材料成型發(fā)展史-1

材料成型技術(shù)發(fā)展史材料成型1191,1192材料成型1291機(jī)械工程學(xué)院吳安如

材料成型及其應(yīng)用

人類(lèi)社會(huì)發(fā)展——材料為主要標(biāo)志——人類(lèi)社會(huì)進(jìn)化的里程碑——人類(lèi)生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)——人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然和改造自然的工具（人類(lèi)一出現(xiàn)就使用材料）——人類(lèi)進(jìn)化的標(biāo)志之一——材料的歷史與人類(lèi)史一樣久遠(yuǎn)。人類(lèi)文明曾被劃分為：舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等——任何材料加工技術(shù)都離不開(kāi)材料的設(shè)計(jì)和制造工藝材料大致經(jīng)歷了以下五個(gè)發(fā)展階段：（一）使用純天然材料的初級(jí)階段在原古時(shí)代，人類(lèi)只能使用天然材料（如獸皮、甲骨、羽毛、草葉、石塊、泥土等）當(dāng)于人們通常所說(shuō)的舊石器時(shí)代。這一階段，人類(lèi)所能利用的材料都是純天然的，在這一階段的后期，雖然人類(lèi)文明的程度有了很大進(jìn)步，在制造器物方面有了種種技巧，但是都只是純天然材料的簡(jiǎn)單加工。（二）人類(lèi)單純利用火制造材料的階段

這一階段橫跨人們通常所說(shuō)的新石器時(shí)代、銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代，也就是距今約10000年前到二十世紀(jì)初的一個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)期，并且延續(xù)至今，它們分別以人類(lèi)的三大人造材料為象征，即陶、銅和鐵。這一階段主要是人類(lèi)利用火來(lái)對(duì)天然材料進(jìn)行煅燒、冶煉和加工的時(shí)代。例如人類(lèi)用天然的礦土燒制陶器、磚瓦和陶瓷，以后又制出玻璃、水泥，以及從各種天然礦石中提煉銅、鐵等金屬材料。（三）利用物理與化學(xué)原理合成材料的階段二十世紀(jì)初，隨著物理學(xué)和化學(xué)等科學(xué)的發(fā)展以及各種檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，人類(lèi)一方面從化學(xué)角度出發(fā)，開(kāi)始研究材料的化學(xué)組成、化學(xué)鍵、結(jié)構(gòu)及合成方法，另一方面從物理學(xué)角度出發(fā)開(kāi)始研究材料的物性，就是以凝聚態(tài)物理、晶體物理和固體物理等作為基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)明材料組成、結(jié)構(gòu)及性能間的關(guān)系，并研究材料制備和使用材料的有關(guān)工藝性問(wèn)題。由于物理和化學(xué)等科學(xué)理論在材料技術(shù)中的應(yīng)用，從而出現(xiàn)了材料科學(xué)。在此基礎(chǔ)上，人類(lèi)開(kāi)始了人工合成材料的新階段。這一階段以合成高分子材料的出現(xiàn)為開(kāi)端，一直延續(xù)到現(xiàn)在，而且仍將繼續(xù)下去。人工合成塑料、合成纖維及合成橡膠等合成高分子材料的出現(xiàn)，加上已有的金屬材料和陶瓷材料（無(wú)機(jī)非金屬材料）構(gòu)成了現(xiàn)代材料的三大支柱。除合成高分子材料以外，人類(lèi)也合成了一系列的合金材料和無(wú)機(jī)非金屬材料。超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體材料、光纖等材料都是這一階段的杰出代表。從這一階段開(kāi)始，人們不再是單純地采用天然礦石和原料，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的煅燒或冶煉來(lái)制造材料，而且能利用一系列物理與化學(xué)原理及現(xiàn)象來(lái)創(chuàng)造新的材料。并且根據(jù)需要，人們可以在對(duì)以往材料組成、結(jié)構(gòu)及性能間關(guān)系的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。使用的原料本身有可能是天然原料，也有可能是合成原料。而材料合成及制造方法更是多種多樣。

