金屬材料焊接工藝 第3版 教案全套 姚佳 1-35 緒論、金屬材料焊接性-堆焊、復(fù)習(xí)、測驗(yàn)

授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)1授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：緒論教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：了解金屬材料焊接工藝的概念能力目標(biāo)：理解金屬材料焊接工藝的影響因素素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：通過工藝性能和使用性能，使學(xué)生充分了解焊接性的含義及重要性。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、什么是金屬材料的焊接性？影響因素有哪些？課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容緒論金屬材料的焊接性能力知識(shí)點(diǎn)一金屬材料焊接性的概念金屬材料焊接性根據(jù)GB/T3375-1994《焊接術(shù)語》的定義：“金屬材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力”。優(yōu)質(zhì)焊接接頭應(yīng)具備的兩個(gè)條件：一是接頭中不允許存在超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺陷；二是要具有預(yù)期的使用性能。金屬材料焊接性是指金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，它包括工藝焊接性和使用焊接性。1．工藝焊接性工藝焊接性是指金屬材料對(duì)各種焊接方法的適應(yīng)能力，也就是在一定的焊接工藝條件下能否獲得符合要求的優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力。它不是金屬材料本身所固有的性能，但取決于金屬的成分和性能，并且隨著焊接方法、焊接材料和工藝措施的發(fā)展而變化。2．使用焊接性使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件中所規(guī)定的使用性能的能力。它取決于焊接結(jié)構(gòu)所滿足的技術(shù)條件規(guī)定的各種性能。能力知識(shí)點(diǎn)二金屬材料焊接性的影響因素材料因素工藝因素結(jié)構(gòu)因素使用條件填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)2授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：第一章簡述材料焊接性及試驗(yàn)方法1、金屬材料焊接性教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：了解金屬材料焊接性的概念能力目標(biāo)：理解金屬材料焊接性的影響因素素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：通過工藝性能和使用性能，使學(xué)生充分了解焊接性的含義及重要性。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、什么是金屬材料的焊接性？影響因素有哪些？課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容金屬材料的焊接性能力知識(shí)點(diǎn)一金屬材料焊接性的概念金屬材料焊接性根據(jù)GB/T3375-1994《焊接術(shù)語》的定義：“金屬材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力”。優(yōu)質(zhì)焊接接頭應(yīng)具備的兩個(gè)條件：一是接頭中不允許存在超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺陷；二是要具有預(yù)期的使用性能。金屬材料焊接性是指金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，它包括工藝焊接性和使用焊接性。1．工藝焊接性工藝焊接性是指金屬材料對(duì)各種焊接方法的適應(yīng)能力，也就是在一定的焊接工藝條件下能否獲得符合要求的優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力。它不是金屬材料本身所固有的性能，但取決于金屬的成分和性能，并且隨著焊接方法、焊接材料和工藝措施的發(fā)展而變化。2．使用焊接性使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件中所規(guī)定的使用性能的能力。它取決于焊接結(jié)構(gòu)所滿足的技術(shù)條件規(guī)定的各種性能。能力知識(shí)點(diǎn)二金屬材料焊接性的影響因素材料因素工藝因素結(jié)構(gòu)因素使用條件填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)3授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：2、金屬焊接性試驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解金屬材料焊接性的分析與評(píng)定方法能力目標(biāo)：熟記金屬材料焊接性評(píng)定的內(nèi)容素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：分別從直接法和間接法入手，使學(xué)生充分了解金屬材料焊接性實(shí)驗(yàn)方法種類。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、金屬材料焊接性的評(píng)定方法有哪些？課后小結(jié)：同學(xué)們對(duì)焊接金屬材料的焊接性質(zhì)和選擇材料能基本正確。填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容金屬材料焊接性分析與評(píng)定方法1．碳當(dāng)量法在鋼材所含有的各種元素中，碳對(duì)冷裂敏感性的影響最顯著，因此將鋼中各種元素都按相當(dāng)于若干含碳量折合并疊加起來即為“碳當(dāng)量”，并以此來判斷鋼材的淬硬傾向和冷裂敏感性，進(jìn)而推斷鋼材的焊接性。目前應(yīng)用的碳當(dāng)量計(jì)算公式：國際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的CE、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定和美國焊接學(xué)會(huì)推薦的Ceq。使用國際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的CE：對(duì)板厚小于20mm的鋼材，當(dāng)CE<0.4%時(shí)，鋼材的淬硬傾向不大，焊接性良好，焊前不需預(yù)熱；當(dāng)CE=0.4～0.6%時(shí)，鋼材易于淬硬，焊接性較差，焊接時(shí)必須預(yù)熱才能防止裂紋，隨著板厚及碳當(dāng)量的增加，預(yù)熱溫度也相應(yīng)提高；當(dāng)CE＞0.6%時(shí)，鋼材淬硬傾向很大，焊接性差，焊接時(shí)必須采用嚴(yán)格的工藝措施如預(yù)熱、后熱、緩冷等，以防止產(chǎn)生裂紋。使用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定的Ceq(JIS)：對(duì)板厚小于20mm的鋼材和采用焊條電弧焊時(shí)，對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)不同鋼材規(guī)定了不產(chǎn)生裂紋的臨界值和相應(yīng)的預(yù)熱措施..使用美國焊接學(xué)會(huì)推薦的Ceq(AWS)：應(yīng)根據(jù)Ceq(AWS)值再結(jié)合焊件厚度，先從圖1-1查出該鋼種焊接性的優(yōu)劣等級(jí)，再根據(jù)表1-6確定出其焊接的最佳工藝措施。2．焊接冷裂紋敏感指數(shù)法焊接冷裂紋敏感指數(shù)（Pc）不僅包括了母材的化學(xué)成分，又考慮了熔敷金屬含氫量與拘束條件（板厚）的作用。斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)的冷裂紋敏感指數(shù)公式：Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B+δ/600+［H］/60（%）根據(jù)Pc值可以通過經(jīng)驗(yàn)公式求出斜Y型坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)條件下，為了防止冷裂紋所需要的最低預(yù)熱溫度T0（℃）T0=1440Pc–392填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段3．利用金屬材料的物理性能分析金屬材料的物理性能，對(duì)焊接熱循環(huán)、熔池冶金過程、結(jié)晶與相變過程等都有明顯的影響。熱導(dǎo)率大的材料（銅），傳熱快，焊接時(shí)熔池結(jié)晶速度快容易產(chǎn)生氣孔和熔透不足；而熱導(dǎo)率低的材料（鈦、不銹鋼），焊接時(shí)由于溫度梯度大會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力及變形，而且還會(huì)因?yàn)楦邷赝Ａ魰r(shí)間延長而導(dǎo)致焊縫金屬晶粒粗大。焊接線脹系數(shù)大的材料（如不銹鋼），接頭的應(yīng)力和變形必然更嚴(yán)重；焊接密度小的材料（如鋁及其合金），則容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔和夾雜。4．利用金屬材料的化學(xué)性能分析化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬（如鋁、鎂、鈦及其合金），在焊接條件下極易被氧化。有些金屬材料甚至對(duì)氧、氮、氫等氣體都極為敏感，焊接這些材料時(shí)需要采取惰性氣體保護(hù)焊和在真空中焊接等保護(hù)可靠的焊接方法，有時(shí)甚至在焊縫背面也要進(jìn)行保護(hù)。鈦對(duì)氧、氮、氫等氣體都極為敏感，吸收這些氣體后力學(xué)性能顯著降低，特別是韌性降低嚴(yán)重，因此要嚴(yán)格控制這些氣體對(duì)焊縫及熱影響區(qū)的影響。5．利用合金相圖或SHCCT（CCT）圖分析例如對(duì)于共晶相圖，其固、液相線之間的溫度區(qū)間大，會(huì)造成結(jié)晶時(shí)的成分偏析、低熔點(diǎn)共晶的生成和脆性溫度區(qū)間的大，熱裂紋傾向大。對(duì)于各種低合金鋼來說，可以利用各自的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（CCT圖）或模擬熱影響區(qū)的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（SHCCT圖）分析其焊接性?？梢愿鶕?jù)轉(zhuǎn)變圖預(yù)測熱影響區(qū)組織、性能和硬度變化，從而預(yù)測某種鋼焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向和產(chǎn)生冷裂紋的可能性，以便確定適當(dāng)?shù)暮附庸に嚄l件。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)4授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：常用的焊接性試驗(yàn)方法教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解金屬材料焊接性的實(shí)驗(yàn)方法種類能力目標(biāo)：熟記金屬材料焊接性評(píng)定的內(nèi)容素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：分別從直接法和間接法入手，使學(xué)生充分了解金屬材料焊接性實(shí)驗(yàn)方法種類。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、金屬材料焊接性的實(shí)驗(yàn)方法有哪些？課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容金屬材料焊接性的評(píng)定與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χR(shí)點(diǎn)二金屬材料焊接性試驗(yàn)方法斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)法用于評(píng)定碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)對(duì)冷裂紋的敏感性。屬于自拘束裂紋試驗(yàn)。其試驗(yàn)要求應(yīng)遵從GB/T4675.1--1984《焊接性試驗(yàn)--斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)法》的規(guī)定。焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)法試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T4675.5-1984，適用于焊條電弧焊。試板采用氣割下料，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)厚度為20mm，當(dāng)材料厚度超過20mm時(shí)須用機(jī)加工成20mm，并保留一個(gè)軋制表面；當(dāng)材料厚度小于20mm時(shí)則無須加工插銷試驗(yàn)法插銷試驗(yàn)法是一種定量測定低合金鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的試驗(yàn)方法，屬于外拘束裂紋試驗(yàn)法。該試驗(yàn)方法消耗材料少，結(jié)果穩(wěn)定可靠，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。我國已制定國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9446-1988《焊接用插銷冷裂紋試驗(yàn)方法》。插銷試驗(yàn)的基本原理是根據(jù)產(chǎn)生冷裂紋的三要素（即鋼的淬硬傾向、焊縫含氫量及接頭的應(yīng)力狀態(tài)），定量測出被焊鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的“臨界應(yīng)力”作為冷裂紋敏感性的評(píng)定指標(biāo)。四、剛性固定對(duì)接裂紋試驗(yàn)法該方法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，也可以測定焊接熱影響區(qū)的冷裂紋傾向，適用于低合金鋼焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護(hù)焊等。試件在不小于厚度為40mm的鋼板上以角焊縫形式四周焊接牢固。當(dāng)試件板厚≤12mm時(shí)，取焊角尺寸與板厚相等；當(dāng)板厚＞12mm時(shí)，焊角尺寸取12mm。試件坡口由機(jī)械方法加工。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)5授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：習(xí)題課教學(xué)目標(biāo)：重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)6授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：第二章碳素鋼的焊接1、碳素鋼概述教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解碳素鋼的分類、用途能力目標(biāo)：1、理解碳素鋼分類的不同方式素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：使學(xué)生充分理解碳素鋼的特征。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、什么是碳素鋼？2、碳素鋼如何分類？3、低碳鋼在低溫條件下焊接工藝要點(diǎn)是什么？課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容非合金鋼與鋼材分類方法國標(biāo)GB/T13304-1991《鋼分類》將鋼材按兩種方式進(jìn)行分類：一種是按化學(xué)成分分類，另一種是按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能及使用性能分類。1．按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分鋼分類為：非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三類。