电弧
工件
d
+
d离
焊接电弧的稳定燃烧 — 就是带电粒子产生、 运动、复合、产生的动态平衡过程。
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2 . 电弧的构造及热量分布 阴极区：2400k 36% 阳极区：2600k 42% 弧柱区：5000~8000k 21%
3 . 电弧的极性
1 . 设备简单、应用灵活方便。
2 . 劳动条件差、生产率低、质量不稳定。
二、手工电弧焊焊接过程
①引弧 ② 形成熔池
三、焊接电弧
③形成焊缝
1 . 焊接电弧的概念
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在焊条末端和工件两极之间的气体介 质中，产生强烈而持久的放电现象。
使气体电离 具备两个条件
阴极发射电子
接触电阻：R 短路电流：I
适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。 如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。
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三、 CO2气体保护焊
以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。
焊接热源：电弧热
保护介质：CO2
① 与金属发生化学反应—产生夹渣缺陷
CO2 ② 溶解于液体金属中—产生 CO 气孔缺陷
③ 比重大于空气（25%）
第26页/共60页
非熔化极亚弧焊
熔化极亚弧焊
第27页/共60页
第28页/共60页
3）氩弧焊的特点及应用 ① 机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，
焊接质量优良。 ② 电弧燃烧稳定，飞溅小。 ③ 焊接热影响区和变形小。 ④ 可进行全位置焊接。 ⑤ 氩气昂贵，设备造价高。
应用： 适用所有金属材料的焊接。
镍及镍合金焊条—Ni ； 铜及铜合金焊条—T；
材料成形技术基础焊接成形技术ppt课件
三 钨极氩弧焊 (Tungsten Inert—Gas Arc Welding TIG ) 1.基本原理 也称非熔化极氩弧焊，利用惰性气体作保护气体，电极用 难熔金属（钨或钨合金）棒，焊件作为另一个电极。通过 钨极与焊件之间产生的电弧加热和熔化焊件及填充金属， 形成焊接接头
TIG原理示意 1-钨极电极夹头，2-钨电极，3-焊 枪手把，4-氩气瓶，5-焊接电源， 6-电弧，7-保护气体，8-焊枪气体
生产效率高，比手工定弧焊高1～3倍 明弧无渣、抗锈能力强，降低焊缝含氢量 焊接成本低，只有手工电弧焊的40%～50% 适用面广，可用于各种位置焊接 熔滴过渡形式：滴状过渡、短路过渡、潜弧射滴过渡
§7-1 典型弧焊方法
5.药芯焊丝气体保护焊
综合了手工电弧焊和普通熔化极气体保护焊特点 优点：
§7-1 典型弧焊方法
•钼及铬钼耐热钢焊条：R×××（R：耐热钢焊条； ×：熔敷金属化学成分等级；×：不同牌号编号；×： 焊接电流种类和药皮类型焊接电流种类和药皮类型） 例：R317 •不锈钢焊条：G×××或A×××。G或A表示不锈 钢焊条；（×：焊缝金属主要化学成分组分等级；× ：不同牌号编号；×：焊接电源种类和药皮类型） 例：G202、A137
3.熔滴过渡类型： • 自由过渡－熔滴从焊丝端头脱落后，通过电弧空间自由 运动一段距离后落入熔池。又分为：滴状过渡和喷射过 渡两种 • 滴状过渡熔滴直径大于焊丝直径，它分为：轴向滴状过 渡和非轴向滴状过渡两种 • 喷射过渡熔滴直径等于或小于焊丝直径，熔滴沿焊丝轴 线过渡 • 短路过渡－特点是弧长短。一般短路频率 20～200次 • 混短合路过过渡渡－的较混大合电过流渡CO2焊及药芯焊丝焊属自由过渡和