20世紀(jì)60年代中期，開(kāi)始汽車(chē)零件塑料化，已廣泛用于汽車(chē)內(nèi)飾、外裝和結(jié)構(gòu)件。目前一臺(tái)富康轎車(chē)塑料制品用量達(dá)91.5公斤。以下這些汽車(chē)外形覆蓋件都是工程塑料制品。3)PC（聚碳酸酯）具有特別高的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，對(duì)其片材可進(jìn)行沖壓甚至拉伸加工。部分塑料擠壓產(chǎn)品PU/PVC人造革

皮革服裝

PVC產(chǎn)品

注塑成型過(guò)程陶瓷是一種無(wú)機(jī)非金屬材料?？蓪⑻沾煞譃槠胀ㄌ沾珊吞胤N陶瓷兩大類(lèi)。普通陶瓷是以天然粘土等材料成形、燒結(jié)而成，主要用來(lái)制造日用品。特種陶瓷是以人工化合物制成的陶瓷。比如，用六方晶系的Si3N4陶瓷制造纖維活塞、氣門(mén)、搖臂等耐高溫摩擦的燃燒室零件。日本日野已開(kāi)發(fā)出陶瓷絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。當(dāng)代世人還開(kāi)發(fā)出不少具有各式功能的特種陶瓷，已成為近代尖端科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。－嵌銀青銅器(a)鋁合金汽車(chē)輪轂(b)通信光纖（四）材料的復(fù)合化階段

二十世紀(jì)五十年代金屬陶瓷的出現(xiàn)標(biāo)志著復(fù)合材料時(shí)代的到來(lái)。隨后又出現(xiàn)了玻璃鋼、鋁塑薄膜、梯度功能材料以及最近出現(xiàn)的抗菌材料，都是復(fù)合材料的典型實(shí)例。它們都是為了適應(yīng)高新技術(shù)的發(fā)展以及人類(lèi)文明程度的提高而產(chǎn)生的。到這時(shí)，人類(lèi)已經(jīng)可以利用新的物理、化學(xué)方法，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)獨(dú)特性能的材料?，F(xiàn)代復(fù)合材料最根本的思想不只是要使兩種材料的性能變成3加3等于6，而是要想辦法使他們變成3乘以3等于9，乃至更大。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料并不只限于兩類(lèi)材料的復(fù)合。只要是由兩種不同的相組成的材料都可以稱(chēng)為復(fù)合材料。

復(fù)合材料的歷史及發(fā)展現(xiàn)狀歷史悠久的復(fù)合材料

草增強(qiáng)泥復(fù)合材料

西安半坡村的原始公社遺址（七千多年前，）房屋墻體是用草和泥砌筑的。---稱(chēng)作為草增強(qiáng)泥復(fù)合材料，受了燕雀筑巢的啟發(fā)，是仿生學(xué)的早期實(shí)例之一。

漆器

四千多年前，夏朝時(shí)代就有了使用漆器的記載。它以固化生漆為基體，麻布為增強(qiáng)材料的一種復(fù)合材料。

弓

12～13世紀(jì)，成吉思汗的蒙古大軍所使用的弓不僅短而輕，而且射程遠(yuǎn)，由動(dòng)物的腱、角和木片貼成的復(fù)合材料?，F(xiàn)代的弓身是層合的纖維強(qiáng)化塑料，把手處是樹(shù)脂含浸塑料

近代復(fù)合材料層合板

19世紀(jì)后半葉，出現(xiàn)了層合板，是隨著木板薄板加工技術(shù)和粘結(jié)劑的發(fā)展形成的。鋼筋混凝土

19世紀(jì)中葉，隨著水泥制造和煉鋼軋鋼技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了鋼筋混凝土。纖維增強(qiáng)橡膠

1893年提出了纖維增強(qiáng)橡膠用做輪胎的技術(shù)原型。它使用過(guò)的增強(qiáng)材料有棉線、鋼絲、尼龍絲、聚酯纖維、玻璃纖維、芳綸纖維?，F(xiàn)代復(fù)合材料及發(fā)展現(xiàn)狀第一代復(fù)合材料

從1942年出現(xiàn)了玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂、尼龍、聚苯乙烯等纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。第二代復(fù)合材料

