熔化焊與熱切割基礎(chǔ)知識

關(guān)于熔化焊與熱切割基礎(chǔ)知識第一節(jié)焊接與熱切割基礎(chǔ)知識焊接基本原理及分類：焊接是通過加熱或加壓或兩者兼用，可以用或不用填充材料，使焊件達到原子結(jié)合的一種加工方法。焊接的本質(zhì)是使兩個分離的物體產(chǎn)生原子間結(jié)合，使之連接成一體的連接方法零件零件零件螺栓零件零件零件螺母鉚釘機械聯(lián)接焊接↖↗可拆卸聯(lián)接永久連接焊縫第2頁,共87頁，2024年2月25日，星期天焊接方法分類：烙鐵釬接高頻感應(yīng)釬接火焰釬接電阻釬接爐中釬接鹽浴釬接爆炸焊冷壓焊超聲波焊氣壓焊電阻焊鍛焊摩檫焊對焊滾焊點焊激光焊氣電焊電子束焊電渣焊等離子弧焊鋁熱焊電弧焊氣焊惰性氣體保護焊活性氣體保護焊自動埋弧焊手工電弧焊硬釬焊軟釬焊釬焊壓力焊熔化焊焊接第3頁,共87頁，2024年2月25日，星期天切割方法分類：切割方法火焰切割電弧切割冷切割氧－乙炔氣割液化石油氣切割氫氧源切割氧熔劑切割等離子弧切割碳弧氣割激光切割水射流切割氣割碳弧氣割等離子弧切割水射流切割激光切割第4頁,共87頁，2024年2月25日，星期天焊接與切割技術(shù)的發(fā)展概況：我國是最早應(yīng)用焊接技術(shù)的國家之一。遠在戰(zhàn)國時期的一些金屬制品就已采用了焊接技術(shù)。在宋代科學(xué)家沈括所著的《夢溪筆淡》一書，就提到了焊接方法。在明代科學(xué)家宋應(yīng)星所著的《天工開物》一書中，對鍛焊和釬焊技術(shù)作了詳細敘述。1892年出現(xiàn)氧—氫混和氣焊（2000℃左右），由于溫度較低只用于薄板焊接。1895年發(fā)明了電石后又發(fā)現(xiàn)了乙炔和氧氣混和燃燒溫度高（3200℃），1903年被廣泛運用到金屬焊接上。20世紀(jì)初手工電弧焊問世。20年代后期電阻焊獲得應(yīng)用。40年代后期埋弧焊；惰性氣體保護焊相繼獲得應(yīng)用。50年代CO2氣電焊、電渣焊、摩擦焊、電子束焊、超聲波焊發(fā)展應(yīng)用。60年代等離子弧焊、激光焊、光束焊相繼出現(xiàn)。近年來，太陽能焊機、冷壓焊機等新型焊機開始研制，焊接生產(chǎn)自動化及計算機在焊接切割生產(chǎn)中有很大發(fā)展。第5頁,共87頁，2024年2月25日，星期天公元前3000多年埃及出現(xiàn)了

技術(shù)。公元前2000多年中國的殷朝采用制造兵器。公元前200年前，中國已經(jīng)掌握了青銅的及鐵器的工藝。鍛焊鑄焊釬焊鍛焊第6頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1881年：法國人阿爾薩斯

(DeMeritens)發(fā)明了最早期的。

碳弧焊機第7頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1888年：俄羅斯人發(fā)明。

金屬極電弧焊第8頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1917年：第一次世界大戰(zhàn)期間使用修理了109艘從德國繳獲的船用發(fā)動機，并使用這些修理后的船只把50萬美國士兵運送到了法國。電弧焊第9頁,共87頁，2024年2月25日，星期天大約1920年：第一艘使用制造的油輪波基普西（PoughkeepsieSocony）號在美國下水。

焊接方法第10頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1930年：前蘇聯(lián)羅比諾夫發(fā)明了。

埋弧焊第11頁,共87頁，2024年2月25日，星期天氬弧焊焊縫1941年：美國人馬里帝茲

(Meredith)發(fā)明了（氦弧焊）。

氬弧焊焊縫鎢極惰性氣體保護電弧焊第12頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1947年：前蘇聯(lián)

Bopoшeвич（沃羅舍維奇）發(fā)明。

電渣焊第13頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1988年：焊接機器人開始在汽車生產(chǎn)線中大量應(yīng)用。1993年：使用機器人控制CO2激光器成功的焊接了美國陸軍艾布拉姆斯(Abrams)型主戰(zhàn)坦克。焊接機器人第14頁,共87頁，2024年2月25日，星期天1996年：以烏克蘭巴頓焊接研所洛博格維夫(B.K.Lebegev)院士為首的三十多人的研制小組，研究開發(fā)了