易烧损。 • 工件接电源负，熔深浅，一般不推荐使用。 DC脉冲： • 采用可控的脉冲电流加热工件，输入热量小，工件变形
TIG原理示意 1-钨极电极夹头，2-钨电极，3-焊 枪手把，4-氩气瓶，5-焊接电源， 6-电弧，7-保护气体，8-焊枪气体
生产效率高，比手工定弧焊高1～3倍 明弧无渣、抗锈能力强，降低焊缝含氢量 焊接成本低，只有手工电弧焊的40%～50% 适用面广，可用于各种位置焊接 熔滴过渡形式：滴状过渡、短路过渡、潜弧射滴过渡
§7-1 典型弧焊方法
5.药芯焊丝气体保护焊
综合了手工电弧焊和普通熔化极气体保护焊特点 优点：
§7-1 典型弧焊方法
•钼及铬钼耐热钢焊条：R×××（R：耐热钢焊条； ×：熔敷金属化学成分等级；×：不同牌号编号；×： 焊接电流种类和药皮类型焊接电流种类和药皮类型） 例：R317 •不锈钢焊条：G×××或A×××。G或A表示不锈 钢焊条；（×：焊缝金属主要化学成分组分等级；× ：不同牌号编号；×：焊接电源种类和药皮类型） 例：G202、A137
3.熔滴过渡类型： • 自由过渡－熔滴从焊丝端头脱落后，通过电弧空间自由 运动一段距离后落入熔池。又分为：滴状过渡和喷射过 渡两种 • 滴状过渡熔滴直径大于焊丝直径，它分为：轴向滴状过 渡和非轴向滴状过渡两种 • 喷射过渡熔滴直径等于或小于焊丝直径，熔滴沿焊丝轴 线过渡 • 短路过渡－特点是弧长短。一般短路频率 20～200次 • 混短合路过过渡渡－的较混大合电过流渡CO2焊及药芯焊丝焊属自由过渡和
易烧损。 • 工件接电源负，熔深浅，一般不推荐使用。 DC脉冲： • 采用可控的脉冲电流加热工件，输入热量小，工件变形
材料成形原理复习总结-焊接分析
材 ➢焊条工艺性能有哪些方面（稳弧性，脱渣性……）
料 ➢焊剂分类，焊剂型号，焊剂牌号：HJ431，
连 接
➢焊丝型号、牌号
成
形
基
础
(7)
05:14
第10章 化学成分的不均匀性
第 三
➢成分偏析的类型
篇 ➢焊缝中偏析的类型、特点
材 料 成 形 过 程 中 的 缺 陷
(8)
05:14
第11章 气孔与夹杂
材料连接成形
材
料
第 二 篇
连 接 成 形
基
础
第6章 焊接热过程 第7章 焊接化学冶金 第8章 焊缝金属的组织和性能 第9章 焊接热影响区 补充: 焊接材料
材
料 第10章 化学成分的不均匀性
第 三 篇
成 形 过 程
中
缺
第11章 气孔与夹杂物 第12章 缩孔与缩松 第13章 热裂纹 第14章 应力与变形、裂纹 补充: 其他焊接裂纹
形 ➢氢在金属中的溶解方式、溶解度影响
基 础
➢氢的存在形式
➢氢对焊接质量的影响及控制措施
➢氧的影响及控制措施
(3)
05:14
第7章 焊接化学冶金
➢熔渣的作用及类型
第 ➢熔渣的结构理论要点（离子理论，分子理论） 二 ➢两种结构理论对碱度的定义 篇 ➢金属的氧化方式；为什么碱性渣对铁锈更敏感？
材 ➢脱氧方式，常用脱氧剂
第 三
➢焊缝中气孔类型及其特征
篇 ➢控制焊缝中气孔的措施
➢焊缝中夹杂物类型及其影响 材 料 成 形 过 程 中 的 缺 陷
(9)
05:14
第13章 热裂纹
第 三
➢焊接裂纹类型
篇 ➢结晶裂纹形成机理
材料成型与控制工程焊接专业课件
绿色环保
推广环保焊接技术，减少焊接过程 对环境和人体的影响。
04
焊接专业的就业前景
就业方向
焊接专业毕业生可从事焊接工艺设计、焊接设备操作、焊接质量检测等领域的工 作。
就业前景
随着制造业、建筑业、电力行业等领域的不断发展，对焊接专业人才的需求不断 增加，就业前景广阔。同时，随着自动化、智能化焊接技术的发展，对高素质、 高技能焊接人才的需求也越来越高。
培养学生具备自主学习能力、创新能力和实践能力，以适应不断变化的社会需求和行业发展趋势。