1960～1970年，研究和發(fā)展了許多新型的纖維與晶須，如炭纖維及氧化鋁晶須等。用這些纖維(晶須)作增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料當(dāng)時(shí)被叫做先進(jìn)復(fù)合材料（ACM)。第三代復(fù)合材料

1970年后，出現(xiàn)了用高模量高強(qiáng)度纖維與金屬基體或陶瓷基體復(fù)合可以得到耐熱性良好的復(fù)合材料。（五）材料的智能化階段

自然界中的材料都具有自適應(yīng)、自診斷合資修復(fù)的功能。如所有的動(dòng)物或植物都能在沒(méi)有受到絕對(duì)破壞的情況下進(jìn)行自診斷和修復(fù)。人工材料目前還不能做到這一點(diǎn)。但是近三四十年研制出的一些材料已經(jīng)具備了其中的部分功能。這就是目前最吸引人們注意的智能材料，如形狀記憶合金、光致變色玻璃等等。盡管近十余年來(lái)，智能材料的研究取得了重大進(jìn)展，但是離理想智能材料的目標(biāo)還相距甚遠(yuǎn)，而且嚴(yán)格來(lái)講，目前研制成功的智能材料還只是一種智能結(jié)構(gòu)。智能材料仿生手臂機(jī)器狗機(jī)器人“9.11”世貿(mào)大夏---結(jié)構(gòu)材料/programs/view/BReg0TuGGFA/geometryjetfuelcorevisualizationfirevisualizationerosionaffectdustandglass材料的性能強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。屈服強(qiáng)度s：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。條件屈服強(qiáng)度0.2：殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值?？估瓘?qiáng)度b：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。s0.2低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力=P/F0應(yīng)變=(l-l0)/l0塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。

指標(biāo)為：

伸長(zhǎng)率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說(shuō)明：①用斷面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。②直徑d0相同時(shí)，l0，。只有當(dāng)l0/d0為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。當(dāng)l0=10d0時(shí)，伸長(zhǎng)率用表示；當(dāng)l0=5d0時(shí)，伸長(zhǎng)率用5表示。顯然5>③

>時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征

<時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征沖擊韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌性值ak(通過(guò)沖擊實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。TITANIC建造中的Titanic號(hào)TITANIC的沉沒(méi)與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic號(hào)鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。布氏硬度HB布氏硬度計(jì)洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度用符號(hào)HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根據(jù)壓頭類(lèi)型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A、B、C。

符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA用于測(cè)量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測(cè)量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測(cè)量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕冷凝器管汽車(chē)機(jī)油泵襯套黃銅棒擠壓軋制的黃銅制品鑄造產(chǎn)品鑄造錢(qián)幣及其人體銅像FunctionalclassificationofmaterialsFunctionalclassificationofmaterialsaerospaceBiomedical(生物醫(yī)學(xué))ElectrinicmaterialsEnergytechnologyandenviromentaltechnologyMagneticmaterialsSmartmaterialsStructuralmaterialsopticalmaterials航空材料ThehistoricfirstflightoftheWrightbrothersin1903.80年代俄羅斯圖-160戰(zhàn)略轟炸機(jī)F117挑戰(zhàn)者號(hào)事件結(jié)構(gòu)材料—金屬及其塑料鋼及其鋼結(jié)構(gòu)制品陶瓷材料★人工心臟瓣膜－－耐磨、耐蝕★顱骨修復(fù)材料－－強(qiáng)度、導(dǎo)熱性★齒科修復(fù)材料－－硬度、耐磨、導(dǎo)熱性★血管修復(fù)材料－－柔性、化學(xué)穩(wěn)定性★骨修復(fù)材料－－硬度、強(qiáng)度、彈性模量---生物相容性生物醫(yī)學(xué)材料及其性能要求

作業(yè)1.用什么方法可以測(cè)試材料的強(qiáng)度？用什么方法可以測(cè)試材料的塑性？列出強(qiáng)度和塑性的計(jì)算公式.2測(cè)試低碳鋼退火后的硬度有哪些方法？為什么？3簡(jiǎn)述沖擊韌性原理和測(cè)試方法.4列表比較純銅、純鋁、低碳鋼的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性.5分別列舉日常生活中見(jiàn)過(guò)的砂型鑄件、焊接件、擠壓型材的例子.材料加工技術(shù)的發(fā)展—鑄造加工