。2001年：成功應(yīng)用于臨床。人體組織的焊接技術(shù)人體組織焊接第15頁,共87頁，2024年2月25日，星期天焊接與切割的應(yīng)用：焊接是一種應(yīng)用范圍很廣的金屬加工方法。造船石油電站橋梁冶金航天汽車礦山機械在世界主要的工業(yè)國家里每年鋼產(chǎn)量的45﹪左右用于焊接結(jié)構(gòu)。在制造一輛小轎車時，需要焊接5000～12000個焊點，一艘30萬噸油輪要焊1000km長的焊縫，一架飛機的焊點多達20～30萬個。隨著工業(yè)的發(fā)展，被焊接的材料種類也愈來愈多，除了普通的材料外，還有如超高強鋼、活性金屬、難熔金屬以及各種非金屬的焊接。由于各類產(chǎn)品日益向著高參數(shù)（高溫、高壓、高壽命）、大型化方向發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，焊接工作量越來越大，這對于焊接生產(chǎn)的質(zhì)量，效率等提出了更高的要求。同時也推動了焊接技術(shù)的飛速發(fā)展，使它在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用更為廣闊。第16頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

隨著生產(chǎn)的發(fā)展，焊接技術(shù)的應(yīng)用愈來與廣泛，與此同時，伴隨出現(xiàn)的各種不安全、不衛(wèi)生的因素嚴重地威脅著焊工及其它生產(chǎn)人員的安全與健康。學(xué)習(xí)焊接切割安全技術(shù)的必要性為切實保護工人的安全與健康，國家經(jīng)貿(mào)委于1999年發(fā)布的第13號主任令《特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn)考核管理辦法》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB5306－85《特種作業(yè)人員安全技術(shù)考核管理規(guī)則》中都明確規(guī)定：金屬焊接（氣割）作業(yè)是特種作業(yè)，直接從事特種作業(yè)者，稱特種作業(yè)人員。特種作業(yè)人員，必須進行與工種相適應(yīng)的、專門的安全技術(shù)理論學(xué)習(xí)和實際操作訓(xùn)練，并經(jīng)考核合格取得國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局統(tǒng)一制作的安全技術(shù)操作證后方準(zhǔn)獨立作業(yè)。第17頁,共87頁，2024年2月25日，星期天學(xué)習(xí)焊接切割安全技術(shù)的必要性

特種作業(yè)是指容易發(fā)生人員傷亡事故，對操作者本人、他人及周圍設(shè)施的安全有重大危害的作業(yè)。直接從事這些作業(yè)的人員，即特種作業(yè)人員的安全技術(shù)素質(zhì)及行為對于安全狀況是至關(guān)重要的，許多重大、特大事故就是因為這些作業(yè)人員的違章造成的。鑒于特種作業(yè)人員在安全生產(chǎn)中的重要性，《勞動法》、《礦山安全法》、《煤炭法》等法律法規(guī)都對特種作業(yè)人員的培訓(xùn)、考核、管理提出了要求。原勞動部曾發(fā)布了《特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn)考核管理規(guī)定》（勞安字【1991】31號）、《礦山特種作業(yè)人員安全操作資格考核規(guī)定》（勞部發(fā)【1996】35號）等規(guī)章。特種作業(yè)人員的培訓(xùn)、考核發(fā)證工作，已經(jīng)成為安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的一項基本內(nèi)容。第18頁,共87頁，2024年2月25日，星期天學(xué)習(xí)焊接切割安全技術(shù)的必要性錳中毒的樹身斑點

職工在焊接切割工作過程中需要與各種易燃易爆氣體、壓力容器和電機電器接觸。焊接過程中會產(chǎn)生有毒氣體、有害粉塵、弧光輻射、高頻電磁場、噪聲和射線等。上述危害因素在一定條件下可能引起爆炸、火災(zāi)、燙傷、急性中毒（錳中毒）、血液疾病、電光性眼炎和皮膚病等職業(yè)病癥。此外還可能危及設(shè)備、廠房和周圍人員安全，給國家和企業(yè)帶來不應(yīng)有的損失。第19頁,共87頁，2024年2月25日，星期天學(xué)習(xí)焊接切割安全技術(shù)的必要性

學(xué)習(xí)焊接安全技術(shù)的目的在于使有關(guān)的管理人員、操作工人掌握焊接操作的基本原理，操作安全及防護的方法，嚴格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)《焊接與切割安全》（GB9448－88）及各項有關(guān)安全操作規(guī)程，保證安全生產(chǎn)以及遇到緊急情況時能及時做出適當(dāng)處理，從而保護操作者自己和周圍人員及廠房設(shè)備不遭到損害。隨著焊接新技術(shù)的不斷出現(xiàn),勞動保護的措施也要不斷的發(fā)展才能適應(yīng)安全工作的需要.焊接安全技術(shù)研究的主要內(nèi)容是防火、防爆、防觸電以及在塵毒、磁場、輻射等條件下如何保障工人的身心健康實現(xiàn)安全操作。焊接工人只有詳細地了解和掌握生產(chǎn)過程的特點和焊接工藝、工具及操作方法,才能深刻地理解和掌握焊接安全技術(shù)的措施，嚴格地執(zhí)行安全規(guī)程和實施防護措施，從而保證安全生產(chǎn)，避免發(fā)生事故。第20頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié) 金屬學(xué)及熱處理基本知識金屬晶體結(jié)構(gòu)的一搬知識：