主要课程设置
材料科学基础
主要介绍材料的成分、结构、性能等方面的 基本知识。
材料成型原理
主要介绍材料成型过程中的物理、化学、力学 等行为的基本原理。
材料成型工艺
主要介绍各种材料加工工艺的原理、方法和工艺 参数的优化。
05
焊接安全与防护
焊接操作危险因素与安全要求
焊接操作中的危险因素
包括弧光辐射、高频电磁场、射线辐射、火灾爆炸等。
安全要求
操作前必须进行安全检查，严格遵守安全规程，确保工作场所的整洁和规范。
焊接防护措施及实施方法
防护措施
使用防护眼镜、防护面罩、手套、脚套等个 人防护用品，防止弧光辐射、高温和飞溅物 的伤害。
实施方法
定期进行安全培训和教育，增强员工的安全 意识，确保他们能够正确使用防护用品和遵 守安全规定。
焊接事故案例分析与预防措施
案例分析
通过对实际焊接事故案例的剖析，了解事故 发生的原因、经过和后果，加深对焊接安全 问题的认识。
预防措施
加强设备维护和检查，确保设备处于良好的 工作状态；严格遵守安全操作规程，不进行 违规操作；加强工作场所的安全管理和监督
推广环保焊接技术，减少焊接过程 对环境和人体的影响。
04
焊接专业的就业前景
就业方向
焊接专业毕业生可从事焊接工艺设计、焊接设备操作、焊接质量检测等领域的工 作。
就业前景
随着制造业、建筑业、电力行业等领域的不断发展，对焊接专业人才的需求不断 增加，就业前景广阔。同时，随着自动化、智能化焊接技术的发展，对高素质、 高技能焊接人才的需求也越来越高。
培养学生具备自主学习能力、创新能力和实践能力，以适应不断变化的社会需求和行业发展趋势。
主要课程设置
材料科学基础
主要介绍材料的成分、结构、性能等方面的 基本知识。
材料成型原理
主要介绍材料成型过程中的物理、化学、力学 等行为的基本原理。
材料成型工艺
主要介绍各种材料加工工艺的原理、方法和工艺 参数的优化。
05
焊接安全与防护
焊接操作危险因素与安全要求
焊接操作中的危险因素
包括弧光辐射、高频电磁场、射线辐射、火灾爆炸等。
安全要求
操作前必须进行安全检查，严格遵守安全规程，确保工作场所的整洁和规范。
焊接防护措施及实施方法
防护措施
使用防护眼镜、防护面罩、手套、脚套等个 人防护用品，防止弧光辐射、高温和飞溅物 的伤害。
实施方法
定期进行安全培训和教育，增强员工的安全 意识，确保他们能够正确使用防护用品和遵 守安全规定。
焊接事故案例分析与预防措施
案例分析
通过对实际焊接事故案例的剖析，了解事故 发生的原因、经过和后果，加深对焊接安全 问题的认识。
预防措施
加强设备维护和检查，确保设备处于良好的 工作状态；严格遵守安全操作规程，不进行 违规操作；加强工作场所的安全管理和监督
材料成形工艺基础最新精品课件第十章焊接方法及其发展
(2)焊接材料 焊条电弧焊焊接材料为手工操纵的焊条，焊条内部为 金属焊芯，外涂药皮。
焊接时，焊芯既是电极又是填充金属，因此焊芯的化学成分和性能 对焊缝金属有直接的影响。
焊接不同金属时应选用不同焊芯，按用途来分，焊条有结构钢焊条、 耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍及镍 合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条和特殊用途焊条。常用钢 芯牌号及应用如表10-１所示。
10.1.2 埋弧自动焊
埋弧自动焊是电弧引燃后在焊剂层下燃烧，引燃电弧、送丝、电弧 移动等过程全部由机械自动完成的焊接方法。 1．埋弧焊焊接过程
视 频
2．埋弧焊特点
(1)生产率高
(2)节省金属
(3)焊接质量好且稳定 (4)劳动条件好
3．埋弧焊的应用
Байду номын сангаас