非合金鋼按質(zhì)量等級(jí)又分為普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和特殊質(zhì)量用鋼三類，其中每一類又按主要特性分為若干小類?！胺呛辖痄摗笔侵競鹘y(tǒng)的“碳素鋼”或“碳鋼”，具有較好的力學(xué)性能和各種工藝性能，并且冶煉工藝比較簡單，價(jià)格低廉，因而在焊接結(jié)構(gòu)制造中應(yīng)用廣泛，但一般用于工作溫度在350℃以下的結(jié)構(gòu)。2．按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能或使用性能分類按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能或使用性能分類為：普通質(zhì)量非合金鋼、優(yōu)質(zhì)非合金鋼和特殊質(zhì)量非合金鋼。3．按用途分類按用途非合金鋼分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。此外，鋼材還可以從其他角度進(jìn)行分類，如按專業(yè)（鍋爐用鋼、橋梁用鋼、容器用鋼等）、按冶煉方法進(jìn)行分類。能力知識(shí)點(diǎn)二非合金鋼非合金鋼（碳鋼）按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可分為低碳鋼（wc＜0.25%）、中碳鋼（wc=0.25%～0.60%）和高碳鋼（wc＞0.60%）；按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼。在焊接結(jié)構(gòu)用非合金鋼中，常采用按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類的方法。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段非合金鋼（碳鋼）是指以鐵為基礎(chǔ)、以碳為合金元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過1.4%的鋼，其他常存元素因含量較低皆不作為合金元素。因此其焊接性主要取決于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加焊接性逐漸變差，見表2-1。表2-1非合金鋼焊接性與碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系鋼的種類碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）典型硬度典型用途焊接性低碳鋼≤0.1560HBW特殊板材和型材、薄板、帶材、焊絲優(yōu)0.15～0.2590HBW結(jié)構(gòu)用型材、板材和棒材良中碳鋼0.25～0.6025HRC機(jī)器部件和工具中（通常需要預(yù)熱和后熱、推薦低氫焊接）高碳鋼≥0.6040HRC彈簧、模具、鋼軌劣（必須用低氫焊接、預(yù)熱和后熱）填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)7授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：第二章碳素鋼的焊接2、低碳鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解低碳鋼的焊接性2、了解低碳鋼的成分特點(diǎn)能力目標(biāo)：1、掌握低碳鋼的焊接工藝要點(diǎn)素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：使學(xué)生充分理解碳素鋼的特征及低碳鋼焊接工藝。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、什么是碳素鋼？2、碳素鋼如何分類？3、低碳鋼在低溫條件下焊接工藝要點(diǎn)是什么？課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容綜合知識(shí)模塊二低碳鋼的焊接能力知識(shí)點(diǎn)一低碳鋼的成分特點(diǎn)與焊接性成分特點(diǎn)：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，硅、錳含量較少。焊接性優(yōu)良焊接時(shí)一般不需預(yù)熱、控制道間溫度和后熱，焊后也不必采取熱處理來改善組織，可以說在整個(gè)焊接過程中不需要特殊的工藝措施焊接時(shí)具有以下特點(diǎn)：1）可裝配成各種接頭形式，適應(yīng)各種不同位置的焊接，且焊接工藝和技術(shù)較簡單，容易掌握。2）塑性好，焊接接頭產(chǎn)生裂紋的傾向小，適合制造各種大型結(jié)構(gòu)和受壓容器。3）不需要使用特殊和復(fù)雜的設(shè)備，對(duì)焊接電源和焊接材料沒有特殊要求，交直流焊機(jī)、酸堿性焊條和焊劑都可以使用。4）如果焊接時(shí)熱輸入過大，例如焊條直徑或焊接電流選擇不當(dāng)、埋弧焊電流或焊速不當(dāng)，也可能出現(xiàn)熱影響區(qū)晶粒長大而引起塑性降低。能力知識(shí)點(diǎn)二低碳鋼的焊接工藝要點(diǎn)1．焊接方法：低碳鋼焊接性良好，幾乎可以選擇所有的焊接方法，并能保證焊接接頭的良好質(zhì)量。2．焊接材料：選擇焊接材料應(yīng)遵循等強(qiáng)匹配的原則，也就是根據(jù)母材強(qiáng)度等級(jí)及工作條件來選擇焊接材料。低碳鋼結(jié)構(gòu)通常使用抗拉強(qiáng)度平均值為420MPa的鋼材，因而常選用E43××系列焊條。表2-2列出了焊接低碳鋼常用的焊接材料。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段表2-2焊接低碳鋼常用的焊接材料鋼號(hào)焊條電弧焊埋弧焊CO2焊一般結(jié)構(gòu)焊接動(dòng)載荷、復(fù)雜與厚板結(jié)構(gòu)、重要受壓容器和低溫下焊接焊絲牌號(hào)焊劑牌號(hào)Q235Q255E4303、E4313、E4301、E4320、E4311E4315、E4316(E5015、E5016)H08AHJ430HJ431H08Mn2SiH08Mn2SiAQ275E5015、E5016E5015、E5016H08MnA08、1015、20E4303、E4301E4320、E4311E4315、E4316(E5015、E5016)H08AH08MnAHJ430HJ431HJ33025、30E4315、E4316E5015、E5016H08MnA、H10MnA20gE4303、E4301E4315、E4316(E5015、E5016)H08MnAH08MnSi、H10Mn220RE4303、E4301E4315、E4316(E5015、E5016)H08MnA填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段3．低碳鋼施焊工藝要點(diǎn)低碳鋼焊接一般不需要特殊的工藝措施，但在工件厚度較大或環(huán)境溫度較低（T≤0℃）時(shí)，會(huì)因冷速加快而導(dǎo)致接頭裂紋傾向增加，例如在焊接直徑Φ≥3000mm且壁厚δ≥50mm的結(jié)構(gòu)、焊接壁厚δ≥90mm的第一層焊道、受壓容器壁厚δ≥20mm時(shí)的焊縫有可能產(chǎn)生裂紋。因此焊接時(shí)應(yīng)采取如下工藝措施：1）焊前預(yù)熱，焊接時(shí)保持道間溫度。2）采用低氫或超低氫型焊接材料。3）連續(xù)施焊整條焊縫，避免中斷。4）在坡口內(nèi)引弧，避免擦傷母材，注意熄弧時(shí)填滿弧坑。5）不在低溫下進(jìn)行成形、矯正和裝配。6）盡可能改善嚴(yán)寒的勞動(dòng)條件。上述措施可單獨(dú)使用有時(shí)需要綜合使用。能力知識(shí)點(diǎn)三低碳鋼的特殊焊接工藝1．窄間隙埋弧焊窄間隙埋弧焊可用于低碳鋼焊接，也可用于合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接，在我國已有多套窄間隙焊接裝置，例如，大型火電站鍋爐、核電站主容器、石油化工裝置中的熱壁加氫反應(yīng)器等厚壁筒體結(jié)構(gòu)，都可以采用這一工藝方法進(jìn)行焊接。該法比普通埋弧焊間隙小得多，因而節(jié)省焊接材料、縮短焊接時(shí)間和減少母材開坡口時(shí)的浪費(fèi)，同時(shí)還提高接頭焊接質(zhì)量。2．窄間隙自動(dòng)MIG全位置焊該工藝方法主要用于大直徑厚壁管件的焊接，采用射流過渡的脈沖MIG焊，Ar+CO2富氬混合氣體作保護(hù)，焊絲直徑φ0.8～φ1.2mm，調(diào)節(jié)參數(shù)多，可以很好地適應(yīng)在不同空間位置時(shí)的焊接需要，并能保證獲得滿意的焊接接頭質(zhì)量。