國際焊接工程師(高校中期輔導)

高校中期輔導電工學基礎、弧焊電源電流種類弧焊電源直流電交流電三相交流電電流種類1)

正常運行情況下指的是手工焊和半自動焊2)

W-交流含量或諧波現(xiàn)象3)

存在較高觸電危險的環(huán)境：由導電墻組成的狹窄空間，例如鍋爐，在導電部件之間或附近的狹窄的范圍里，在導電部件上活動受限制的情況下，以及在潮濕和炎熱的空間里。

弧焊電源的安全

功率及功率因數(shù)視在功率S電路中總電壓和電流有效值之間的乘積定義為電路的視在功率。有功功率P是S的一部分，它被轉(zhuǎn)換成“非電”功率，被轉(zhuǎn)換成熱量（電弧）或者機械功（馬達）的功率，從電網(wǎng)中取出的有功功率是不可逆轉(zhuǎn)的。無功功率Q理想電感元件雖然不消耗電能，但它與電源之間不斷進行能量互換;無功功率Q是建立電場或磁場用的電功率，當電場或磁場的能量衰減時，又把它提供回網(wǎng)路。功率因數(shù)cosφ：有功功率與視在功率的比值。電離與熱解離：電弧是由兩電極和其間的氣體空間組成，電弧中的帶電粒子主要依靠氣體空間中氣體的電離和電極的電子發(fā)射產(chǎn)生。電弧不同保護氣體下電弧的性能氬氣與二氧化碳氣體的工藝性能存在差異，如密度、熱傳導性和電弧特性。接線位置、焊接位置及鐵磁體對電弧的影響接線位置焊接位置鐵磁體對電弧影響

火焰技術

氧-乙炔火焰氧-乙炔火焰大多用作氣焊熱源。焊接部位所需要的熱量與工件厚度和材料種類有關。所需各種不同的熱量與焊炬種類和焊炬尺寸有關焊接火焰的作用:具有熔化連接面和焊接填充材料;能夠保護焊接熔池。氣焊（G；311）應用范圍：所能焊接的材料為:非合金鋼、低合金鋼、有色金屬，鑄鐵工件厚度一般為6mm以下。各種位置的連接焊，特別是管道安裝、車體結(jié)構(gòu)、安裝和維修、堆焊等。常用于焊接和切割的燃氣主要有：

乙炔（C2H2）、丙烷（C3H8即液化石油氣）、甲烷（CH4即天然氣）、氫氣（H2）、煤氣（CO+H2）和汽油（CnH2n即烯烴+芳香烴）等。焊接各種材料用的氧—乙炔焰材料乙炔過剩焰中性焰氧氣過剩焰鑄鐵+0-銅-+-黃銅--+鋁+0-鋼-+-銅與銅焊接時，可選用氣焊、鎢極氬弧焊、熔化極惰性氣體保護焊氧乙炔火焰應用火焰校正利用局部加熱后再冷卻的收縮變形校正原來變形的工藝方法；要求材料有較高的塑性；校正效果取決于火焰加熱位置和火焰能率。氧乙炔火焰切割屬于火焰切割，切割過程中，金屬材料處于燃燒狀態(tài)，火焰切割的材料其燃點都應低于熔點。鋼材表面預處理氧化皮、鐵銹等。預熱火焰噴涂熱切割方法分類按物理物理過程分類:火焰燃燒切割、熔化切割和升華切割。按機械化程度分類:手工、半機械化、全機械化和自動化切割。按能源的分類:焊條電弧焊（E；111）工藝特點1）設備簡單，操作靈活方便，適應性強，可達性好；2)可焊金屬廣泛；3)待焊接頭裝配要求較低；4)勞動條件差，熔敷速度慢，生產(chǎn)率低。焊條電弧焊應用范圍焊條電弧焊時，電弧溫度約在6000℃左右，（熔化極氣體保護焊接時，電弧溫度約10000℃左右）焊條藥皮受熱作用產(chǎn)生氣體與熔渣，保護焊條末端、過渡的熔滴；母材上的液態(tài)金屬，凝固的熔渣覆蓋著焊縫金屬，同樣起保護作用。應用范圍：適于全位置焊接，工件厚度大于3mm能焊的金屬有：碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼的連接焊接及堆焊;可能須預熱、后熱或兩者兼用的金屬有：鑄鐵、高強度鋼、淬火鋼等常用焊條電弧焊電源：按輸出電流種類不同分