埋弧焊通常用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢和耐热钢，也 可用来焊接特殊性能钢，镍基合金、有色金属等。在压力容器、 造船、车辆、桥梁等工业生产中得到广泛应用。但是，埋弧焊设 备费用高，焊前准备复杂，对接头加工与装配要求较高，只适于 批量生产中厚板(6～60mm)的长直焊缝及直径大于250mm环缝的 平焊。
药皮的主要作用有：产生保护气体和熔渣；稳定电弧、减少飞溅， 并使焊缝成形美观；与熔池金属发生冶金反应，去除杂质，并添加有益 合金元素，提高焊缝性能。
药皮的主要成分为造气剂和造渣剂，还含有稳弧剂、脱氧剂和合金 剂等。根据药皮熔化后形成的熔渣性质不同，焊条分为酸性焊条和碱性 焊条两大类 。
表10-1 焊条钢芯牌号及应用
焊条型号按国际标准表示为：Exxxx，如E4303、E5015、 E5016等。其中E表示焊条；前两位数字表示熔敷金属最小抗拉强 度，单位为kgf/mm2；第三位数字表示焊接位置（0和1表示全位置 焊，2平焊，4向下立焊）；后两位数字组合表示焊接电流种类和 药皮类型，03表示酸性药皮，15、16表示碱性药皮，并要采用直 流电焊接。
材料成型原理与工艺之焊接部分总结
焊缝金属的组织：
固态相变，影响因素：化学成分+冷却条件
①低碳钢焊缝： 固态相变时，首先沿奥氏体晶界析出共
析铁素体，然后发生共析转变： A→P（F＋Fe3C）
得到铁素体加珠光体。 焊缝金属过热时，奥氏体晶界或晶粒内 部还会析出塑韧性差的网状魏氏组织。
② 低合金钢
先共析（晶界或粒界/块状）铁素体
铁 侧板条铁素体
限制措施：焊材存放中防吸潮、焊前烘干和去除杂质 和油污。
限制气体的来源
• 氧主要来源于焊材或矿石，在焊接要求比较高的 合金钢和活泼金属时，应尽量选用不含氧或氧含量 少的焊接材料，如采用高纯度的惰性保护气体，采 用低氧或无氧的焊条、焊剂等。
控制工艺参数
• 增大电弧电压时，保护效果变差，液态金属与空气的接触 机会增多，使焊缝中氮、氧的含量增加。因此，应尽量采 用短弧焊。
•熔滴反应区：温度高（2100－2800℃ ）、熔滴比表 面积大，是焊接冶金反应最激烈的部位。气体分 解和溶解、金属蒸发、氧化还原及焊缝金属合金化。
•熔池反应区：温度平均1770 ℃左右，反应比溶滴区 弱些。温度分布不均，不同部位冶金反应不同。 头部金属熔化和吸气，尾部金属凝固和气体逸出。
气体的来源与产生
表8-4 渣中常见氧化物的ai值
氧化物 K2O Na2O CaO MnO MgO FeO SiO2 TiO2 ZrO2 Al2O3 Fe2O3
ai值
9.0 8.5 6.05 4.8 4.0 3.4 -6.31 -4.97 -0.2 -0.2
0
熔渣的物理性质
熔渣的凝固温度与密度
熔渣的粘度 熔渣的表面张力及界面张力
2.按熔渣的性质分为酸性熔渣和碱性熔渣
熔渣的来源与构成
材料成型工艺基础-焊接(机类)2课件
四）激光焊
60年代又出现激光焊，等离子、电子束和 激光焊接方法的出现，标志着高能量密度 熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性， 使许多难以用其他方法焊接的材料和结构 得以焊接。
二、压焊
以电阻热为能源的一类焊接方法
包括以熔渣电阻热为能源的电渣焊和 以固体电阻热为能源的电阻焊。
一）电阻焊
1887年，美国的汤普森发明电阻焊， 并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中 最早的半机械化焊接方法，随着缝焊过程 的进行，工件被两滚轮推送前进；
固体表面处理
物理法（放电处理、火焰处理） 化学法（酸蚀法） 一般方法（水洗等）
检验方法：水膜法
胶粘剂的选用
胶粘剂的品种烦多，性能差异很大，每一种胶都有其局限性。因