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段3．TIG焊封底背面成形工藝該工藝主要用于無法進(jìn)行兩面焊接、但又要求必須焊透的受壓容器、管道或其他結(jié)構(gòu)的焊接施工。焊接時(shí)要求根部熔化，背面形成焊縫；或背面不要求成形，但根部必須完全熔透。4．多頭MIG焊大型電站鍋爐中的膜式壁很大，由許多根鋼管與鋼帶彼此相間焊接而成，材料都為低碳鋼，正、反兩面都要求焊接。國內(nèi)采用12頭的MIG焊膜式壁專用焊機(jī)，正反面各有6個(gè)焊頭同時(shí)焊接，即6個(gè)平焊、6個(gè)仰焊。焊接過程不必翻轉(zhuǎn)工件，效率高。目前，日本已有20個(gè)頭（10個(gè)平焊、10個(gè)仰焊）專用焊機(jī)，且焊接質(zhì)量完全合格。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)8授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：第二章非合金鋼及其焊接工藝3、中碳鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解中碳鋼的成分特點(diǎn)及焊接性能力目標(biāo)：1、掌握中碳鋼的焊接工藝要點(diǎn)素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：使學(xué)生充分理解中碳鋼的特殊焊接工藝。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：為何中碳鋼在制造機(jī)器零件中應(yīng)用普遍，而在焊接結(jié)構(gòu)中仍盡量不用？碳鋼焊接主要應(yīng)用于那些范圍？碳鋼焊接時(shí)應(yīng)注意哪些問題？課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容綜合知識(shí)模塊三中碳鋼的焊接能力知識(shí)點(diǎn)一中碳鋼的成分特點(diǎn)與焊接性中碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wc=0.25%～0.60%，其強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較差，淬硬性較大，當(dāng)wc接近下限時(shí)焊接性良好，隨wc的增加焊接性嚴(yán)重惡化。同時(shí)在物理性能方面，中碳鋼比低碳鋼線膨脹系數(shù)略大，熱導(dǎo)率稍低，這也就增加了中碳鋼焊接時(shí)的熱應(yīng)力和過熱傾向。當(dāng)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.15%時(shí)，碳本身的偏析以及它促進(jìn)硫等其它元素的偏析都明顯起來，如果鋼中的硫較多，則會(huì)因形成低熔點(diǎn)硫化物而導(dǎo)致熱裂紋傾向增加，因此用于焊接的中碳鋼必須嚴(yán)格控制硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；其次，由于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，在焊接冶金反應(yīng)中，C和FeO反應(yīng)生成的CO有可能產(chǎn)生CO氣孔；第三，碳的增加提高了鋼材的淬硬性，焊接時(shí)如果冷速較快則會(huì)在熱影響區(qū)產(chǎn)生馬氏體組織，且中碳鋼的馬氏體組織有較大的脆性，因此在焊接應(yīng)力作用下容易發(fā)生冷裂紋和脆斷中碳鋼的焊接性較差，且隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而越來越差，焊接時(shí)的主要問題是熱裂紋、冷裂紋、氣孔和脆斷，有時(shí)還會(huì)存在熱影響區(qū)強(qiáng)度降低，鋼中雜質(zhì)越多、結(jié)構(gòu)剛性越大，問題就越嚴(yán)重。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段中碳鋼一般不用作焊接結(jié)構(gòu)材料，而是用作機(jī)器部件和工具較多，多利用其堅(jiān)硬耐磨的性能，而非利用其高強(qiáng)度。這種堅(jiān)硬耐磨性能通常是經(jīng)過熱處理來達(dá)到的，因此焊接時(shí)就要注意母材的熱處理狀態(tài)。如果是焊接已經(jīng)過熱處理的部件，則必須采取措施防止裂紋產(chǎn)生；如果是焊后進(jìn)行熱處理，要求熱處理后接頭與母材性能相匹配，則必須注意選擇焊接材料。能力知識(shí)點(diǎn)二中碳鋼的焊接工藝要點(diǎn)1．焊接方法中碳鋼焊接性較差，一般用作機(jī)器部件，其焊接一般是修補(bǔ)性的，所以焊接中碳鋼最合適的焊接方法是焊條電弧焊。2．焊接材料一般情況下選用去硫能力強(qiáng)，熔敷金屬擴(kuò)散氫含量低，塑、韌性較好的低氫型焊條；在要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度時(shí)，選相應(yīng)級(jí)別的低氫焊條；在不要求等強(qiáng)度時(shí)，選用強(qiáng)度級(jí)別低于母材的低氫焊條，例如焊接強(qiáng)度級(jí)別為490MPa的母材，可選擇E4315、E4316焊條，切不可選擇強(qiáng)度級(jí)別比母材高的焊條。對(duì)強(qiáng)度不做要求的中碳鋼工具、模具等，焊接時(shí)要考慮其焊前狀態(tài)：如果是在退火狀態(tài)下（熱處理前）焊接，選用焊條則必須要使焊縫金屬與母材化學(xué)成分接近，以使焊后經(jīng)熱處理的焊縫金屬達(dá)到與母材性能相同；如果是在熱處理后的部件上焊接，則要選擇低氫焊條，并采取相應(yīng)的工藝措施，以防止裂紋和熱影響區(qū)軟化。3．坡口制備中碳鋼焊接時(shí)為了限制焊縫金屬中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，應(yīng)減小熔合比，所以一般采用U形或V形坡口，并注意將坡口及兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等污物清理干凈。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段4．預(yù)熱與后熱中碳鋼焊接時(shí)大多需要預(yù)熱和控制道間溫度，以降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度，抑制馬氏體的形成，提高接頭的塑性，減小殘余應(yīng)力。預(yù)熱溫度取決于碳當(dāng)量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛度和焊條類型等，見表2-4。中碳鋼焊后應(yīng)立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，不能立即進(jìn)行熱處理的，也應(yīng)至少在冷卻到預(yù)熱溫度或道間溫度之前進(jìn)行，特別是在工件厚度和結(jié)構(gòu)剛度較大時(shí)更應(yīng)如此。熱處理溫度一般為600～650℃。表2-4中碳鋼焊接的焊條、預(yù)熱溫度及焊后熱處理溫度鋼牌號(hào)焊接性選用焊條牌號(hào)預(yù)熱溫度/℃焊后熱處理溫度/℃不要求等強(qiáng)度要求等強(qiáng)度25好E4303、E4301E5015、E5016＞50600～65030較好E4315、E4316E5015、E5016＞10035ZG270-500較好E4303、E4301E4315、E4316E5015、E5016＞15045ZG310-570較差E4303、E4301、E4315、E4316、E5015、E5016E5015、E5016＞25055ZG340-640較差E4303、E4301、E4315、E4316、E5015、E5016E5015、E5016--填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段5．施焊特點(diǎn)中碳鋼焊接時(shí)，尤其是在不預(yù)熱的情況下焊接，應(yīng)采取工藝措施減小熔深，降低冷卻速度，防止產(chǎn)生裂紋。例如，選U形坡口減小熔合比；多層焊第一層焊道采用小直徑焊條、小電流焊接；將焊件置于立焊或半立焊位置、焊條橫向擺動(dòng)（擺動(dòng)幅度取焊條直徑的5～8倍，這樣就相當(dāng)于短段連續(xù)多道多層焊），以使母材熱影響區(qū)的任何一點(diǎn)都在短時(shí)間內(nèi)多次重復(fù)受熱以取得預(yù)熱和保溫效果。能力知識(shí)點(diǎn)三典型中碳鋼零件的焊接工藝1．