(初訓)4、金屬焊接與切割基礎知識

1、圖圖11 機械聯(lián)接機械聯(lián)接(a)螺栓聯(lián)接(b)鉚釘聯(lián)接概念：焊接就是通過加熱或加壓（或兩者并用），用（或不用）填充材料，使工件達到結合的方法。圖圖12 永久性聯(lián)接永久性聯(lián)接 焊接焊接二、焊接方法的分類1、熔化焊：是利用局部加熱的方法將聯(lián)接處的金屬加熱至熔化狀態(tài)而完成的焊接方法。如：氣焊、電弧焊、電渣焊、氣體保護焊、等離子弧焊 。2、壓力焊：是利用焊接時施加一定壓力而完成焊接的方法。如：鍛焊、摩擦焊、冷壓焊、爆炸焊 。3、釬焊：是把比被焊金屬熔點低的釬料金屬加熱至熔化液態(tài)，然后使其滲透到被焊金屬接縫的間隙中而達到結合的方法。如：錫焊、銅焊 。 三、切割的方法和種類切割火焰切割電弧切割冷切割氣 割

2、液化石油氣割氫氧源切割氧熔劑切割等離子弧切割碳弧切割激光切割水射流切割非晶體：原子是雜亂無章的堆積 在一起無規(guī)則可循。晶體：原子在三維空間排列有規(guī) 律,有熔點,各向異性。固體物質一、純金屬的構造一、純金屬的構造（一）、基本概念1、晶體與非晶體晶體與非晶體的根本區(qū)別：在于其內部原子的排列是否規(guī)則。說明：在自然界中，玻璃、松香、石蠟等屬于非晶體；食鹽和所有固體金屬都是晶體。2、 金屬：具有不透明、金屬光澤良好的導熱和導電性并且其導電能力隨溫度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質。金屬內部原子具有規(guī)律性排列的固體（即晶體）。3、合金：由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成，具有金屬特性的物質。4

3、、晶格：把原子看成一個結點，然后用假想的線條將這些結點連結起來，便構成了一個有規(guī)律性的空間格架稱晶格。見下圖1、體心立方晶格 體心立方晶格如圖所示。在晶胞的八個角上各有一個金屬原子，構成立方體。在立方體的中心還有一個原子，所以叫作體心立方晶格。屬于這類晶格的金屬有鉻、釩、鎢、鉬和-鐵（溫度低于912的鐵）等。 體心立方晶格晶胞中的原子數(shù)n = 1 + 8 X 1/8 = 2面心立方晶格晶胞中的原子數(shù)n = 6 X 1/2 + 8 X 1/8 = 43、密排六方晶格 密排六方晶格如下圖所示。 在晶胞的十二個角上各有一個原子，構成六方柱體。上下底面中心各有一個原子。晶胞內部還有三個原子，所以叫做密

4、排六方晶格。屬于這類晶格金屬有鈹、鎂、鋅、-鈦和-鉻等。 密排六方晶格晶胞中的原子數(shù)n = 3 + 2 X 1/2 + 12 X 1/6 = 61、結晶概念：金屬由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程稱為結晶。（三）、（三）、液體金屬的結晶過程 純金屬結晶過程示意圖純金屬結晶過程示意圖2、結晶過程：當液態(tài)金屬冷卻到熔點以后，金屬內部就有一些原子開始穩(wěn)定下來，成為結晶的核心。溫度繼續(xù)下降，一方面在已經(jīng)產(chǎn)生的晶核附近，原子按一定的幾何規(guī)律凝結排列起來，長大為晶粒；另一方面又出現(xiàn)許多新的晶核，并陸續(xù)長大，直到全部液態(tài)金屬完全凝固為止。這就是金屬的結晶過程。見下圖A、晶核的形成方式自發(fā)形核 ：在結晶過程中，如果晶