弧焊變流器弧焊整流器——直流弧焊逆變器弧焊變壓器——交流負極性交流正極性電流大小相同而極性不同時獲得的焊縫熔深

酸性藥皮和金紅石型藥皮——負極性（國內(nèi)直流正接）堿性和所有高合金鋼焊條——正極性（國內(nèi)直流反接）焊條藥皮的作用①提高電弧的導電性a）電弧引弧變易。b）提高焊接性能。②造渣a）影響熔滴的大小b）可阻止有害氣體的侵入（N2和O2）c）決定焊縫的成型d）防止焊縫快速冷卻③造氣a）通過有機物b）通過碳酸鹽（比如：CaCO3）④脫氧及合金化按藥皮類型分為：酸性藥皮（A）、堿性藥皮（B）、金紅石藥皮（R）、纖維素藥皮（C）再烘干溫度由藥皮類型確定

1）酸性焊條取70～150℃范圍，最高250℃，烘焙l～l.5h；2）堿性焊條取300～400℃范圍，保溫l～2h。電弧長度的正確選擇金紅石藥皮焊條（R、RR）的弧長為焊條直徑。酸性藥皮焊條（A）的弧長為焊條直徑。纖維素藥皮焊條（C）的弧長為焊條直徑。堿性藥皮焊條（B）的弧長為焊條直徑的一半鎢極惰性氣體保護焊保護氣體及鎢極氬弧焊的應用惰性氣體為：氬氣（Ar），氦氣（He），氬氣和氦氣以及氫氣（H2）的混合氣體可焊接鋼和有色金屬，在0.5～5mm厚度適合全位置焊空間技術、精密機械、化工設備及壓力容器對于奧氏體不銹鋼的焊接方法

背面加氬氣保護以利于焊縫成型及抗氧化保護氣體對熔深的影響不同保護氣體其熱傳導性能亦不同

保護氣體使用He時比使用Ar時熔深大用氫氬混合氣體保護時，隨氫氣量的加大熔深加大TIG焊的設備：焊槍、鎢極、氣瓶等脈沖TIG焊與直流TIG焊相比較：優(yōu)點：較低的能量輸入具有良好的深/寬比穩(wěn)定的電弧 均勻的打底成形良好定位性 工件變形小熔池容易控制 良好的彌隙性能缺點：焊接設備昂貴參數(shù)調(diào)整較復雜鋁的TIG焊工藝鋁的交流TIG焊TIG焊交流焊接過程，正半波時對熔化表面進行清理，負半波時鎢極得到冷卻