金屬：世界上的元素按性質(zhì)分兩大類

非金屬：具有不透明、有光澤、有延展性、良好導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。常見金屬元素有鐵、鋁、鉻、鎳、鎢等。特征與金屬相反。常見非金屬有碳、氧、氫、氮、硫、磷等。第21頁,共87頁，2024年2月25日，星期天晶體的特點食鹽、水結(jié)成的冰都是晶體。固態(tài)金屬及合金也是晶體。松香、玻璃之類不是晶體，屬于非晶體。晶體與非晶的區(qū)別不在外形、而在內(nèi)部的元子排列。在晶體中，原子按一定規(guī)律排列很整齊。而在非晶體中，原子則是散亂分布，至多有些局部的短程規(guī)則排列。由于晶體與非晶體中原子排列不同，因此性能也不相同。食鹽晶體水結(jié)成冰晶體松香玻璃晶體的外觀

第22頁,共87頁，2024年2月25日，星期天典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬的原子按一定方式有規(guī)則地排列成一定空間幾何形狀的結(jié)晶格子，稱為晶體。常見金屬晶格有體心立方晶格和面心立方晶格。體心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格：晶胞是一個正六方體，立方體的八個角上和立方體的中心各有一個原子。面心立方晶格：晶胞是一個正六方體，立方體的八個角上和立方體的六個面的中心各有一個原子。第23頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鐵屬于立方晶格，隨著溫度的變化，鐵可以由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪恢鼐Ц?。這種晶格的轉(zhuǎn)變，稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。純鐵在常溫下是體心立方晶格（稱為α–Fe）；當(dāng)溫度升高到910℃時，純鐵的晶格由體心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц瘢ǚQ為

–Fe）；再升溫度到1390℃時，面心立方晶格又重新轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格（稱為

–Fe），然后一直保持到純鐵的熔化溫度。純鐵的這種特性非常重要,是鋼材所以能通過各種熱處理方法來改變其內(nèi)部組織，從而改善性能的內(nèi)在因素之一，也是焊接熱影響區(qū)中各個區(qū)域與母材相比，具有不同組織和性能的原因之一。典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)第24頁,共87頁，2024年2月25日，星期天合金的組織和結(jié)構(gòu)合金的組織兩種或兩種以上的元素（其中至少一種是金屬元素），組合成的金屬，叫做合金。根據(jù)兩種元素相互作用的關(guān)系，以及形成晶體結(jié)構(gòu)和顯微組織的特點可將合金的組織分為三類：（１）固溶體固溶體是一種物質(zhì)的原子均勻地溶解在另一種物質(zhì)的晶格內(nèi)，形成單相晶體晶結(jié)構(gòu)。根據(jù)原子在晶格上分布的形式，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。第25頁,共87頁，2024年2月25日，星期天合金的組織和結(jié)構(gòu)（2）化合物兩種元素的原子按一定比例相結(jié)合，具有新的晶體結(jié)構(gòu)，在晶格中各元素原子的相互位置是固定的，叫化合物。通?；衔锞哂休^高的硬度，低的塑性，脆性也較大。滲碳體晶格第26頁,共87頁，2024年2月25日，星期天合金的組織和結(jié)構(gòu)（3）機械混合物固溶體和化合物均為單相合金，若合金是由兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)彼此機械混和組成，稱為機械混合物。它往往比單一的固溶體合金有更高的強度、硬度和耐磨；塑性和壓力加工性能則較差。工業(yè)上使用的大多數(shù)合金屬于機械混合物，如鋼、生鐵、鋁合金、黃銅、青銅等。XCE金4相顯微鏡JVC彩色攝像機計算機圖像采集設(shè)備第27頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鐵碳合金的基本知識鋼中常見的顯微組織（1）鐵素體（F）鐵素體是少量的碳和其它合金元素固溶于α–Fe中的固溶體。α-鐵為體心立方晶格，碳原子以填隙狀態(tài)存在，合金元素以置換狀態(tài)存在。其性能是強度、硬度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。填隙狀態(tài)置換狀態(tài)鐵素體顯微組織第28頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鐵碳合金的基本知識鋼中常見的顯微組織（2）滲碳體（Fe3C）滲碳體是鐵與碳的化合物，分子式是Fe3C。其性能與鐵素體相反，硬而脆，隨著鋼中含碳量的增加，鋼中滲碳體的量也增多，鋼的硬度、強度也增加，而塑性、韌性則下降。滲碳體二次滲碳體三次滲碳體第29頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鐵碳合金的基本知識鐵碳合金的基本知識珠光體第30頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鐵碳合金的基本知識鋼中常見的顯微組織（4）奧氏體（A）奧氏體是碳和其它合金元素在