焊條電弧焊焊接法蘭長軸法蘭長軸的主要尺寸見圖2-1，材料為35鋼。采用焊條電弧焊焊接，選用E5015低氫型焊條，焊前經(jīng)300～350℃烘干保溫1h；焊件仔細(xì)清理坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等雜質(zhì)；焊件水平放置，焊縫處于立焊位置，預(yù)熱150～200℃，焊固定焊縫4～5段，每段長50mm；圓周焊縫分成6段或4段，分段跳焊以減小應(yīng)力和變形，第一道焊縫焊速要稍慢，熄弧時(shí)注意填滿弧坑。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)9授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：第二章非合金鋼及其焊接工藝4、高碳鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解高碳鋼的成分特點(diǎn)及焊接性能力目標(biāo)：1、掌握高碳鋼的焊接工藝要點(diǎn)素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：使學(xué)生充分理解高碳鋼的特殊焊接工藝。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容綜合知識(shí)模塊四高碳鋼的焊接能力知識(shí)點(diǎn)一高碳鋼的成分特點(diǎn)與焊接性高碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc＞0.6%，焊接性很差，在實(shí)際中不用作焊接結(jié)構(gòu)，一般是用作工具鋼和鑄鋼，用于要求高硬度和高耐磨性的部件、零件和工具，所以高碳鋼的焊接大多為修復(fù)性焊接。其特點(diǎn)如下：1）由于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)更大，因此焊接時(shí)比中碳鋼更容易產(chǎn)生熱裂紋；2）高碳鋼對(duì)淬火更加敏感，焊接時(shí)熱影響區(qū)極易產(chǎn)生脆硬的高碳馬氏體組織，所以淬硬傾向和冷裂紋傾向都很大；3）高碳鋼導(dǎo)熱性比低碳鋼差，在焊接高溫下晶粒長大快，且碳化物容易在晶界上集聚、長大，使焊縫脆性增大，從而使接頭強(qiáng)度降低；同時(shí)在接頭中引起的內(nèi)應(yīng)力也較大，更容易促使裂紋的產(chǎn)生。能力知識(shí)點(diǎn)二高碳鋼的焊接工藝要點(diǎn)1．焊接方法高碳鋼焊接主要是高硬度、高耐磨性部件、零件和工具的焊接與修復(fù)，所以主要的焊接方法是焊條電弧焊和釬焊。2．焊接材料高碳鋼焊接一般不要求接頭與母材等強(qiáng)度。焊接材料根據(jù)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用條件來選擇。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段高碳鋼的抗拉強(qiáng)度一般在675MPa以上，當(dāng)要求接頭強(qiáng)度較高時(shí)可選擇E7015-D2（J707）或E6015-D2（J607）焊條；強(qiáng)度要求不高時(shí)可選擇E5015（J507）或E5016（J506）焊條；或者選擇與以上焊條強(qiáng)度等級(jí)相當(dāng)?shù)牡蜌湫偷秃辖痄摵笚l；必要時(shí)可選用奧氏體不銹鋼焊條，牌號(hào)與中碳鋼所選焊條相同。3．施焊工藝要點(diǎn)1）高碳鋼零件一般經(jīng)過淬火+回火的熱處理，因此焊接之前要先行退火，以減小裂紋傾向。2）采用結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接時(shí)，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱和道間溫度控制在250～350℃以上。3）采取與中碳鋼相同的焊接工藝措施，如減小熔合比、小電流、低焊速焊接，整個(gè)工件應(yīng)連續(xù)施焊完成，并采取措施減小內(nèi)應(yīng)力。4）焊后將焊件立即放入爐中，在650℃保溫，進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。2．鋼索對(duì)接某鋼索斜拉橋（圖2-3）的鋼索直徑為146mm，是由許多根直徑為7mm的80優(yōu)質(zhì)高碳鋼絲擰絞而成，每根鋼索都很長，安裝時(shí)要求拉緊鋼索，因此要求事先在鋼索端頭對(duì)接上一個(gè)高碳鋼拉緊接頭。焊接采用焊條電弧焊，選用強(qiáng)度級(jí)別比鋼索低的焊條，預(yù)熱溫度和道間溫度不低于350℃，焊后采取緩冷措施。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)10授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：習(xí)題課教學(xué)目標(biāo)：重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)11授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：第三章低合金鋼的焊接1、低合金鋼的概述教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解低合金鋼的種類2、了解低合金鋼的性能能力目標(biāo)：掌握低合金鋼的分類及特征素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：要求學(xué)生理解合金元素對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼性能的作用。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1．什么是高強(qiáng)度鋼？如何分類？每一小類的特征和用途分別是什么？2、什么是專用鋼？如何分類？每一小類的特征和用途分別是什么？課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．復(fù)習(xí)引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容用于機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)的鋼統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)鋼。最早使用的結(jié)構(gòu)鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上添加一定量的合金元素達(dá)到所需性能要求的鋼材。能力知識(shí)點(diǎn)一合金結(jié)構(gòu)鋼的分類與用途合金結(jié)構(gòu)鋼有根據(jù)用途進(jìn)行分類，也有根據(jù)化學(xué)成分、合金系統(tǒng)和組織狀態(tài)來分的。用于焊接結(jié)構(gòu)的大多是低合金鋼，綜合考慮其性能和用途后，一般分為兩大類：高強(qiáng)度鋼和專用鋼。高強(qiáng)度鋼主要應(yīng)用的是其力學(xué)性能，合金元素的加入是為了在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)保證有足夠的塑性和韌性；專用鋼主要應(yīng)用的是其特殊性能，例如耐高溫、耐低溫和耐腐蝕等，合金元素的加入是為了獲得通常所需的力學(xué)性能外，主要是滿足結(jié)構(gòu)的特殊性能需要。1．高強(qiáng)度鋼簡稱高強(qiáng)鋼，凡是屈服點(diǎn)σs≥295MPa、抗拉強(qiáng)度σb≥390MPa的鋼，均稱為高強(qiáng)鋼。主要應(yīng)用于常規(guī)條件下承受靜載荷和動(dòng)載荷的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)，例如壓力容器、動(dòng)力設(shè)備、運(yùn)輸機(jī)械、橋梁和管道等。按鋼的屈服點(diǎn)和熱處理狀態(tài)不同，一般分為熱軋及正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼。把鋼錠加熱到1300℃左右，經(jīng)熱軋成板材，然后空冷即成為熱軋鋼；鋼板軋制和冷卻后，經(jīng)900℃正火即成為正火鋼；鋼板經(jīng)900℃加熱后水淬，再經(jīng)600℃回火處理即成為調(diào)質(zhì)鋼。