5、核完全是由液體中瞬時短程有序的原子團形成，稱為自發(fā)形核，又稱均勻形核。非自發(fā)形核：如果是依靠液體中存在的固體雜質或容器壁形核，則稱為非自發(fā)形核，又稱非均勻形核。B 、晶核的長大方式均勻長大：當過冷度很小時，結晶以均勻長大方式進行。樹枝狀長大：當冷卻速度較大時，結晶以樹枝形式長大 。 3、結晶過程是由晶核形成和晶核長大兩個基本過程組成的， 4、晶粒邊界（晶界）：晶粒與晶粒的交界面叫做晶粒邊、晶粒邊界（晶界）：晶粒與晶粒的交界面叫做晶粒邊界界。二、合金的晶體構造及鐵碳平衡相圖 （一）合金的晶體構造1、合金概念：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素組成的、具有金屬特征的物質稱為合金。 2、合

6、金晶體結構的類型固溶體 。一種物質均勻地溶解在另一種固體物質之中，所形成的熔合體叫固溶體。分為置換固溶體和間隙固溶體兩種：見下圖金屬化合物： 合金中的兩種元素，按一定的原子數(shù)量之比相化合，而形成一種新的化合物，叫金屬化合物。如碳鋼中的Fe3C（滲碳體） 。共析體：是由兩種或兩種以上的晶體結構混合而成的，在顯微鏡下呈非均勻組織結構。如：常溫下鐵素體和滲碳體，是互相不溶解的兩種晶體結構，它們在鋼中形成一種共析體，稱為珠光體。（二）（二）金屬的同素異構轉變金屬在固態(tài)下由一種晶格轉變?yōu)榱硪环N晶格的轉變過程稱為同素異構轉變。如鐵（Fe）、鈷（Co）、鈦（Ti）、錫（Sn）等。以鐵為例以鐵為例意義：沒有這

7、一轉變，鐵碳合金（鋼和鑄鐵）就不可能通過多種熱處理來改變其組織和性能。 - Fe- Fe- Fe1394OC912OC（三）、鐵碳平衡狀態(tài)圖（三）、鐵碳平衡狀態(tài)圖鐵碳平衡相圖是研究碳鋼組織、確定其熱加鐵碳平衡相圖是研究碳鋼組織、確定其熱加工工藝的重要依據(jù)。工工藝的重要依據(jù)。按組織標注的鐵碳相圖見下圖1、鐵碳平衡相圖中，各點的含義、鐵碳平衡相圖中，各點的含義 ABCD線為線為液相線液相線，AHJECF為為固相線固相線，E點為區(qū)分點為區(qū)分鋼鋼和和鐵鐵的分界點；的分界點；S點常成為共析點。點常成為共析點。S點左邊的鋼成為點左邊的鋼成為亞共析鋼，其組織結構為珠光體亞共析鋼，其組織結構為珠光體+鐵鐵素體

8、。素體。S點右邊的鋼成為過共析鋼，點右邊的鋼成為過共析鋼，其組織結構為珠光體其組織結構為珠光體+滲碳體。滲碳體。 PQ線：表示鐵素體在線：表示鐵素體在0727之間時所能溶解碳的最大量，或稱為之間時所能溶解碳的最大量，或稱為碳在鐵素體中的固溶線。碳在鐵素體中的固溶線。 PG線：表示鐵素體在線：表示鐵素體在727912之間時之間時,所能溶解碳的最大量。所能溶解碳的最大量。溫度在溫度在920時，鐵素體本身轉變?yōu)闀r，鐵素體本身轉變?yōu)閵W氏體。奧氏體。 PSK線；稱為共析線，相當于線；稱為共析線，相當于727。它表示含碳量它表示含碳量0.77%的鋼在緩慢冷卻時，奧的鋼在緩慢冷卻時，奧氏體全部轉變?yōu)橹楣怏w的