鋁的直流TIG焊采用直流負極性接法,氧化膜得不到破壞。工作原理：電弧在一個熔化的電極和工件之間燃燒，這個熔化的電極同時又作為填充金屬，保護氣體是惰性的或活性的。電弧溫度約高達10000℃；焊絲具有較高的電流承載能力（直徑1mm的焊絲；可承載40～200安培的焊接電流）。熔化極氣體保護焊應用范圍適于工件厚度0.6～100mm范圍內(nèi)的全位置連接焊接，以及堆焊。MIG焊使用惰性氣體，既可以焊接黑色金屬又可以焊接有色金屬，主要用于鋁、銅、鈦及其合金，以及不銹鋼、耐熱鋼的焊接。MAG焊主要用于焊接碳鋼、低合金高強度鋼。電弧種類和熔滴過渡形式名稱熔滴過渡形式以及它的瞬時效果標記短路過渡電?。?焊接）熔滴只在短路時過渡，熔滴均勻細小k過渡電?。?焊接）部份短路過渡，部份非短路過渡，熔滴細至粗大u噴射過渡電?。?焊接）非短路過渡，均勻細熔滴s長?。?焊接）不規(guī)則短路過渡，大熔滴l脈沖過渡電弧（-焊接）非短路過渡，熔滴均勻且大小可調(diào)P—短路過渡電?。╧Lb）適用于薄板焊接對接坡口封底焊空間位置—過渡電?。è筁b）由于它的不規(guī)則的電弧過渡形式，在實際應用中與所采用的保護氣體形式有關，一般用于PA和PB焊接位置的中厚度板的焊接。—噴射過渡電?。╯Lb）或長電?。╨Lb）用中厚板多層焊和PA及PB角焊縫焊接。—脈沖過渡電?。╬-Lb）在熔化極氣體保護焊中，電磁作用力（收縮力）對熔滴的過渡影響最大，收縮力使焊絲液態(tài)端部收縮，提高了收縮位置的電流密度，這也增強了收縮力，最終迫使熔滴過渡，收縮效應是以電流強度的平方增大。三種過渡方式的應用范圍焊接參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響主要焊接參數(shù)有：電弧電壓送絲速度焊絲干伸長焊接速度埋弧焊埋弧焊過程連續(xù)送進的焊絲在可熔化的顆粒狀焊劑覆蓋下引燃電弧，電弧熱使焊絲、焊劑、母材熔化以致部分蒸發(fā)，在電弧區(qū)形成蒸氣空腔，電弧在空腔內(nèi)穩(wěn)定燃燒，底部是金屬熔池，頂部是熔渣，隨著電弧向前移動，電弧力將液態(tài)金屬推向后方并逐漸冷卻凝固成焊縫，熔渣凝固成渣殼覆蓋在焊縫表面。應用范圍：

主要用于焊接工件厚度8mm～50mm以上的碳鋼、低合金鋼和高合金鋼長焊縫的水平位置（包括船形位置）連接；用于帶極堆焊高合金鋼的堆焊層。在容器制造、鋼結(jié)構(gòu)、造船工業(yè)和車輛制造中。制造大批量長焊縫的工件,如工字梁最合適的焊接方法如埋弧焊或MAG焊埋弧焊焊劑類型的特點及應用MS錳硅型：適合與低錳低硅的焊絲配合（較多的錳過渡），電流承載能力強，適合高速焊接，可使用交流電，一般不用于雙絲、多絲焊，脫渣性不太好，不適于厚板的多層焊，焊縫成型不錯，韌性較差。適于薄板、角焊縫的快速焊。AB氧化鋁堿性（鋁酸鹽—堿型）：主要由Al2O3、MgO、CaO組成，中錳過渡，較好的焊縫性能，工藝性較好。應用于非合金或低合金的結(jié)構(gòu)鋼，可交直流兩用，適于多層焊及雙面焊。AR鋁鈦型（鋁酸鹽—金紅石型）焊劑粘度高，在工藝性能上有很多優(yōu)點，如焊縫成型好、高速焊接性、好的脫渣性。焊劑適于交直流兩用，因此適于單絲或雙絲焊。因其焊縫中的較高含氫量，其機械性能一般。主要應用于薄壁容器和管子、鰭片管，鋼結(jié)構(gòu)和造船中的角焊縫FB氟化物堿性：高堿性，低的二氧化硅含量。合金的燒損和滲入中和，有錳的燒損，需配高錳的焊絲?？捎糜诘蜏貤l件下，高韌性。電流承載能力和焊速受限制。推薦用于多層焊（注意清渣）。當要求高韌性時，用于高抗拉強度的細晶粒鋼，如壓力容器、核設施、海洋結(jié)構(gòu)，也用于不銹鋼和鎳鋼。RS鈦硅型：錳燒損高，較高的硅滲入，應用于中、高錳焊絲，韌性受到限制。電流承載能力強，用于單、多絲的高速焊。用于雙面焊；大管徑的管材。