熔模鑄造（也叫消失模鑄造）在臘模表面包以造型材料從而獲得無(wú)分型面鑄型的鑄造方法。用以鑄造各種造型精美、帶有花紋和文字的鐘鼎和器皿。用易熔材料做成模型，在模型表面圖掛耐火材料后硬化，反復(fù)多次，將模型熔出下圖為熔模鑄造的產(chǎn)品金屬型鑄造（也叫永久型鑄造）金屬模型可以反復(fù)多次使用——永久模優(yōu)點(diǎn)：表面光潔度和尺寸精度均優(yōu)于砂型；鑄件由于致密力學(xué)性能高；抗腐蝕性和硬度高。缺點(diǎn)：制造成本高；周期長(zhǎng)；鑄型透氣性差；冷卻快而易產(chǎn)生冷隔、澆不足、裂紋；鑄件熔點(diǎn)不能太高等。壓力鑄造（簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄，使用金屬型和型芯）用壓射活塞以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到模腔中，并在壓力作用下使金屬液迅速凝固。優(yōu)點(diǎn)：尺寸精確；表面光潔；組織致密；鑄件力學(xué)性能高；生產(chǎn)效率高，主要用于鋁、鎂、鋅、銅等合金的生產(chǎn)，適合于小型、薄壁、帶鑲嵌件的復(fù)雜產(chǎn)品。缺點(diǎn)：鑄件內(nèi)部有大量氣體而形成氣孔，鑄型制造成本高，不適合大型鑄件，形狀要求簡(jiǎn)單離心鑄造

將金屬液澆人高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力的作用下填充鑄型并凝固成型的鑄造方法。立式：生產(chǎn)高度小于直徑的圓環(huán)類(lèi)鑄件臥式：生產(chǎn)長(zhǎng)度大于直徑的套類(lèi)和管類(lèi)鑄件（離心鑄造的鑄型：金屬型、熔模殼砂型等）缺點(diǎn)：內(nèi)表面粗糙，孔的尺寸難以保證特種鑄造-壓力鑄造2/2/202363特種鑄造-離心鑄造2/2/202364特種鑄造-擠壓鑄造2/2/202365