9、溫度。反之則緩慢氏體全部轉變?yōu)橹楣怏w的溫度。反之則緩慢加熱時，它又為珠光體全部轉變?yōu)閵W氏體的加熱時，它又為珠光體全部轉變?yōu)閵W氏體的溫度。此線又稱溫度。此線又稱A1線線。 GS線：是碳鋼奧氏體的轉變溫度線，即線：是碳鋼奧氏體的轉變溫度線，即在緩慢加熱時，鐵素體向奧氏體轉變溫度。在緩慢加熱時，鐵素體向奧氏體轉變溫度。反之當緩慢冷卻時，則是奧氏體向鐵素體轉反之當緩慢冷卻時，則是奧氏體向鐵素體轉變的溫度。變的溫度。 GS線又叫A3線。線。 SE線：表示含碳量超過線：表示含碳量超過0.77%的鋼，在的鋼，在緩慢冷卻時，由奧氏體內析出二次滲碳體的緩慢冷卻時，由奧氏體內析出二次滲碳體的溫度，常用溫度，常用A

10、cm表示。表示。JE線：叫固相線。表示含義為鋼在加熱時，線：叫固相線。表示含義為鋼在加熱時，開始熔化的臨界溫度，或冷卻時，液體合金開始熔化的臨界溫度，或冷卻時，液體合金全部凝固為奧氏體的溫度。全部凝固為奧氏體的溫度。 BC線：叫液相線。表示碳鋼加熱時，線：叫液相線。表示碳鋼加熱時，全部轉變?yōu)橐后w合金的全部轉變?yōu)橐后w合金的臨界溫度臨界溫度，或冷卻時，或冷卻時，液體開始結晶的溫度。由此可看出，液體開始結晶的溫度。由此可看出，含碳量含碳量越高的鋼，其凝固點（或熔點）越低越高的鋼，其凝固點（或熔點）越低。 NJ線：表示奧氏體開始轉變?yōu)榫€：表示奧氏體開始轉變?yōu)殍F的溫度鐵的溫度 NH線：表示奧氏體完全轉變

11、為線：表示奧氏體完全轉變?yōu)殍F的溫度鐵的溫度2、鐵碳合金的平衡組織 分三類見下表 名稱 含碳量（%） 平衡組織 工業(yè)純鐵 0.02 鐵素體 鋼 亞共析鋼共析鋼過共析鋼 0.020.770.770.772.11 鐵素體+珠光體珠光體珠光體+二次滲碳體 白口鑄鐵 亞共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵 2.114.304.34.36.9 樹狀珠光體+二次滲碳體+共晶體共晶體（珠光體+滲碳體）板狀一次滲碳體+共晶體 3、鐵碳平衡相圖各主要點說明 點的符號溫度， 含碳量，% 說明 ABCDEFGHJKNPSQ 1535149511481227114811489121495149572713947277270

12、 00.504.306.692.116.6700.100.166.6700.020.770.006 純鐵熔點（凝固點）包晶反應時液態(tài)合金的濃度共晶點，LcAE+Fe3C滲碳體熔點（計算值）碳在Fe中的最大溶解度滲碳體a Fe同素異晶轉變點（A3）碳在Fe中的最大溶解度包晶點，LB+HAJ滲碳體FeFe同素異構轉變點（A4）碳在aFe中的最大溶解度共析點，AsFp+Fe3C碳在aFe中的溶溶解度 （一）鋼的固態(tài)相變1、概念：鋼在加熱或冷卻過程中，其金相組織產(chǎn)生的各種不同轉變，叫固態(tài)相變。（1）加熱時的轉變 鋼在熱處理時要首先加熱到A1線以上溫度，其組織由珠光體P（珠光體是由鐵素體F與滲碳體Fe3