CS硅鈣型：電流承載能力最強，韌性一般，成型好。（偏酸性）電流承載能力較強，能得到不錯的焊縫和機械性能。（偏堿性）埋弧焊種類和應用1)單絲埋弧焊特征：單絲，一個電源，一套控制系統(tǒng)優(yōu)點：熔化效率高2）并列雙絲埋弧焊特點：雙絲，一個電源，一套控制系統(tǒng)優(yōu)點：高的熔化效率，好的間隙搭接性，高的焊接速度3)縱列雙絲埋弧焊特點：二個焊絲，二個電源，兩套控制系統(tǒng)優(yōu)點：熔化效率高，焊接速度快，焊縫成形好，機械性能好典型的焊接參數(shù)：焊接速度95㎝/min第一個機頭：Φ=4mm，I=650A，U=30V，DC第二個機頭：Φ=4mm，I=550A，U=32V，AC注：如在管道中焊接，兩電源都為交流。4)帶極埋弧焊特征：帶狀電極，一個電源，一個控制系統(tǒng)優(yōu)點：熔深小，稀釋率低，堆焊效率較高，表面光滑5)窄間隙埋弧焊特征：單焊絲、單電源、一個控制系統(tǒng)優(yōu)點：減少相同材料厚度、改善應力狀態(tài)缺點：對設備可靠性要求高、返修性差6)埋弧焊橫焊、平角焊電阻點焊（RP；21）應用范圍:適用于工件厚度0.5至3.0mm；可焊碳鋼、鋁及黃銅焊接；適用于成批生產(chǎn)電阻焊的分類點焊（按對焊件供電的方式可分為單面點焊、雙面點焊、間接點焊）縫焊（按滾盤滾動與饋電方式分為連續(xù)縫焊、斷續(xù)縫焊和步進縫焊）凸焊對焊閃光對焊電阻壓力焊具有那些物理/工藝性能？工件加熱取決于其尺寸大小加熱狀態(tài)取決于焊接電流，焊接時間和電阻電阻焊的檢驗：電阻點焊、縫焊、凸焊只通過破壞性試驗進行檢驗，對焊可以采用無損檢驗方式。釬焊釬焊屬于熱加工連接釬料與母材相關的兩個特性：1）釬料的熔點應低于母材的熔點；2）釬料在母材上必須浸潤（釬料和母材之間的分界面間隙通過擴散實現(xiàn)合金化）。

對釬焊材料的基本要求合適的熔化溫度范圍，一般比母材的熔化溫度低在釬焊溫度下具有良好的潤濕作用，能充填充接頭間隙與母材的物理、化學作用應保證它們之間形成牢固的結(jié)合成份穩(wěn)定盡可能減少釬焊溫度下元素的損耗；少含或不含稀有金屬和貴重金屬能滿足釬焊接頭物理、化學及力學性能等要求釬料的分類軟釬料（易熔釬料，熔點低于450℃）鉍基、銦基、錫基、鎘基、鋅基和鉛基等。硬釬料（難熔釬料，熔點高于450℃）鋁基、銀基、銅基、錳基、鎳基、金基、鈀基、鎂基、鉬基和鈦基等材料基礎知識金屬結(jié)構(gòu)、鐵碳合金、鐵碳相圖金屬材料中常見的晶格形式純鐵的結(jié)晶過程置換固溶體、間隙固溶體、金屬化合物共晶相圖、包晶相圖鐵碳合金相圖中各特征點的意義鐵素體、奧氏體、珠光體、貝氏體、馬氏體、萊氏體、滲碳體，魏氏組織共析鋼、亞共析鋼、過共析鋼、共晶白口鐵、亞共晶白口鐵、過共晶白口鐵鋼的冷卻轉(zhuǎn)變，TTT曲線，CCT曲線焊接冶金焊接接頭構(gòu)成和各區(qū)的特點焊接裂紋的種類和形成機理焊接接頭斷裂形式和裂紋試驗熱處理熱處理種類、作用正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)、消除應力退火、時效強化、固溶處理金屬材料性能，試驗方法，材料特征值強度、塑性、韌性、硬度、導熱性、熱膨脹性、耐腐蝕性裂紋形成機理肉眼或≤6:1的放大鏡能夠識別借助V＞6:1的顯微鏡的識別焊接接頭中的缺陷裂紋裂紋尺寸宏觀裂紋微觀裂紋冷裂紋裂紋形成晶間裂紋穿晶裂紋裂紋形成的原因/條件熱裂紋凝固裂紋液化裂紋層狀撕裂淬硬裂紋氫致裂紋時效裂紋析出裂紋脆化裂紋收縮裂紋缺口裂紋再熱裂紋（兩種形成均可能）裂紋分類凝固裂紋（結(jié)晶裂紋）液化裂紋——熱裂紋再熱裂紋延遲裂紋——冷裂紋鋼的工業(yè)生產(chǎn)