鑄造方法的選擇

各種鑄造方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，如何選擇？產(chǎn)量、合金種類(lèi)（如合金熔點(diǎn)等）、鑄件質(zhì)量要求、形狀、尺寸精度要求、表面粗糙度，鑄件后續(xù)加工成本、車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)條件等砂型鑄造方法有許多缺點(diǎn)，但適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單特種鑄造也有許多優(yōu)點(diǎn)，但不是任何情況下都適用。塑性加工能使產(chǎn)品的功能性和美觀性達(dá)到高度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低，在飛機(jī)、汽車(chē)等重要零部件上應(yīng)用普遍。變形方向母材變形過(guò)程回復(fù)再結(jié)晶大變形金屬塑性加工金屬在熱擠壓作用下形狀及組織的變化塑性加工能使產(chǎn)品的功能性和美觀性達(dá)到高度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低，在飛機(jī)、汽車(chē)等重要零部件上應(yīng)用普遍。（1）塑性加工的原理及特點(diǎn)★外力作用下，金屬坯料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能毛坯或零件的加工方法★塑性好的材料才適宜進(jìn)行塑性加工★強(qiáng)度高、性能好、生產(chǎn)效率高、材料消耗少（2）塑性加工方法分類(lèi)軋制、擠壓、拉拔、自由鍛造、模型鍛造、板料沖壓鍛造分為自由鍛造、模型鍛造，手工和機(jī)械手工自由鍛造是一種古老的金屬加工工藝，小型工藝品的加工，手工模鍛用于大中型金屬工藝品加工自由鍛工具簡(jiǎn)單、產(chǎn)品的形狀、尺寸精度取決于工人的操作水平，鍛件形狀不宜復(fù)雜；圓錐體及斜面體不易鍛出、兩圓柱體垂直相接不能鍛出；加強(qiáng)筋及表面凹凸結(jié)構(gòu)不能鍛出；橢圓形及工字形切面不易鍛出!!!模鍛要易于從模型中取出，即要有合理的分型面；加工面要有余量；拔模斜度要留；簡(jiǎn)單、平直、對(duì)稱(chēng)，避免面積差別過(guò)大；避免深孔或多孔結(jié)構(gòu)軋制冷軋熱軋擠壓正擠壓——反擠壓——復(fù)合擠壓——坯料一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同，而另一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反徑向擠壓——金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向成90度角的擠壓徑向角擠壓示意圖正擠壓示意圖復(fù)合擠壓拉拔用于制造各種細(xì)線材、薄壁管或各種特殊幾何形狀的型材沖壓金屬板料在沖壓模之間受壓產(chǎn)生分離或產(chǎn)生塑性變形的加工方法。分為熱沖壓和冷沖壓自由鍛金屬的冷熱加工模鍛自由鍛軋制正擠壓反擠壓拉拔沖壓熱軋與冷軋鍛壓設(shè)備蒸汽-空氣錘金屬的焊接加工（1）金屬焊接加工原理及特點(diǎn)將分離的金屬用局部加熱或加壓等手段，借助于金屬原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用牢固地結(jié)合起來(lái)，形成永久性接頭的過(guò)程。焊接與鉚接的比較（2）金屬焊接加工方法分類(lèi)①熔焊氣焊、電弧焊、電渣焊、激光焊、真空電子束焊②壓焊③釬焊蘭州黃河鐵橋焊接：是通過(guò)加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件達(dá)到原子結(jié)合的一種方法。焊接方法：熔化焊、壓力焊、釬焊等。焊接的主要特點(diǎn)是：（1）節(jié)省材料，減輕質(zhì)量；（2）簡(jiǎn)化復(fù)雜零件和大型零件的制造；（3）適應(yīng)性好；可實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)；（4）滿(mǎn)足特殊連接要求；可實(shí)現(xiàn)不同材料間的連接成型；（5）降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。焊接方法的應(yīng)用：（1）制造金屬結(jié)構(gòu)件；（2）制造機(jī)器零件和工具；（3）修復(fù)。焊接方法壓力焊摩擦焊超聲波焊爆炸焊擴(kuò)散焊高頻焊釬焊及封粘軟釬焊硬釬焊封接粘接熔焊電弧焊電渣焊等離子弧焊電子束焊激光焊手弧焊氣體保護(hù)焊埋弧焊電阻焊氣門(mén)芯熔焊原理及過(guò)程熔焊的本質(zhì)及特點(diǎn)熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉與鑄造，是金屬熔化與結(jié)晶的過(guò)程。熔池存在時(shí)間短，溫度高；冶金過(guò)程進(jìn)行不充分，氧化嚴(yán)重；熱影響區(qū)大。冷卻速度快，結(jié)晶后易生成粗大的柱狀晶。熔化焊的三要素?zé)嵩?/p>

能量要集中，溫度要高。以保證金屬快速熔化，減小熱影響區(qū)。滿(mǎn)足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣熱、電子束和激光。熔池的保護(hù)

可用渣保護(hù)、氣保護(hù)和渣-氣聯(lián)合保護(hù)。以防止氧化，并進(jìn)行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過(guò)渡合金元素。填充金屬保證焊縫填滿(mǎn)及給焊縫帶入有益的合金元素，并達(dá)到力學(xué)性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。焊接電弧

電弧是指兩電極之間強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。電弧放電電壓最低，電流最大，溫度最高，發(fā)光最強(qiáng)。將電弧放電用作焊接熱源，既安全，加熱效率也高。電弧的三個(gè)區(qū)

陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和弧柱區(qū)焊接電弧的溫度oC和熱量分布

溫度oC熱量分布陽(yáng)極區(qū)：260043％弧柱區(qū)：6000～800021％陰極區(qū)：240036％由于電弧產(chǎn)生的熱量在陽(yáng)極和陰極上有一定的差異，在使用直流電焊機(jī)焊接時(shí)，有兩種接線方法：直流正接：焊件接正極，焊條接負(fù)極（厚板、酸性焊條）直流負(fù)接：焊件接負(fù)極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊條、低合金鋼和鋁合金）電弧焊的焊接過(guò)程：手工電弧焊是利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱，將工件熔化而進(jìn)行焊接的。電弧在焊條與被焊工件之間燃燒，電弧熱使工件（基本金屬）和焊條同時(shí)熔化成為熔池，焊條金屬熔滴借重力和電弧氣體吹力的作用逐漸過(guò)渡到熔池當(dāng)中。電弧熱還使焊條的藥皮熔化或燃燒。藥皮燃燒后與液體金屬起物理化學(xué)作用，所形成的熔渣和氣體可防止空氣中氧、氮的侵入，其保護(hù)熔化金屬的作用。電弧焊的冶金過(guò)程特點(diǎn)：電弧和熔池金屬溫度高于一般的冶煉溫度。使金屬元素強(qiáng)烈蒸發(fā)，并使電弧區(qū)的氣體分解成原子狀態(tài)，增大了氣體的活潑性，導(dǎo)致金屬燒損或形成有害雜質(zhì)。金屬熔池體積小，熔池四周是冷金屬，熔池處于液態(tài)的時(shí)間很短，一般在１０秒左右。導(dǎo)致各種化學(xué)反應(yīng)難以達(dá)到平衡狀態(tài)，化學(xué)成分不夠均勻，氣體和雜質(zhì)來(lái)不及浮出易產(chǎn)生氣孔和夾雜等缺陷。熔池不斷更新，有害氣體容易進(jìn)入熔池，形成氧化物、氣孔雜質(zhì)等缺陷。焊劑是由SiO2，MnO、MgO及CaF等組成的硅酸鹽。焊劑保護(hù)的效果形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜，使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫中的含氣量，提高焊縫韌性。延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，加強(qiáng)了冶金反應(yīng)，有利于氣孔、夾渣的析出。熔池的保護(hù)渣保護(hù)

為了使熔池與空氣隔離，可在熔池上覆蓋一層熔渣一方面防止金屬氧化和吸氣另一方面向熔池過(guò)渡合金元素，提高焊縫性能同時(shí)，還可以減少散熱，提高生產(chǎn)率，防止強(qiáng)光輻射氣保護(hù)用于保護(hù)熔池和溶滴的氣體應(yīng)是惰性氣體，并在高溫下不分解，或是低氧化性的不溶于金屬液體的雙原子氣體(如Ar或CO2)。噴嘴結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能使氣體以層流流出。CO2氣體CO2為無(wú)色無(wú)味氣體，密度是空氣的1.5倍，在常溫下很穩(wěn)定，但在高溫下易分解。CO2氣體密度大，受熱后體積膨脹大，所以在隔離空氣保護(hù)焊接熔池和電弧方面，效果良好。但CO2氣體為氧化性氣體，在高溫下將分解為CO和O2：CO2＝CO+O2所以二氧化碳在高溫時(shí)有強(qiáng)烈的氧化性。氬氣氬氣為惰性氣體，高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，氬氣是一種理想的保護(hù)氣體。由于氬弧溫度高，因此一旦引燃，電弧就很穩(wěn)定。氬弧焊一般要求氬氣純度達(dá)99.9%，我國(guó)生產(chǎn)的工業(yè)純氬，其純度可達(dá)99.9%，完全合乎氬弧焊的要求。氬弧焊對(duì)焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格，否則就會(huì)影響焊縫質(zhì)量。渣-氣聯(lián)合保護(hù)利用渣的良好的冶金反應(yīng)和焊縫成型特點(diǎn)以及氣體的優(yōu)良電弧熱效率和穩(wěn)弧作用，可獲得良好的熔池保護(hù)效果。如焊條的藥皮及二氧化碳加藥芯。填充金屬填滿(mǎn)焊縫，提高焊縫性能，使焊縫與母材等強(qiáng)度，用焊絲和焊芯（填充金屬）過(guò)渡合金元素。常用的焊條鋼芯為碳素鋼絲、合金鋼絲和不銹鋼絲。H代表焊接用鋼絲，其后的兩位數(shù)字代表含碳量的萬(wàn)分之幾；A為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼；E代表特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。電焊條電焊條的組成及作用組成：焊芯和藥皮作用：焊芯—填充金屬藥皮—穩(wěn)弧、造氣、造渣、脫氧、合金、粘結(jié)等。藥皮必須含有造氣劑和造渣劑。藥皮中還應(yīng)含有穩(wěn)弧劑和合金化劑，以及脫氧劑、脫硫劑和去氫劑等。焊條的種類(lèi)和編號(hào)種類(lèi)：結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬及鉻鉬耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、低溫鋼焊條、鑄鐵焊條、鈦及鈦合金焊條、鋁及鋁合金焊條、銅及銅合金焊條、特殊用途焊條。編號(hào)：以結(jié)構(gòu)鋼焊條為例：Ｊ422