-Fe中的固溶體。奧氏體為面心立方晶格。奧氏體奧氏體的強度和硬度不高,塑性和韌性很好。另一特點無磁性。第31頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鐵碳合金的基本知識鋼中常見的顯微組織（5）馬氏體（M）馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。一般可分為低碳馬氏體和高碳馬氏體。奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時體積要膨脹。高碳淬火馬氏體具有很高的硬度和強度，但很脆，延展性很低。低碳回火馬氏體則具有相當(dāng)高的強度和良好的塑性和韌性相結(jié)合的特點。馬氏體顯微組織第32頁,共87頁，2024年2月25日，星期天(a)低碳鋼中的板條馬氏體(X80)(b)高碳鋼中的針狀(片狀)馬氏體(X400)第33頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鐵碳合金的基本知識鋼中常見的顯微組織（6）魏氏組織魏氏組織是一種過熱組織,是由彼此交叉的60°的鐵素體針嵌入基體組織。碳鋼過熱，晶粒長大后，高溫下晶粒粗大的奧氏體以一定的速度冷卻時，很容易形成魏氏組織。粗大的魏氏組織使鋼材的塑性和韌性下降，使鋼變脆。亞共析鋼中的魏氏組織鐵素體

過共析鋼中的魏氏組織滲碳體第34頁,共87頁，2024年2月25日，星期天有色金屬的基本知識有色金屬 除鋼鐵材料以外的各種金屬材料，又稱非鐵材料。有色金屬的特點 強度高 導(dǎo)電性好 耐蝕性及導(dǎo)熱性好第35頁,共87頁，2024年2月25日，星期天有色金屬的基本知識銅 面心立方結(jié)構(gòu)，密度8.9g/cm3，熔點1083℃。銅的分類 （1）黃銅：由銅和鋅組成的合金。 特點：耐磨性能高、強度高、硬度大、、切削工藝好、耐化學(xué)腐蝕。第36頁,共87頁，2024年2月25日，星期天有色金屬的基本知識⑵白銅：銅鎳合金，呈銀白色。 特點：與其他銅合金相比，其機械性能和物理性能較好，尤其是耐熱和耐腐蝕性能。⑶青銅：除銅鋅和銅鎳合金外的所有銅合金的統(tǒng)稱。 特點：熔點低、硬度大、可塑性強，適用于鑄造各種器具。第37頁,共87頁，2024年2月25日，星期天有色金屬的基本知識鋁 面心立方結(jié)構(gòu)，密度2.27g/cm3,熔點661℃.特點： 密度小 塑性好 易加工 抗腐蝕性好 第38頁,共87頁，2024年2月25日，星期天有色金屬的基本知識鋁的分類： 純鋁 鋁合金：鑄造鋁、變形鋁、不能熱處理強化鋁合金、可熱處理強化鋁合金第39頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熱處理鋼的熱處理：將金屬加熱到一定溫度，并保持一定時間，然后以一定的冷卻速度冷卻到室溫，這個過程稱為熱處理。（一）淬火

將鋼加熱到A1（對過共析鋼）或A3（對亞共析鋼）以上30～70℃，在此溫度下保持一段時間，使鋼的組織全部變成奧氏體，然后快速冷卻（水冷或油冷），使奧氏體來不及分解和合金元素的擴散而形成馬氏體組織，稱為淬火。淬火后可以提高鋼的硬度及耐磨性。在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變脆，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的。第40頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熱處理鋼的熱處理：（二）回火

淬火后進行回火，可以在保持一定強度的基礎(chǔ)上恢復(fù)鋼的韌性。回火溫度在A1以下，按回火溫度的不同可分為低溫回火(150～250℃)、中溫回火(350～450℃)、高溫回火（500～650℃）、低溫回火后得到回火馬氏體組織,硬度稍有降低,韌性有所提高。中溫回火后得到回火屈氏體組織,提高了鋼的韌性極限和屈服強度,同時也有較好的韌性。高溫回火后得到回火索氏體組織,可消除內(nèi)應(yīng)力,降低鋼的強度和硬度,提高鋼的塑性和韌性。鋼在淬火后再進行高溫回火,這一復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)能得到韌性和強度最好的配合,獲得良好的綜合力學(xué)性能。第41頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熱處理鋼的熱處理：（三）正火

將鋼加熱到A3或Acm以上50～70℃，保溫后，在空氣中冷卻，稱為正火。許多碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)正火后，各項力學(xué)性能均較好，可以細化晶粒，常用來作為最終熱處理。對于焊接結(jié)構(gòu)，經(jīng)正火后，能改善焊接接頭性能，可消除粗晶組織及組織不均勻等。第42頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熱處理鋼的熱處理：（四）退火