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段近年來這類鋼又開發(fā)出具有很大發(fā)展前途的新鋼種，如微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼（CF鋼）、抗層狀撕裂鋼（Z向鋼）和焊接大熱輸入鋼等，主要用在嚴(yán)寒地區(qū)輸油管線、海上采油平臺(tái)、大型壓力容器、大型水輪機(jī)蝸殼和大跨度全焊接橋梁等工程中。（1）熱軋及正火鋼屈服點(diǎn)為295～490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強(qiáng)化鋼，包括微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼和抗層狀撕裂鋼，盡管采用了不同的冶煉和控軋技術(shù)，但從本質(zhì)上講它們都屬于正火鋼。這類鋼廣泛應(yīng)用于常溫下工作的各種焊接結(jié)構(gòu)，如壓力容器、動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。（2）低碳調(diào)質(zhì)鋼屈服點(diǎn)為490～980MPa，在調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）狀態(tài)下供貨使用，屬于熱處理強(qiáng)化鋼。其特點(diǎn)是含碳量較低（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于0.22%）、合金元素總量低于5%，既有高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后也不需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。這類鋼在焊接結(jié)構(gòu)中也得到越來越廣泛的應(yīng)用，主要用于大型機(jī)械工程、壓力容器及艦船等。（3）中碳調(diào)質(zhì)鋼屈服點(diǎn)一般在880～1176MPa或以上，鋼中含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%～0.5%），也屬于熱處理強(qiáng)化鋼。其淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多，具有很高的強(qiáng)度和硬度，但韌性較低，給焊接帶來很大的困難，因此一般是在退火狀態(tài)下焊接，焊后再進(jìn)行整體熱處理來達(dá)到所要求的強(qiáng)度和硬度。這類鋼主要用于強(qiáng)度要求很高的產(chǎn)品或部件，如飛機(jī)起落架、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。2．專用鋼專用鋼是指專門用于在特定條件下工作的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。按用途不同分為珠光體耐熱鋼、低溫鋼和低合金耐蝕鋼。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段（1）珠光體耐熱鋼具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性，其最高工作溫度為500～600℃，可用于在這一溫度下工作的動(dòng)力設(shè)備和化工設(shè)備等。它是以Cr、Mo為基礎(chǔ)的低中合金鋼。隨著使用溫度的提高，鋼中往往還加入W、V、Nb、B等合金元素。（2）低溫鋼具有良好的低溫韌性，其工作溫度為-40～-196℃，可用于各種低溫容器（液化石油氣≤-45℃、液化天然氣≤-162℃）、嚴(yán)寒地區(qū)的工程結(jié)構(gòu)（橋梁、管道等）和露天礦山機(jī)械等。這類鋼中大部分含有Ni，一般在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，和普通低合金鋼的區(qū)別在于除具有滿足要求的的強(qiáng)度外，還必須具有足夠的低溫韌性。（3）低合金耐蝕鋼除具有一般的力學(xué)性能外，還必須滿足耐腐蝕性能的特殊要求，主要用于在大氣、海水、石油化工等腐蝕性介質(zhì)中工作的各種零件和結(jié)構(gòu)。由于所處介質(zhì)不同，耐蝕鋼的成分和類型也不同，應(yīng)用最多的是耐大氣和海水腐蝕用鋼。能力知識(shí)點(diǎn)2合金結(jié)構(gòu)鋼的成分與性能1．合金元素的作用碳是最能提高鋼材強(qiáng)度的元素，但易于引起淬硬和焊接裂紋，所以在保證強(qiáng)度的前提下，碳的含量越少越好。低合金鋼中加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的組織和性能的影響很復(fù)雜。各種合金元素對(duì)結(jié)構(gòu)鋼抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)的影響如圖3-1所示圖圖3-1各種合金元素對(duì)結(jié)構(gòu)鋼抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)的影響a）對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響b)對(duì)屈服點(diǎn)的影響填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段Mn的固溶強(qiáng)化作用很明顯，當(dāng)wMn≤1.7%時(shí)，可提高韌性和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度（屈服點(diǎn)提高約50%、脆性轉(zhuǎn)變溫度約下降20℃），如Q345（16Mn）為典型的固溶強(qiáng)化鋼，其屈服點(diǎn)為345MPa、脆性轉(zhuǎn)變溫度低于-40℃；Si的固溶強(qiáng)化作用也很顯著，但會(huì)降低塑性和韌性，因此一般鋼中wSi≤0.6%；Ni是惟一既能起固溶強(qiáng)化作用同時(shí)又能提高韌性且大幅度降低脆性轉(zhuǎn)變溫度的合金元素，在低溫鋼中最常用。Cr能提高鋼的耐熱性、耐蝕性和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度；Mo可提高鋼的熱強(qiáng)性，一般認(rèn)為wMo=0.25%～0.50%時(shí)，既可以強(qiáng)化金屬又能改善韌性，當(dāng)wMo＞0.5%時(shí)韌性開始惡化。Cr和Mo都是提高鋼的淬透性的元素，使其裂紋敏感性增加，因此在低合金結(jié)構(gòu)鋼中的含量應(yīng)加以控制。V、Ti、Nb是強(qiáng)烈形成碳化物的元素，Al、V、Ti、Nb還可形成氮化物，可產(chǎn)生明顯的沉淀強(qiáng)化作用，在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上屈服點(diǎn)可提高50～100MPa，并能保持韌性。V、Ti、Nb均是微量加入，故稱為微合金化。B元素也是微合金化的元素，它可以細(xì)化晶粒從而改善韌性。2．合金結(jié)構(gòu)鋼的性能合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性，采用不同的合金成分和熱處理方法可獲得具有不同綜合性能的低中合金結(jié)構(gòu)鋼。熱軋及正火條件下，合金元素對(duì)鋼的塑性和韌性的影響與其強(qiáng)化作用相反，即強(qiáng)化效果越大，塑性和韌性就降低越多，當(dāng)鋼中合金元素的含量超過一定值后會(huì)引起韌性大幅度下降。因此抗拉強(qiáng)度大于600MPa的高強(qiáng)鋼一般都需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)12授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：第三章低合金鋼的焊接2、熱軋及正火鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解熱軋及正火鋼的成分特點(diǎn)2、了解熱軋及正火鋼的焊接性能力目標(biāo)：掌握熱軋及正火鋼的焊接工藝要點(diǎn)素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：要求學(xué)生熟悉熱軋及正火鋼的焊接工藝要點(diǎn)。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1．熱軋與正火鋼的主要強(qiáng)化元素和強(qiáng)化方式有何不同？其焊接性有何差異？2．簡述熱軋及正火鋼的焊接工藝要點(diǎn)。課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．復(fù)習(xí)引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容能力知識(shí)點(diǎn)1熱軋及正火鋼的成分和性能1．