高爐煉鐵過程煉鋼過程鋼的澆注

澆注的鋼水中仍含有大量氧的成份。應進行脫氧，這一過程為還原。沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼（在鋼水中添加約0.15%的硅和少量的錳和鋁）特別鎮(zhèn)靜鋼（在鋼水中添加約0.2%的硅，約0.02%的鋁和少量的錳）合金元素對鋼性能的影響硫硫在鐵中幾乎不溶解，它與鐵形成化合物硫化鐵。由于硫化鐵的熔點較低（1200℃），它一般沉淀在晶界上，硫化鐵在800～900℃時變脆。此時，鋼很容易在晶界處破壞（紅脆性）。當溫度超過1200℃時，晶界上的硫化鐵熔化，鋼以熱脆形式發(fā)生破壞。在偏析區(qū)特別容易出現(xiàn)熱裂傾向。磷磷使鋼變脆。由于磷—鐵化合物的熔點較低，因此易產(chǎn)生熱裂紋。錳錳的作用是脫氧劑。它與硫結(jié)合成為硫化錳。錳提高鋼材的抗拉強度和韌性，錳引起鋼的冷作硬化性，當它在鋼中的含量超過12％時成為奧氏體鋼。氮溫度大約超過600℃時，氮可溶解在鐵素體中，但在室溫時，氮就會析出，它阻礙鋼的可變形性（時效）。在特殊鎮(zhèn)靜鋼中，至少0.02%的鋁含量與氮相結(jié)合，因此在特殊鎮(zhèn)靜鋼中避免了時效現(xiàn)象。硅硅在鋼中的作用是作為脫氧劑。它提高鋼材的抗拉性能和屈服極限；降低延伸率和冷成型性。硅與其它元素（Cr、Mo、V）相化合可提高鋼的淬硬性。當硅含量不超過0.5％時鋼具有良好的焊接性。脆斷：通常，將近行斷裂前，材料沒有明顯的形狀改變的斷裂稱為脆斷。時效：人們把隨著時間的流逝，材料的某種性能如缺口沖擊功出現(xiàn)改變的現(xiàn)象稱為材料的時效。蠕變：鋼在長時間的恒溫、恒載作用下，發(fā)生緩慢的塑性變形現(xiàn)象稱為蠕變?！岣呓饘俨牧蠌姸鹊臋C理1）析出強化2）固溶強化3）晶界強化4）熱處理強化5）冷作硬化