將鋼加熱到A3以上或A1左右一定范圍的溫度，保溫一段時間后，隨爐緩慢而均勻地冷卻，稱為退火。退火可降低硬度，使材料便切削加工，能消除內(nèi)應(yīng)力等。焊接結(jié)構(gòu)焊接以后會產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，容易導(dǎo)致產(chǎn)生延遲裂紋，因此重要的焊接結(jié)構(gòu)焊后應(yīng)該進行消除應(yīng)力退火處理。消處應(yīng)力退火屬于低溫退火，加熱溫度在A1以下，一般采用600～650℃，保溫一定時間，然后隨爐緩慢冷卻。亦稱焊后熱處理。第43頁,共87頁，2024年2月25日，星期天金屬材料的基本一般知識一．金屬材料的性能（一）金屬材料的物理化學(xué)性能1．密度物質(zhì)單位體積所具有的質(zhì)量稱為密度，用符號ρ表示。2．導(dǎo)電性金屬傳導(dǎo)電流的能力叫做導(dǎo)電性。銀、銅、鋁導(dǎo)電性好。3．導(dǎo)熱性金屬傳導(dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。一般來說導(dǎo)電好導(dǎo)熱也好。4．熱膨脹性金屬受熱時體積發(fā)生脹大的現(xiàn)象稱為金屬的熱膨脹。5．抗氧化性金屬材料在高溫時抵抗氧化性氣氛作用的能力稱為抗氧化性。6．耐腐蝕性金屬材料抵抗各重介質(zhì)（大氣、酸、堿、鹽等）侵蝕的能力稱為耐腐蝕性。第44頁,共87頁，2024年2月25日，星期天金屬材料的基本一般知識（二）金屬材料的力學(xué)性能

金屬材料受外部負荷時,從開始受力直至材料破壞的全部過程為耐腐蝕性.化工、熱力設(shè)備中許多部件是在腐蝕條件下長期工作的，所以選材時必須考慮鋼材的耐腐蝕性。1．強度

金屬材料的強度性能表示金屬材料對變形和斷裂的抗力，它用單位截面上所受的力（稱為應(yīng)力）來表示。（1）屈服強度鋼材在拉伸過程中，當(dāng)拉應(yīng)力達到某一數(shù)值而不再增加時，其形變卻再繼續(xù)增加，這個拉應(yīng)力值成為屈服強度。以Rel表示。（2）抗拉強度金屬材料在破壞前所承受的最大拉應(yīng)力，以Rm表示。強度單位是MPa（兆帕）。圓形拉伸試樣拉伸曲線第45頁,共87頁，2024年2月25日，星期天金屬材料的基本一般知識2．塑性

塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形的能力。表示金屬材料塑性性能有伸長率、斷面收縮率及冷彎角。（1）伸長率

金屬材料受拉力作用破斷時，伸長量與原長度的百分比叫做伸長率，以A表示。

A＝Ｌ１-Ｌ０／Ｌ０×100﹪

式中Ｌ０—試樣的原標(biāo)定長度，㎜。Ｌ１—試樣拉斷后標(biāo)距部分的長度，㎜。（2）斷面收縮率

金屬材料受拉力作用破斷時，拉斷處橫截面縮小的面積與原始截面積的百分比叫做斷面收縮率，以Z表示。

Z＝Ｆ1-Ｆ0／Ｆ０×100﹪

式中Ｆ—試樣拉斷后，拉斷處橫截面面積，㎜。Ｆ０—試樣標(biāo)距部分原始的橫截面面積，㎜。（3）冷彎角

冷彎角也叫彎曲角，一般是用長條形試樣，根據(jù)不同的材質(zhì)、板厚，按規(guī)定的彎曲半徑進行彎曲，在受拉面出現(xiàn)裂紋時試樣與原始平面的夾角，叫做冷彎角，以α表示。22第46頁,共87頁，2024年2月25日，星期天

試樣安放位置

沖擊試驗金屬材料的基本一般知識3．沖擊韌性沖擊韌性是衡量金屬材料抵抗動載荷或沖擊力的能力，沖擊試驗可以測定材料在突加載荷時對缺口敏感性，沖擊值是沖擊韌性的一個指標(biāo)，以α表示。

ɑk

＝Ak/F

式中A—沖擊吸收功，J；

F—試驗前試樣刻槽處的橫截面積，㎝2

。

α—沖擊值，J／㎝2

4．硬度金屬材料抵抗表面變形的能力。常用的硬度有布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV三種。κκκκ2κ

2布氏硬度實驗原理圖

洛氏硬度實驗原理第47頁,共87頁，2024年2月25日，星期天（三）金屬材料的工藝性能

金屬材料的工藝性能是指承受各種冷熱加工的力。1．切削性能

切削性是指金屬材料是否易于切削的性能。2．鑄造性能金屬的鑄造性能主要是指金屬在液態(tài)時的流動性以及液態(tài)金屬在凝固過程中的收縮和偏析程度。3．焊接性能焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求四個因素的影響。焊接性評定方法很多，其中廣泛使用的方法是碳當(dāng)量法。常用碳當(dāng)量的計算公式：

CE﹦C＋Mn／6＋（Cr＋Mo＋V）／5＋（Ni＋Cu）／15

當(dāng)CE＜0.4﹪時，鋼材的淬硬傾向不明顯，焊接性優(yōu)良，焊接時不必預(yù)熱。當(dāng)CE=0.4～0.6﹪時，淬硬傾向逐漸明顯，需采取適當(dāng)預(yù)熱措施。當(dāng)CE＞0.6﹪時，淬硬傾向強，較難焊接，需采取較高預(yù)熱溫度和嚴格工藝措施。金屬材料的基本一般知識第48頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鋼材和有色金屬的焊接性能（三）鋼材的性能及焊接特點：1．低碳鋼的焊接特點