此要根据胶接对象、使用及工艺条件等来正确地选择胶粘剂。同时 应当考虑价格与供应来源。选用时一般参考以下因素：
被胶材料 工作温度 受力条件
第二减少坡口断面及熔敷金属量.
近10年来最突出的成就是窄间隙焊接。
窄间隙焊接的主要技术关键是如何保证两侧 熔透和保证电弧中心自动跟踪处于坡口中心线 上。
电子束焊、等离子焊及激光焊时，可采用对 接接头，且不用开坡口，因此是更理想的窄间隙 焊接法，这是它受到广泛的重视重要原因之一。
提高准备车间的机械化、自动 化水平
用焊条电弧焊焊接 在6mm以下的对接焊缝时，用I型坡口 在6mm－26mm时，常开单面坡口； 在12mm－60mm时，常开双面坡口。 埋弧焊 小于12mm时 采用I形坡口单面施焊， 小于24mm时 采用I形坡口双面施焊， 焊更厚构件时需开坡口。
三、焊接结构设计
一）焊接结构材料的选择 在满足结构使用要求的条件下，尽量选 择焊接性能较好的材料。一般碳的质量 分数小于0.25％的碳素钢和碳的质量分 数小于0.20％的低合金都具有良好的焊 接性，应尽量采用；碳的质量分数大于 0.50％的碳素钢和碳的质量分数大于0.40 ％的合金钢焊接性不好，应尽量避免采 用。同一构件焊接时应尽量选用同种金 属材料。
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第一篇 连接成形理论基础
Chapter 1 焊接成形概述
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1
本章讲授目的
1、掌握焊接相关的概念：焊接、熔焊、压焊、钎 焊、HAZ、焊接温度场、焊接电弧、联生结晶、 焊接热循环 2、掌握焊接接头的组织与性能（焊缝、热影响区）
3、了解焊接熔池特征、焊接热循环的主要参数
.
2
§第1节 焊接定义、分类和应用
.
8
熔焊三要素
✓热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减
小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、 电子束和激光。 ✓熔池的保护
可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化， 并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。 ✓填充金属
保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到 力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。
.
9
两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，电弧产生的热 量在阳极和阴极上有一定的差异。
直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）
直流反接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）
阴极雾化
.
10
焊接过程涉及：加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、 固态相变直至形成焊接接头。
.
5
焊接方法分类
手弧焊
电弧焊 气体保护焊 埋弧焊
电阻焊 摩擦焊
软钎焊
电渣焊
熔
焊
等离子弧焊
压
超声波焊
钎 焊
硬焊
及
焊
爆炸焊
封 粘 封接
电子束焊
扩散焊
粘接
激光焊
高频焊
.
6
1
一、熔焊原理
熔焊：通过局部加热使连接处达到熔化状态，然后冷 却结晶形成共同晶粒。
手 工 电 弧 焊
.