1）析出強化隨著溫度的降低，固溶體中第二相的溶解能力下降而析出細小物（質(zhì)點或粒子），可使材料的強度明顯提高，通過析出物阻礙位錯在基體晶格中的移動來實現(xiàn)，這取決于析出物的大小、尺寸和數(shù)量。若單獨使用這種強化方式，會降低材料的塑性和韌性。2）固溶強化通過在基體晶體晶格中嵌入或替代其它外來原子而獲得的強化效果，置換固溶體中不同體積的原子間會產(chǎn)生一個恒定的彈性應力場，大大地影響了位錯的移動，間隙固溶體具有同樣的效果。按嵌入原子的數(shù)量和大小在材料強度和韌性增加的同時會減小沖擊功。3）晶界強化在單晶體向多晶體轉(zhuǎn)變時，晶界的出現(xiàn)或產(chǎn)生對材料性能的影響是很大的，多晶體的狀態(tài)是穩(wěn)定的單個晶粒的不規(guī)則分布，從結(jié)晶學的晶向來看，宏觀上表現(xiàn)出了各向同性，更多的細晶粒結(jié)構(gòu)就是這樣。晶界可以有效地阻礙位錯移動，在剪應力的作用下，晶粒內(nèi)部應變增加，但在晶界處會降低變形速度或停止，只有當剪應力逐漸增加到滑過晶界時，位錯才會形成，因為晶界是一個需要首先克服的高能量區(qū)。通常，相鄰晶粒之間不會有滑移的可能，這意味著在細晶粒中，屈服強度和抗拉強度是成比例增加的。4）熱處理強化鋼的正火工藝可以提高鋼的強度，由于快速冷卻時碳的擴散受阻，通過一種必要的測量可以發(fā)現(xiàn)碳的微觀和宏觀應力產(chǎn)生將導致屈服強度的提高，碳含量和冷卻速度的不同，材料的沖擊功可能減小或保持不變。5）冷作硬化是對材料在再結(jié)晶溫度以下通過塑性變形來提高強度，在塑性變形時形成位錯，如增加晶界，從而增加了進一步變形所需的能力，這樣就強化了材料。這種強化方式應限制使用，因為要考慮到這種強化效果不僅減少了韌性，而且在低拉力下會產(chǎn)生塑性變形。鋼的分類按合金元素的含量分類按使用要求分類按合金元素的含量分類

碳鋼（非合金鋼）低合金鋼高合金鋼合金元素鋁鉑鉛鉻1)鈷銅1)鑭錳鉬1)鎳1)鈮鍺極限含量（重量百分比）0.100.00080.400.300.100.400.051.653)0.080.300.060.10合金元素硅碲鈦2)鉍釩2)鋯2)鎢其它(不包括碳,磷,硫氮和氧)每種極限含量(重量百分比)0.500.100.050.100.100.050.05

0.05

碳鋼（非合金鋼）當以2種、3種或4種元素之和作為規(guī)定值，并合金元素含量不超過此表中值時，將以這2種、3種或4種元素的單個值之和的70%作為極限值。這幾種元素作為一組時上述規(guī)定則適用。Mn單獨最大可達1.8%，但不適用于70%這一規(guī)定。低合金鋼∑合金元素含量<5%例如：13CrMo4-5鋼的合金系數(shù)元素4Co,Cr,Mn,Ni,Si,W10Al,B,Be,Cu,Mo,No,Pb,Ta,Ti,V,Zr100C,Ce,N,P,S高合金鋼∑合金元素含量>5%

例如：X6CrNi16-13

按使用要求分類普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼特殊優(yōu)質(zhì)鋼簡支梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)成由桿件（承受彎矩）、和支座（將載荷傳遞到地基）組成。支座包括：固定支座（能對垂直方向上的力V和水平方向上的力H產(chǎn)生反作用力，對力矩不起作用，有一個運動自由度，二個未知的支座反作用力

）——應用在此結(jié)構(gòu)活動支座（只能對垂直方向上的力V產(chǎn)生反作用力，對水平方向上的力和力矩不起作用，有二個運動自由度，一個未知的支座反力

）——應用在此結(jié)構(gòu)緊固支座（能對垂直方向上的力V，水平方向上的力H和力矩M產(chǎn)生反作用力或力矩，無運動自由度，有三個未知的支座反作用力

）——未應用靜定系統(tǒng)判斷n=a+z-3·s＝3+0-3·1＝0 靜定系統(tǒng)a----支座反作用力的數(shù)量

z----構(gòu)件之間反作用力的數(shù)量

s----桿件的數(shù)量

n>0n倍靜不定系統(tǒng)n=0靜定系統(tǒng)n<0可移動系統(tǒng)靜不定系統(tǒng)的特點：1.增加附加約束具有較高的安全性；2.能夠充分利用其截面，減輕重量，經(jīng)濟性好；3.具有比較好的應力分布S235內(nèi)力包括：水平方向力N（物體水平方向所受內(nèi)力）—構(gòu)件不承受垂直方向力V（物體垂直方向所受