低碳鋼由于含碳量低，強度、硬度不高，塑性好，所以應(yīng)用非常廣泛，焊接常用的低碳鋼有Q235、20號鋼、20g和20R等。其焊接具有下列特點：（1）淬硬傾向小，焊縫和近縫區(qū)不易產(chǎn)生冷裂紋，可制造各類大型構(gòu)件及受壓容器。（2）焊前一般不預(yù)熱，但對大厚度結(jié)構(gòu)或寒冷地區(qū)焊接時，需將焊件預(yù)熱至100～150℃左右。（3）鎮(zhèn)靜鋼雜質(zhì)很少，偏析很小，不易形成低熔點共晶，所以對熱烈紋不敏感。沸騰鋼中硫、磷等雜質(zhì)較多，產(chǎn)生熱裂紋的可能性要大些。（4）如果工藝選擇不當(dāng)，可能出現(xiàn)熱影響區(qū)晶粒長大現(xiàn)象，而且溫度越高，熱影響區(qū)在高溫停留時間越長，則晶粒長大越嚴重。（5）對焊接電源沒有特殊要求，可采用交、直流弧焊機進行全位置焊接，工藝簡單。20g焊條電弧焊第49頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鋼材的焊接性2．中碳鋼的焊接特點

中碳鋼含碳量比低碳鋼高，強度較高，焊接性較差。常用的有35、45、55號鋼。中碳鋼焊條電弧焊及其鑄件焊補的主要特點如下：（1）熱影響區(qū)容易產(chǎn)生淬硬組織。含碳量越高，板厚越大，這種傾向也越大。如果焊接材料和工藝規(guī)范選用不當(dāng)，容易產(chǎn)生冷裂紋。（2）由于基本金屬含碳量較高，所以焊縫的含碳量也較高，容易產(chǎn)生熱裂紋。（3）由于含碳量的增高,所以對氣孔的敏感性增加。因此對焊接材料的脫氧性，基本金屬的除油除銹，焊接材料的烘干等，要求更加嚴格。45號鋼焊接脆斷第50頁,共87頁，2024年2月25日，星期天3．高碳鋼的焊接特點高碳鋼由于含碳量高，焊接性能很差。其特點如下：（1）導(dǎo)熱性差，焊接區(qū)和未加熱部分之間產(chǎn)生顯著的溫差，當(dāng)熔池急劇冷卻時，在焊縫中引起的內(nèi)應(yīng)力，很容易形成裂紋。（2）對淬火更加敏感，近縫區(qū)極易形成馬氏體組織。由于組織應(yīng)力的作用，使近縫區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。（3）由于焊接高溫的影響，晶粒長大快，碳化物容易在晶界上積聚、長大，是焊縫脆弱，焊接接頭強度低。（4）高碳鋼焊接時比中碳鋼更容易產(chǎn)生熱裂紋。高碳鋼的堆焊修復(fù)鋼材的焊接性第51頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鋼材的焊接性4．普通低合金鋼的焊接特點普通低合金高強度鋼（簡稱普低鋼）。與碳素鋼相比，鋼中含有少量合金元素，如錳、硅、釩、鉬、鈦、鋁、鈮、銅、硼、磷、稀土等。鋼中有了一種或幾種這樣的元素后，使它具有強度高、韌性好等優(yōu)點，由于加入的合金元素不多，故稱為低合金高強度鋼。常用鋼號有16Mn、16MnR、15MnVN等。其焊接特點如下：（1）熱影響區(qū)的淬硬傾向熱影響區(qū)淬硬傾向是普低鋼的重要特點之一。影響熱影響區(qū)淬硬程度的因素有：材料及結(jié)構(gòu)形式，如鋼材的種類、板厚、接頭型式及焊縫尺寸等；工藝因素，如工藝方法、焊接規(guī)范、坡口附近的起焊溫度（環(huán)境溫度或預(yù)熱溫度）。（2）焊接接頭的裂紋焊接裂紋是危害性最大的焊接缺陷，冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋是焊接中常見的幾種形態(tài)。熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂第52頁,共87頁，2024年2月25日，星期天鋼材的焊接性（四）鑄鐵的分類及焊補特點：常用的鑄鐵含碳量在2.5%～4.0%還含有少量的錳、硅、硫、磷等元素。按碳存在的狀態(tài)及形式的不同，分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵及球墨鑄鐵等。主要是灰鐵焊補，其特點：（1）產(chǎn)生白口，使焊接區(qū)硬度升高，加工困難，焊補區(qū)呈白亮的片狀或線狀。（2）產(chǎn)生裂縫，包括焊縫開裂、焊件開裂或焊縫與基本金屬剝離。焊補鑄鐵常用的方法：焊條電弧焊、氣焊、釬焊、氣體保護焊和手工電渣焊等。按焊縫成分可分為鑄鐵型和非鑄鐵型焊縫，因而焊接材料可分為同質(zhì)材料和異質(zhì)材料。根據(jù)鑄件預(yù)熱的溫度，可分為熱焊（600～700℃）、半熱焊（400℃）和冷焊。熱焊和半熱焊采用同質(zhì)焊材，大電流連續(xù)焊或氣焊。冷焊要用異質(zhì)焊材，小電流、斷續(xù)、分散焊、并采用焊后立即錘擊焊縫，消除焊接應(yīng)力。可采用栽絲法防止焊縫剝離。第53頁,共87頁，2024年2月25日，星期天有色金屬的焊接性能1．鋁及鋁合金的分類（1）純鋁：純鋁按其純度分為高純度鋁、工業(yè)高純度鋁和工業(yè)純鋁三類。焊接主要是工業(yè)純鋁，工業(yè)純鋁的純度為99.7％～98.8%，其牌號有L1、L2、L3、L4、L5、L6等六種。（2）鋁合金：往純鋁中加入合金元素就得到了鋁合金。根據(jù)鋁合金的加工工藝特點，可將它們分作形變鋁合金和鑄造鋁合金兩類，形變鋁合金塑性好，適宜于壓力加工。按用途可分為防銹鋁（LF）、硬鋁（LY）、超硬鋁（LC）和鍛鋁（LD）四種。焊接構(gòu)應(yīng)用最廣（Al－Mg或Al－Mn合金）。