7
1、熔焊本质及特点：
✓熔焊的本质是小熔池熔炼 与铸造，是金属熔化与结晶 的过程。 ✓熔池存在时间短，温度高； 冶金过程进行不充分，氧化 严重；热影响区大。 ✓冷却速度快，结晶后易生 成粗大的柱状晶。
• CE＞0.6%，钢材塑性较低，淬硬和冷裂倾向很强， 可焊性很差。焊前预热，减少焊接应力和防止开裂，焊 后热处理。
焊前正火或退火态，HAZ主要由完全淬火区和不完全淬火 区组成。
调质态， HAZ主要由完全淬火区、不完全淬火区和回火 区组成。
.
18
第一篇 连接成形理论基础
Chapter 2 金属材料 的焊接性能
.
19
本章讲授目的
重点掌握： 焊接性概念和评价方法，尤其是碳当量法 利用焊接性分析材料在指定焊接工艺条件 下可能出现的问题
返回
.
20
本章主要内容
金属材料的焊接性 碳钢的焊接
铸铁的焊补 有色金属的焊接
.
21
金属材料的焊接性
焊接性（Weldability） 指被焊金属在限定的施工条件（焊接方法、焊接材料、 工艺参数及结构型式），焊接成按规定设计要求的构件， 并满足预定服役要求的能力。
即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出的焊 接难易程度。
.
22
钢的焊接性评价方法
—间接方法
✓ 碳当量
碳、合金元素含量
焊接性
碳钢及低 合金钢
国际焊接学会 C E C M n C r M o V N i C u
IIW
6
5
1 5
碳对冷裂纹敏感性的影响最明显，其它元素的影响 折合成碳的影响。
.
23
碳当量越高，焊接性越差
• CE＜0.4%，钢材塑性良好，淬硬和冷裂纹倾向不 明显，可焊性良好。一般不会产生裂纹，但对厚大工件 或低温下焊接时应考虑预热。 • CE=0.4%～0.6%，钢材塑性下降，淬硬和冷裂倾向 明显，可焊性较差。需要焊前预热，焊后缓冷及一定的 焊接工艺措施。
1 一、焊接定义
通过加热或加压， 或者两者并用，并且 用或不用填充材料，
使焊接件达到原子 结合而形成永久性连 接的一种方法。
.
3
物理本质：使两个独立的工件
实现了原子间结合。 只有当被连接金属原子间的 r0
距离接近rA(≈0.3~0.5nm)时，
金属键才能起作用，这时金属
原子间作用力与距离关系
原子之间的结合力最大。
.
14
✓焊缝金属的组织：
固态相变，影响因素：化学成分+冷却条件
①低碳钢焊缝： ② 固态相变时，首先沿奥氏体晶界析出
共析铁素体，然后发生共析转变： ③A→P（F＋Fe3C）
④ 得到铁素体加珠光体。 ⑤ 焊缝金属过热时，奥氏体晶界或晶粒
内部还会析出塑韧性差的网状魏氏组织。
.
15
② 低合金钢
先共析（晶界或粒界/块状）铁素体
过热区/粗晶区：固相线到1100℃左右。塑韧性差 相变重结晶区（正火区）： 1100℃~Ac3相当于 正火组织
（细晶F＋P）塑韧性好 不完全重结晶区：Ac1~Ac3， （部分细晶F＋P以及粗晶F）
组织不均匀
.
17
b. 易淬火钢(低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢，如： 18CrMoNb、45、30CrMnSi等) 与焊前热处理状态有关
熔合区 焊缝
热影响区 母材
.
13
✓ 熔池凝固的特点
① 联生结晶/交互结晶/外延结晶 依附于母材晶粒的现成表面而形成
共同晶粒的凝固方式 ② 择优成长
并非“齐步前进”。当散热最快的 方向与晶体成长的结晶位向相同时， 有利于柱状晶的成长
③ 熔池凝固组织形态的多样性
凝固组织的形态有柱状晶（平面晶、胞状晶、胞状树枝 晶和树枝晶）及等轴晶等
铁 侧板条铁素体
素 体
针状铁素体 细晶铁素体
珠光体
贝 上贝氏体
氏 体
下贝氏体
马 板条马氏体
氏 体
片状马氏体
.