熱軋鋼屈服點(diǎn)為295～390MPa的鋼大都屬于熱軋鋼，合金系統(tǒng)為C-Mn或C-Mn-Si系，其強(qiáng)度是靠Mn、Si的固溶強(qiáng)化作用來保證。在低碳條件下，wMn≤1.6%、wSi≤0.6%，可以保持鋼具有較高的塑性和韌性，超出這一范圍后，塑、韌性明顯惡化。因此合金元素的用量和鋼的強(qiáng)度水平都受到限制。熱軋鋼的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能都較好，且冶煉工藝簡單、價(jià)格較低，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。Q345（16Mn）是我國1957年研制生產(chǎn)和應(yīng)用最廣泛的熱軋鋼，用于南京長江大橋和我國第一艘萬噸運(yùn)洋貨輪。Q345按其中Mn和Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同又分為A～E5個(gè)質(zhì)量等級(jí)，Q345·A即舊牌號(hào)中的16Mn，Q345·C相當(dāng)于鍋爐和壓力容器用鋼中的16Mng和16MnR。熱軋鋼的組織為鐵素體+珠光體，當(dāng)板厚較大時(shí)，可以要求在正火條件下供貨，經(jīng)正火處理可使鋼的化學(xué)成分均勻化，塑性、韌性提高，但強(qiáng)度略有下降。2．正火鋼當(dāng)要求鋼的屈服點(diǎn)大于390MPa時(shí)，必須在固溶強(qiáng)化的同時(shí)加強(qiáng)合金元素的沉淀強(qiáng)化作用。正火鋼是在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，加入碳、氮化物（V、Ti、Nb和Mo等）形成元素，通過沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化來進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度和保證韌性。正火處理的目的是促使碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)從固溶體中沉淀析出并同時(shí)細(xì)化晶粒。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段3．微合金控軋鋼加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%左右對(duì)鋼的組織性能有顯著或特殊影響的微量合金元素的鋼，稱為微合金鋼。多種微合金元素的共同作用稱為多元微合金化。微合金控軋鋼采用微合金化和控制軋制等技術(shù)，達(dá)到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化相結(jié)合的效果，同時(shí)從冶煉工藝上采取降碳、降硫，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純凈度等措施，使鋼材具有細(xì)晶組織。具有高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性等優(yōu)點(diǎn)，是熱軋及正火鋼的一個(gè)新分支，是近年發(fā)展起來的一類新鋼種。主要用于石油和天然氣的輸送管線，如X60、X65和X70等管線鋼。能力知識(shí)點(diǎn)2熱軋及正火鋼的焊接性熱軋及正火鋼中碳和合金元素的含量都較低，焊接性總體來看較好，但隨合金元素含量的增加，焊接性變差。焊接時(shí)需要注意的問題是焊接裂紋和熱影響區(qū)性能變化。一、焊接裂紋1．焊接冷裂紋在產(chǎn)生冷裂紋的三要素淬硬組織、拘束度和擴(kuò)散氫含量中，淬硬組織和材料有關(guān)，因此鋼材的淬硬傾向可以作為判斷冷裂紋敏感性的標(biāo)準(zhǔn)之一。而淬硬傾向又可以通過碳當(dāng)量、Pc、熱影響區(qū)最高硬度等來判斷。例如鋼材碳當(dāng)量越大，冷裂紋敏感性也越大，利用國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式計(jì)算CE。一般認(rèn)為，CE＜0.4%時(shí)，鋼材在焊接過程中基本無淬硬傾向，冷裂敏感性小。屈服點(diǎn)為295～390MPa熱軋鋼的碳當(dāng)量一般都小于0.4%，焊接性良好，除大厚度鋼板和在環(huán)境溫度很低等情況下焊接外，一般不需預(yù)熱和嚴(yán)格控制焊接熱輸入。碳當(dāng)量CE=0.4%～0.6%時(shí)，鋼的淬硬傾向逐漸增加，屬于有淬硬傾向的鋼，對(duì)冷裂紋比較敏感。屈服點(diǎn)為440～490MPa的正火鋼基本屬于這一范圍，其中碳當(dāng)量不超過0.5%時(shí)，淬硬傾向不太嚴(yán)重，焊接性尚好，在板厚較大（δ≥25mm）時(shí)需要采取預(yù)熱措施。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段2．焊接熱裂紋熱軋及正火鋼含碳量都較低，而含Mn量較高，Mn/S的比值可以達(dá)到防止結(jié)晶裂紋的要求，具有較好的抗熱裂紋能力，在母材化學(xué)成分正常，焊接材料和焊接參數(shù)選擇正確的情況下，一般不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。但在個(gè)別情況下，例如母材中的碳與硫同時(shí)居上限或嚴(yán)重偏析，則有可能產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。反之，如果焊接時(shí)焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，則是由母材中的碳與硫的不正常造成的，這時(shí)就要從工藝上設(shè)法減小熔合比，選用碳含量少、Mn含量高的焊接材料，以降低焊縫中的碳和提高焊縫中的Mn，可以達(dá)到消除結(jié)晶裂紋的目的。3．消除應(yīng)力裂紋（再熱裂紋）含有Mo、Cr元素的鋼在焊后消除應(yīng)力熱處理或焊后再次高溫加熱（包括長期高溫下使用）過程中，可能出現(xiàn)裂紋，即消除應(yīng)力裂紋，也稱再熱裂紋。一般產(chǎn)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，裂紋沿熔合線方向斷續(xù)分布。該裂紋的產(chǎn)生一般須有較大的焊接殘余應(yīng)力，因此在拘束度大的厚大工件中或應(yīng)力集中部位更易于出現(xiàn)消除應(yīng)力裂紋。在熱軋及正火鋼中，18MnMoNb和14MnMoV有輕微的消除應(yīng)力裂紋傾向，可采取提高預(yù)熱溫度或焊后立即熱處理等措施來防止消除應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生。4．層狀撕裂層狀撕裂主要與鋼的冶煉軋制質(zhì)量、板厚、接頭形式和Z向應(yīng)力有關(guān)，與鋼材強(qiáng)度無直接關(guān)系。一般認(rèn)為，鋼中的含硫量和ψZ是衡量抗層狀撕裂能力的判據(jù)。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)ψZ＞20%時(shí)，即使Z向拘束應(yīng)力較大，也不會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂。對(duì)有可能在焊接過程產(chǎn)生層狀撕裂的重要結(jié)構(gòu)，可采用Z向鋼（如D36），其ψZ最高值可達(dá)55%。這些鋼在冶煉過程中采取了特殊的工藝措施，因此成本較高。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段二、熱影響區(qū)性能變化熱軋及正火鋼焊接熱影響區(qū)性能變化主要是過熱區(qū)的脆化；在一些合金元素含量較低的鋼中有時(shí)還可能出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化問題。1．過熱區(qū)脆化在被加熱到1200℃以上的熱影響區(qū)過熱區(qū)，會(huì)發(fā)生奧氏體晶粒的顯著長大和一些難熔質(zhì)點(diǎn)（如碳化物和氮化物）熔入基體的過程。在冷卻過程中可能會(huì)產(chǎn)生脆性較大的魏氏組織、粗大的馬氏體組織和塑性很低的混合組織（即鐵素體、高碳馬氏體和貝氏體的混合組織）等。熱軋鋼過熱區(qū)脆化主要是由于在熱輸入較大時(shí)產(chǎn)生魏氏組織或是由于含碳量偏高和冷卻速度較快時(shí)產(chǎn)生的馬氏體組織引起的。