其中：Ｊ——結(jié)構(gòu)鋼焊條４２——焊縫金屬抗拉強(qiáng)度大于等于４２０ＭＰ２——藥皮類(lèi)型（鈦鈣型）和電源種類(lèi)（交直流）Ｊ5077——低氫，直流

焊接熱循環(huán)的特點(diǎn)是加熱和冷卻速度很快，對(duì)易淬火鋼，易導(dǎo)致馬氏體相變；對(duì)其它材料，易產(chǎn)生焊接變形、應(yīng)力及裂紋。埋弧焊埋弧焊的原理及特點(diǎn)埋弧自動(dòng)焊是用焊劑進(jìn)行渣保護(hù)，焊絲為一電極在焊劑層下引燃電弧燃燒。因電弧在焊劑包圍下燃燒，所以熱效率高；焊絲為連續(xù)的盤(pán)狀焊絲，可連續(xù)饋電；焊接無(wú)飛濺，可實(shí)現(xiàn)大電流高速焊接，生產(chǎn)率高；金屬利用率，焊接質(zhì)量好，勞動(dòng)條件好。埋弧焊適于平直長(zhǎng)焊縫和環(huán)焊縫的焊接。埋弧自動(dòng)焊氣體保護(hù)焊氬弧焊

利用氬氣保護(hù)電弧熱源及焊縫區(qū)進(jìn)行焊接。鎢極氬弧焊

以鎢釷合金和鎢鈰合金為陰極，利用鎢合金熔點(diǎn)高，發(fā)射電子能力強(qiáng)，陰極產(chǎn)熱少，鎢極壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，形成不熔化極氬弧焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊

以CO2為保護(hù)氣體，用焊絲為電極引燃電弧，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)焊或自動(dòng)焊。CO2氣體

CO2氣體密度大，高溫體積膨脹大，保護(hù)效果好。但CO2在高溫下易分解為CO和O，導(dǎo)致合金元素的氧化，熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接用CO2純度要大于99.8%。電渣焊利用電流通過(guò)熔渣時(shí)產(chǎn)生的電阻熱加熱和熔化焊絲和母材來(lái)進(jìn)行焊接的一種熔化焊方法。分為絲極（單絲、雙絲、多絲）、板極、熔嘴和熔管電渣焊電渣焊的結(jié)晶特點(diǎn)

電渣焊的線能量大，加熱和冷卻速度低，高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，所以電渣焊焊縫的一次結(jié)晶晶粒為粗大的樹(shù)枝狀組織，熱影響區(qū)也嚴(yán)重過(guò)熱。在焊接低碳鋼時(shí)焊縫和近縫區(qū)產(chǎn)生粗大的魏氏組織。為了改善焊接接頭的力學(xué)性能，焊后要進(jìn)行（正火）熱處理。電渣焊方法等離子弧焊接與切割

等離子弧是經(jīng)過(guò)壓縮的高能量密度的電弧特點(diǎn)：高溫（可達(dá)24000～50000K）高速（可數(shù)倍于聲速）高能量密度（可達(dá)105～106W/cm2）

等離子弧的形成利用機(jī)械壓縮效應(yīng)（電弧通過(guò)噴嘴細(xì)小孔道時(shí)的被迫收縮）、熱壓縮效應(yīng)（在冷氣流的強(qiáng)迫冷卻下，帶電粒子流〈離子和電子〉往弧柱中心集中）和電磁收縮效應(yīng)（弧柱帶電粒子的