13、C組成的機械混合物）轉變?yōu)閵W氏體A。 當加熱溫度超過A3線以上，并停留較長時間時，奧氏體晶粒會迅速長大，且從粗大的晶粒中析出針狀鐵素體，形成魏氏組織。 見圖13三、鋼的熱處理形核形核 FeFe3 3C C 長大長大殘余殘余Fe3C溶解溶解奧氏體奧氏體 不均勻不均勻 均勻化均勻化T加熱加熱奧氏體奧氏體 珠光體珠光體 P（鐵素體鐵素體 +滲碳體Fe3C ）圖13低碳鋼加熱形成奧氏體(2)冷卻時的轉變 以含碳02的低碳鋼為例，說明從液態(tài)冷卻到室溫過程中的組織變化。當液態(tài)鋼冷卻至AC線時，開始凝固，從鋼液中生成奧氏體晶核，并不斷長大；當溫度下降到AE線時，鋼液全部凝固為奧氏體；當溫度下降到GS(A3)

14、線時，從奧氏體中開始析出鐵素體晶核，并隨溫度的下降，晶核不斷長大；當溫度下降到PSK(A1)線時，剩余未經(jīng)轉變的奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w；從A1下降至室溫，其組織為鐵素體+珠光體，不再變化見圖14。圖圖14 低碳鋼由高溫冷卻下來的組織變化示意圖低碳鋼由高溫冷卻下來的組織變化示意圖 黑色金屬：如生鐵、鐵合金、鑄鐵、鋼、合金鋼等。鋼和生鐵都是以鐵為基礎，以碳為主要添加元素的合金，統(tǒng)稱為鐵碳合金。習慣上把碳含量2.11%的歸類于鐵， 碳含量2.11%的歸類于鋼。當鐵中含C 在0.03%1.2%范圍時則為鋼， 含C在1.2%2.5%的鋼缺乏實用性。（三）鋼的分類1、按品質分類、按品質分類 (1)普通鋼（P0

15、.045%，S0.055%） (2)優(yōu)質鋼（P、S 均0.035%） (3)高級優(yōu)質鋼（P0.035%，S0.030%） 2、按化學成份分類、按化學成份分類 (1)、碳素鋼 a.低碳鋼（C0.25%）； b.中碳鋼（0.25 C 0.60%）； c.高碳鋼（C0.60%）。 (2)、合金鋼： a、低合金鋼（合金元素總含量5% ) b、中合金鋼（5 合金元素總含量 10% ） C、高合金鋼（合金元素總含量10%）。（四）鋼的熱處理 1、概念：將金屬加熱到某一溫度，在該溫度下保持一定的時間。然后按一定的冷卻速度冷卻到室溫。這一過程稱為熱處理。 2、熱處理的方法（1）退火（又稱預先熱處理） A 、概

16、念 ： 將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間，然后使它慢慢冷卻，稱為退火。 鋼的退火是將鋼加熱到A1或A3以上3050的溫度，經(jīng)過保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。 B、目的： 細化晶粒。 降低硬度。 消除內應力。（2）正火 A、概念：正火是將鋼加熱到臨界溫度以上（A3或A線以上4060 ），使鋼全部轉變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法。 B、目的： 消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體。 細化鋼的晶粒，提高鋼的強度和硬度。（3）淬火 A、概念：淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上（高于 A3 線3050），保溫一段時間，然后很快放入淬火劑中，使其溫度急速冷卻的熱處理方法。 B、目的：增加鋼的強度和硬度，減

17、少其塑性。 常用的淬火劑有：水、油、堿水和鹽類溶液等。（4）回火 A、概念：將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻稱為回火。 B、目的：消除淬火產(chǎn)生的內應力。 降低硬度和脆性。 C、分類：高溫回火。 中溫回火。 低溫回火 。 三類。1、定義 焊接接頭:指兩個或兩個以上零件用焊接方法連接的接頭。包括：焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。 1）焊縫區(qū)接頭金屬及填充金屬熔化后，又以較快的速度冷卻凝固后形成。2）熔合區(qū)熔化區(qū)和非熔化區(qū)之間的過渡部分。 被焊縫區(qū)的高溫加熱造成組織和性能改變的區(qū)域。2、焊接接頭圖焊接接頭型式主要有：對接接頭、T形接頭、角接接頭、搭接接頭四種。 （1）、對接接頭）、對接接頭