16
✓（2）焊接热影响区的组织和性能变化
① HAZ组织分布 a. 低碳钢及不易淬火的低合金钢（Q235、20、16Mn等） 熔合/半熔化区：最高温度在固相线和液相线之间。局部
熔化，成分与组织不均匀，塑性差
归纳为三个相互交错联系的局部过程：
.
11
✓熔池的保护
保护目的: 使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊
缝韧性。 延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹
渣的析出。
.
12
焊接接头主要由焊缝（weld metal）、热影 响区（heat affected zone /HAZ）、熔合区 （fusion zone）组成。
1—斥力；2—引力；3—合力
如何使金属原子间的距离接近rA?
.
4
使金属表面紧密接触的几种措施：
（1）对被焊接金属施加压力或不断地摩擦，破坏接 触表面的氧化膜，使结合处紧密接触。
（2）将金属加热熔化或到塑性状态，增加原子的振 动能，施加压力破坏接触面的氧化膜，促进扩散 和结晶过程的进行。
（3）通过液态中间材料，如粘结剂或低熔点金属， 将两个固态金属连接在一起。
Chapter 1 焊接成形概述
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本章讲授目的
1、掌握焊接相关的概念：焊接、熔焊、压焊、钎 焊、HAZ、焊接温度场、焊接电弧、联生结晶、 焊接热循环 2、掌握焊接接头的组织与性能（焊缝、热影响区）
3、了解焊接熔池特征、焊接热循环的主要参数
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§第1节 焊接定义、分类和应用
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熔焊三要素
✓热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减
小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、 电子束和激光。 ✓熔池的保护
可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化， 并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。 ✓填充金属
保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到 力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。
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两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，电弧产生的热 量在阳极和阴极上有一定的差异。
直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）
直流反接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）
阴极雾化
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焊接过程涉及：加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、 固态相变直至形成焊接接头。
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焊接方法分类
手弧焊
电弧焊 气体保护焊 埋弧焊
电阻焊 摩擦焊
软钎焊
电渣焊
熔
焊
等离子弧焊
压
超声波焊
钎 焊
硬焊
及
焊
爆炸焊
封 粘 封接
电子束焊
扩散焊
粘接
激光焊
高频焊
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1
一、熔焊原理
熔焊：通过局部加热使连接处达到熔化状态，然后冷 却结晶形成共同晶粒。
手 工 电 弧 焊
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1、熔焊本质及特点：
✓熔焊的本质是小熔池熔炼 与铸造，是金属熔化与结晶 的过程。 ✓熔池存在时间短，温度高； 冶金过程进行不充分，氧化 严重；热影响区大。 ✓冷却速度快，结晶后易生 成粗大的柱状晶。
• CE＞0.6%，钢材塑性较低，淬硬和冷裂倾向很强， 可焊性很差。焊前预热，减少焊接应力和防止开裂，焊 后热处理。
焊前正火或退火态，HAZ主要由完全淬火区和不完全淬火 区组成。
调质态， HAZ主要由完全淬火区、不完全淬火区和回火 区组成。
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第一篇 连接成形理论基础
Chapter 2 金属材料 的焊接性能
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本章讲授目的
重点掌握： 焊接性概念和评价方法，尤其是碳当量法 利用焊接性分析材料在指定焊接工艺条件 下可能出现的问题
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本章主要内容