其焊接特點：（1）表面容易氧化，生成致密的氧化膜，影響焊接。（2）容易產(chǎn)生氣孔。（3）容易產(chǎn)生熱裂紋。鋁及鋁合金常用焊接方法：惰性氣體保護焊（MIG、TIG）、氣焊、電阻焊等。第54頁,共87頁，2024年2月25日，星期天2．銅及銅合金的分類和焊接特點（1）純銅：純銅常被稱作紫銅。具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性。純銅用字母“T”（銅）表示，如T1、T2、T3等。氧含量不大于0.01﹪的純銅稱無氧銅，用“TU”（銅無）表示，如TU1、TU2等。（2）黃銅：以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅用“H”（黃）表示如H80、H70、H68等。（3）青銅：把除黃銅以外的銅合金稱作青銅。常用的有錫青銅、鋁青銅和鈹青銅等。青銅用“Q”（青）表示。銅及銅合金的焊接特點：（1）難熔合及易變形；（2）容易產(chǎn)生熱裂紋；（3）容易產(chǎn)生氣孔。主要采用的焊接方法：氣焊、惰性氣體保護焊、埋弧焊、釬焊等。銅及銅合金導(dǎo)熱性好，所以焊接前一般應(yīng)預(yù)熱，并采用大線能量焊接。鎢極氬弧焊采用直流正接。氣焊時，紫銅采用中性焰或弱碳化焰，黃銅則采用弱氧化焰，防止鋅的蒸發(fā)。有色金屬的焊接性能第55頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)熔化焊工藝及其方法簡介一焊條電弧焊 用手工操縱焊條進行焊接工作的，有時也叫手工電弧焊。優(yōu)點： ⑴適用于各種金屬材料、各種厚度、各種結(jié)構(gòu)形狀的焊接。 ⑵設(shè)備輕便、搬運靈活。 ⑶可以在任何有電源的地方進行焊接作業(yè)。第56頁,共87頁，2024年2月25日，星期天手工電弧焊：第57頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介二碳弧氣刨 利用碳極電弧的高溫，把金屬的局部加熱到融化狀態(tài)，同時用壓縮空氣的氣流把熔化金屬吹開，從而去除金屬的一種熱加工方法。廣泛應(yīng)用于開坡口、去除硬面層、清理不規(guī)則多余金屬等。第58頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介三埋弧焊 利用電弧作為熱源，電弧在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧不外露。優(yōu)點 ⑴焊接生產(chǎn)率高。 ⑵焊接質(zhì)量好。 ⑶勞動條件好。第59頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介缺點 ⑴一般只適用于平焊位置，其他位置焊接需采用特殊措施以保證焊劑能覆蓋焊接區(qū)。 ⑵不能直接觀察電弧與坡口的相對位置，若沒有焊縫跟蹤裝置，容易焊偏。 ⑶電弧電場強度較大，電流＜100A時電弧不穩(wěn)，因而不適于焊接厚度＜1mm的薄板。第60頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介適用范圍: 適用于焊接中厚板結(jié)構(gòu)的長焊縫。 適用于壓力容器、橋梁、車輛、機械、冶金、核電站、海洋結(jié)構(gòu)等制作部門。 適用于基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。 適用于各種黑色金屬及某些有色金屬。 第61頁,共87頁，2024年2月25日，星期天埋弧焊第62頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介四氬弧焊 用氬氣作為電弧介質(zhì)并保護電弧和焊接區(qū)的電弧焊。分類： 鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊鎢極氬弧焊的優(yōu)點： ⑴可以焊接幾乎所有金屬及其合金。 ⑵可以焊接薄板及超薄板。 ⑶可以進行全位置焊接。第63頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介鎢極氬弧焊的缺點： ⑴相對其他焊接方法，生產(chǎn)效率低。 ⑵相對其他焊接方法，生產(chǎn)成本較高。熔化極氬弧焊 通常采用惰性氣體氬、氦或它們混合氣體作為焊接區(qū)的保護氣體。由于焊絲表面沒有涂料層，可以大大提高電流，所以就提高了生產(chǎn)效率。尤其適用于大、中厚板的焊接。 第64頁,共87頁，2024年2月25日，星期天氬弧焊第65頁,共87頁，2024年2月25日，星期天五二氧化碳氣體保護焊1、優(yōu)點：⑴焊接生產(chǎn)率高：比MMA高2～4倍⑵焊接成本低：是MMA或SAW的40～50%⑶焊接變形?。河冗m于薄板焊接⑷焊接質(zhì)量高：對鐵銹不敏感，焊縫含氫量低⑸適用范圍廣：全位置焊接能力好，打底/填充/蓋面、厚/薄板均宜⑹操作簡便：比MMA容易操作、適于自動焊（robot）⑺綠色環(huán)保：CO2來自可再生資源2、“缺點”：⑴飛濺較大；（這一缺陷目前已經(jīng)解決）⑵焊接設(shè)備較“復(fù)雜”；（用今天的眼光看，已不復(fù)雜）⑶抗風(fēng)能力差；（所有氣體保護焊的共同缺憾，但藥芯焊絲CO2焊無此問題）⑷不能焊接有色金屬。CO2焊的熔敷速度第66頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介