18、概念：兩焊件相對平行的接頭稱為對接接頭。種類：根據(jù)焊件厚度、焊接方法和坡口準備的不同，對接接頭可分為不開坡口對接接頭和開坡口對接接頭兩種。常見的接頭型式見圖31所示（2）T形接頭 概念：一焊件端面與另一焊件表面構成直角或近似直角的接頭。2-300-255224-305510-402240-6022R1520 不開坡口的T形接頭 開坡口的T形接頭種類（3）角接接頭 112-52212-30602220-4055224-3055不開坡口的角接接頭開坡口的角接接頭概念：兩焊件端面間構成大于30、小于135夾角的接頭。種類：（4）、搭接接頭 概念： 兩焊件部分重疊構成的接頭。 種類：3-5 I形坡口

19、圓孔內塞焊 長孔內角焊 二、焊接位置種類二、焊接位置種類 見下圖見下圖圖圖15 各種焊接位置各種焊接位置 (a)平焊 (b)橫焊 (c)立焊 (d)仰焊 (e)平角焊 (f)仰角焊（一）按焊縫在空間所處位置的不同分為 1、平焊縫：在水平面上任何方向上的焊縫，叫平焊縫。 2、立焊縫；在垂直平面上垂直方向上的焊縫，叫立焊縫。 3、橫焊縫：在垂直平面上水平方向上的焊縫，叫橫焊縫。 4、仰焊縫 ：在水平面底部任何方向上的焊縫，叫仰焊縫 。（二）按焊縫結合形式分為 1、對接焊縫：在焊件的坡口面間焊接的焊縫，叫對接焊縫。2、角焊縫：沿兩直交或近直交零件的交 線所焊接的焊縫，叫角焊縫。（三）按焊縫斷續(xù)情況分

20、為 1、定位焊縫：焊前，為裝配和固定焊件位置而焊接的短焊縫，叫定位焊縫。 2、連續(xù)焊縫：沿接頭全長不間斷焊接的焊縫，叫連續(xù)焊縫。 3、斷續(xù)焊縫 ：沿接頭全長焊接具有一定間隔的焊縫，叫斷續(xù)焊縫 。四、焊縫代號 概念：在圖紙上，標注焊接方法、焊接形式和焊縫尺寸的符號稱為焊縫代號。（一）焊縫符號 由基本符號、輔助符號、補充符號、指引線和焊縫尺寸符號組成。1、基本符號(表示焊縫橫截面形狀的 符號。) 見下表基本符號2、輔助符號 輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號。見下表3、輔助符號的應用示例見下表4、補充符號 補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征而采用的符號。見下表5、補充符號的應用示例 見下表1、

21、基本要求 引出線一般由帶有箭頭的指引線(簡稱箭頭線)和兩條基準線(一條為實線，另一條為虛線)兩部分組成。如下圖所示（二）引出線2、箭頭線和接頭的關系 見下圖圖圖17 帶單角焊縫的帶單角焊縫的T型接頭型接頭(a)焊縫在箭頭側 (b)焊縫在非箭頭側3箭頭線的位置箭頭線相對焊縫的位置一般沒有特殊要求，見圖18(a)、(b)。但是在標注單邊V、單邊Y、J形焊縫時，箭頭線應指向帶有坡口一側的工件，見圖18(c)、(d)。必要時，允許箭頭線彎折一次，如圖19。 圖圖18 箭頭線的位置箭頭線的位置圖圖19 彎折的箭頭線彎折的箭頭線5、基本符號相對基準線的位置 見下圖 標注對稱焊縫及雙面焊縫時，不加虛線。焊接在接頭的箭頭側4基準線的位置 基準線的虛線可以畫在基準線的實線下側或上側?；鶞示€一般應與圖樣的底邊相平行。 圖圖110 基本符號相對基準線的位置基本符號相對基準線的位置(三