金属材料的焊接性 碳钢的焊接
铸铁的焊补 有色金属的焊接
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金属材料的焊接性
焊接性（Weldability） 指被焊金属在限定的施工条件（焊接方法、焊接材料、 工艺参数及结构型式），焊接成按规定设计要求的构件， 并满足预定服役要求的能力。
即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出的焊 接难易程度。
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钢的焊接性评价方法
—间接方法
✓ 碳当量
碳、合金元素含量
焊接性
碳钢及低 合金钢
国际焊接学会 C E C M n C r M o V N i C u
IIW
6
5
1 5
碳对冷裂纹敏感性的影响最明显，其它元素的影响 折合成碳的影响。
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碳当量越高，焊接性越差
• CE＜0.4%，钢材塑性良好，淬硬和冷裂纹倾向不 明显，可焊性良好。一般不会产生裂纹，但对厚大工件 或低温下焊接时应考虑预热。 • CE=0.4%～0.6%，钢材塑性下降，淬硬和冷裂倾向 明显，可焊性较差。需要焊前预热，焊后缓冷及一定的 焊接工艺措施。
1 一、焊接定义
通过加热或加压， 或者两者并用，并且 用或不用填充材料，
使焊接件达到原子 结合而形成永久性连 接的一种方法。
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物理本质：使两个独立的工件
实现了原子间结合。 只有当被连接金属原子间的 r0
距离接近rA(≈0.3~0.5nm)时，
金属键才能起作用，这时金属
原子间作用力与距离关系
原子之间的结合力最大。
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✓焊缝金属的组织：
固态相变，影响因素：化学成分+冷却条件
①低碳钢焊缝： ② 固态相变时，首先沿奥氏体晶界析出
共析铁素体，然后发生共析转变： ③A→P（F＋Fe3C）
④ 得到铁素体加珠光体。 ⑤ 焊缝金属过热时，奥氏体晶界或晶粒
内部还会析出塑韧性差的网状魏氏组织。
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② 低合金钢
先共析（晶界或粒界/块状）铁素体
过热区/粗晶区：固相线到1100℃左右。塑韧性差 相变重结晶区（正火区）： 1100℃~Ac3相当于 正火组织
（细晶F＋P）塑韧性好 不完全重结晶区：Ac1~Ac3， （部分细晶F＋P以及粗晶F）
组织不均匀
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b. 易淬火钢(低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢，如： 18CrMoNb、45、30CrMnSi等) 与焊前热处理状态有关
熔合区 焊缝
热影响区 母材
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✓ 熔池凝固的特点
① 联生结晶/交互结晶/外延结晶 依附于母材晶粒的现成表面而形成
共同晶粒的凝固方式 ② 择优成长
并非“齐步前进”。当散热最快的 方向与晶体成长的结晶位向相同时， 有利于柱状晶的成长
③ 熔池凝固组织形态的多样性
凝固组织的形态有柱状晶（平面晶、胞状晶、胞状树枝 晶和树枝晶）及等轴晶等
铁 侧板条铁素体
素 体
针状铁素体 细晶铁素体
珠光体
贝 上贝氏体
氏 体
下贝氏体
马 板条马氏体
氏 体
片状马氏体
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✓（2）焊接热影响区的组织和性能变化
① HAZ组织分布 a. 低碳钢及不易淬火的低合金钢（Q235、20、16Mn等） 熔合/半熔化区：最高温度在固相线和液相线之间。局部
熔化，成分与组织不均匀，塑性差
归纳为三个相互交错联系的局部过程：
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✓熔池的保护
保护目的: 使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊
缝韧性。 延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹
渣的析出。
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焊接接头主要由焊缝（weld metal）、热影 响区（heat affected zone /HAZ）、熔合区 （fusion zone）组成。
1—斥力；2—引力；3—合力
如何使金属原子间的距离接近rA?
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使金属表面紧密接触的几种措施：
（1）对被焊接金属施加压力或不断地摩擦，破坏接 触表面的氧化膜，使结合处紧密接触。
（2）将金属加热熔化或到塑性状态，增加原子的振 动能，施加压力破坏接触面的氧化膜，促进扩散 和结晶过程的进行。
（3）通过液态中间材料，如粘结剂或低熔点金属， 将两个固态金属连接在一起。