熔化極混合氣體保護焊 它是采用惰性氣體中加一定量的活性體，如Ar＋Co2\Ar+O2+Co2等作為保護氣體的一種熔化極保護電弧焊方法。特點： （1）穩(wěn)定陰極斑點，提高電弧燃燒穩(wěn)定性。 (2) 控制焊縫的冶金質(zhì)量，減少焊接缺陷。 第68頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介⑶提高熔滴過渡的穩(wěn)定性。⑷增大電弧的熱功率。 ⑸降低焊接成本。 ⑹改善焊縫熔深形狀及外觀?；旌蠚怏w可以是兩種氣體也可以是多種氣體。熔化極混合氣體保護焊的操作和二氧化碳氣體保護焊基本一樣。 第69頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介七堆焊與熱噴涂堆焊： 為增大或恢復(fù)焊件尺寸，或使焊件表面獲得具有特殊性的熔敷金屬而進行的焊接。堆焊作為材料表面改性的一種經(jīng)濟而快速的工藝方法，越來越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的零件制造修復(fù)中。熱噴涂： 利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。第70頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介熱噴涂技術(shù)可以在普通材料的表面制造一個特殊的工作表面，使其達到防腐蝕、耐磨、減摩、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導(dǎo)電、防微波輻射等一系列功能，從而達到節(jié)約材料，節(jié)省能源的目的。第71頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介八等離子弧焊接 等離子弧：自由電弧經(jīng)過壓縮（機械壓縮、熱壓縮、磁壓縮）而成的。又稱壓縮電弧。等離子弧特點： ⑴能量集中，溫度高，再加上小孔效應(yīng)，焊接中薄板時容易得到充分熔透，反面成形均勻的焊縫。 ⑵電弧挺度好，弧長變化對焊縫成形的影響不大。 ⑶適宜快速焊接薄板。 第72頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介等離子弧的種類 小孔型等離子弧焊：又稱穿孔、鎖孔或穿透等離子弧焊（只適用于薄板）。 熔透性等離子弧焊：在焊接過程中只熔化工件而不產(chǎn)生小孔效應(yīng)。（用于薄板加單面焊雙面成形及厚板的多層焊）。 微束等離子弧焊：15～30A以下的熔入型等離子焊接。（用于金屬薄萡的焊接）。 第73頁,共87頁，2024年2月25日，星期天熔化焊工藝及其方法簡介電子束焊與激光焊 電子束焊：屬于高能束流焊接，它是利用加速和聚集的電子束轟擊置于真空或非真空的焊件所產(chǎn)生的熱能進行焊接的方法。 激光焊：以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進行焊接的方法。

第74頁,共87頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)壓焊及其工藝特點壓焊： 在加熱或不加熱條件下，通過對焊件施加壓力完成的焊接方法。又稱壓力焊。壓焊工藝簡介 電阻焊：工件組合后通過電極壓力，利用電流通過接頭的接觸及鄰近區(qū)產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法。（點焊、縫焊、凸焊、對焊、電渣壓焊）。 第75頁,共87頁，2024年2月25日，星期天壓焊及其工藝特點摩擦焊：利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱量，使端面達到熱塑狀態(tài)，然后迅速頂鍛而完成的焊接方法。擴散焊：將工件在高溫下加壓，但不產(chǎn)生可見變形和相對位移的固態(tài)焊接方法。使用這種方法時，結(jié)合面間可預(yù)置填充金屬。超聲波焊：利用超聲波的高頻振蕩能對焊件接頭進行局部加熱和表面清理，然后施加壓力而