正火鋼過熱區(qū)脆化與魏氏組織無關(guān)，除晶粒粗化外，主要是由于在1200℃高溫下，起沉淀強(qiáng)化作用的碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)分解并熔于奧氏體，在隨后的冷卻過程中來不及析出而固溶在基體中，結(jié)果使鐵素體基體的硬度上升而韌性下降，這時(shí)如果減小熱輸入，就可以減少過熱區(qū)在高溫的停留時(shí)間，抑制碳化物和氮化物的熔解，從而有效防止過熱區(qū)脆化。2．熱應(yīng)變脆化熱應(yīng)變脆化是指在焊接過程中，在熱和應(yīng)變共同作用下產(chǎn)生的一種應(yīng)變時(shí)效。一般發(fā)生在固溶氮含量較高而強(qiáng)度級(jí)別不高的低合金鋼中，如抗拉強(qiáng)度490MPa的C-Mn鋼。若在鋼中加入足夠的氮化物形成元素（Al、Ti、V等）可以有效降低熱應(yīng)變脆化傾向，如Q420（15MnVN）比Q345（16Mn）的熱應(yīng)變傾向小。消除熱應(yīng)變時(shí)效的有效措施是焊后熱處理，如Q345經(jīng)600℃×1h退火處理后，其韌性可恢復(fù)到原有水平。能力知識(shí)點(diǎn)3熱軋及正火鋼的焊接工藝要點(diǎn)一、焊接方法熱軋及正火鋼焊接時(shí)對(duì)焊接方法無特殊要求，不同焊接方法對(duì)焊接質(zhì)量無顯著影響，因此可以采用各種焊接方法進(jìn)行焊接，常用焊接方法如焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊和電渣焊等，一般是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、批量、生產(chǎn)條件和經(jīng)濟(jì)效益等綜合情況進(jìn)行選擇。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段二、下料、坡口加工和定位焊熱軋及正火鋼可以采用各種切割方法下料。坡口加工可采用機(jī)械加工，也可采用氣割和碳弧氣刨。對(duì)強(qiáng)度級(jí)別較高、厚度較大的焊件，經(jīng)過火焰切割或碳弧氣刨的坡口應(yīng)用砂輪仔細(xì)打磨，消除氧化皮及凹槽；在坡口兩側(cè)20～30mm范圍內(nèi)清除油污、鐵銹等。定位焊焊縫應(yīng)有足夠的長度（一般不小于50mm）以防開裂，對(duì)厚度較薄的板材定位焊縫長度應(yīng)不小于4倍板厚。定位焊應(yīng)選用與焊縫相同的焊接材料，也可選用強(qiáng)度稍低的焊條或焊絲。焊接順序應(yīng)能防止過大的拘束、允許工件有適當(dāng)?shù)淖冃?，采用的焊接電流可稍大于焊接時(shí)的焊接電流。三、焊接材料選擇焊接材料時(shí)必須考慮到兩方面的問題：一是保證焊縫不產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷；二是能滿足使用性能的要求。選擇焊接材料的主要依據(jù)是保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材相匹配，而不要求與母材成分相同，因此選擇焊接材料應(yīng)考慮以下問題：1．根據(jù)母材的強(qiáng)度級(jí)別選用相應(yīng)的焊接材料按照焊縫與母材等強(qiáng)匹配的原則選擇焊接材料，一般要求焊縫與母材強(qiáng)度相等或略低于母材。例如適用于焊接Q420（15MnVN）的焊條E5515，其中C、Mn的含量都比母材低，且其中不含沉淀強(qiáng)化元素V，但用它焊接的焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度可達(dá)549～608MPa，同時(shí)還具有高的塑性和韌性。2．考慮熔合比和冷卻速度的影響焊縫的力學(xué)性能取決于它的化學(xué)成分和組織狀態(tài)。焊縫化學(xué)成分不僅取決于焊接材料，而且與母材的熔入量（即熔合比）有很大關(guān)系；而焊縫組織則與冷卻速度有很大關(guān)系。采用同樣焊接材料，在熔合比和冷卻速度不同時(shí)，所得焊縫的性能也會(huì)有很大差別。選擇焊條或焊絲時(shí)應(yīng)考慮到板厚和坡口形式的影響，焊接薄板時(shí)因熔合比較大，應(yīng)選用強(qiáng)度較低的焊接材料，焊接厚板時(shí)則相反。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段3．考慮焊后熱處理對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響焊后熱處理（如消除應(yīng)力退火）會(huì)使焊縫的強(qiáng)度有所降低，當(dāng)焊縫強(qiáng)度余量不大時(shí)，焊后熱處理后焊縫強(qiáng)度可能低于母材，因此，對(duì)于焊后要求正火處理的焊縫，應(yīng)選擇強(qiáng)度高一些的焊接材料。此外，如果對(duì)焊縫金屬的使用性能有特殊要求，應(yīng)同時(shí)加以考慮。例如，在焊接16MnCu時(shí)，要求焊縫金屬與母材具有相同的耐蝕性能，則需選用含銅的焊條。四、焊接參數(shù)1．焊接熱輸入確定焊接熱輸入主要考慮熱影響區(qū)的脆化和冷裂兩個(gè)因素。各類鋼材的脆化傾向和冷裂傾向是不同的，因此對(duì)熱輸入的要求也不同。在焊接碳當(dāng)量（Ceq）小于0.4%熱軋及正火鋼時(shí)，如Q295和Q345，對(duì)熱輸入沒有嚴(yán)格限制。焊接碳當(dāng)量為0.4%～0.6%的熱軋及正火鋼時(shí)，熱輸入應(yīng)偏大一些比較好。但最好是采用小熱輸入+預(yù)熱。恰當(dāng)控制預(yù)熱溫度，既能避免產(chǎn)生裂紋，又能防止晶粒過熱。2．預(yù)熱溫度預(yù)熱的目的是為了防止裂紋，同時(shí)還有一定的改善組織和性能的作用。預(yù)熱溫度與鋼材的淬硬性、板厚、拘束度、環(huán)境溫度等因素有關(guān)，工程中必須結(jié)合具體情況經(jīng)試驗(yàn)后才能確定，推薦的一些預(yù)熱溫度只能作為參考。多層焊時(shí)應(yīng)保證道間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也要避免道間溫度過高產(chǎn)生的不利影響，如韌性下降等。3．焊后熱處理熱軋及正火鋼一般不需要焊后熱處理；但對(duì)要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)和厚壁高壓容器等，焊后需要進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火（550～650℃）。確定回火溫度的原則是：1）不超過母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能。2）對(duì)有回火脆性的材料，要避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。例如，對(duì)含V或V+Mo的低合金鋼，在回火時(shí)要避免在600℃左右的溫度區(qū)間停留較長時(shí)間，以防因V的二次碳化物析出而造成脆化，如Q420（15MnVN）的消除應(yīng)力回火的溫度為（550±25）℃。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段另外，對(duì)于抗拉強(qiáng)度大于490MPa的高強(qiáng)度鋼，由于產(chǎn)生延遲裂紋的傾向較大，為了在消除應(yīng)力的同時(shí)起到消氫處理的作用，要求焊后立即進(jìn)行回火處理。如焊后不能及時(shí)進(jìn)行熱處理，應(yīng)立即在250～350℃保溫2～6h，以便焊接區(qū)的氫逸出。能力知識(shí)點(diǎn)4典型鋼種Q345的焊接工藝要點(diǎn)1．焊前準(zhǔn)備氣割或碳弧氣刨下料和加工坡口，切口可直接進(jìn)行焊接Q345鋼可以順利進(jìn)行冷彎和機(jī)械切割。筒節(jié)冷彎當(dāng)板厚與直徑之比大于1/40時(shí)，成形后應(yīng)進(jìn)行600～650℃的消除應(yīng)力回火，以消除冷作硬化。Q345鋼加熱到850℃以上可以進(jìn)行各種熱壓成形，經(jīng)熱壓后力學(xué)性能無明顯變化，一般不需再進(jìn)行熱處理。Q345鋼也可采用加熱矯正變形。經(jīng)驗(yàn)表明，火焰矯正的加熱溫度應(yīng)控制在700～800℃之間，不宜超過900℃。2．預(yù)熱Q345鋼的焊接性較好，一般情況下焊接不需預(yù)熱，但當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較大或在低溫條件下焊接時(shí)，應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度見表3-6板厚/mm預(yù)熱溫度＜16不低于-10℃不預(yù)熱，-10℃以下預(yù)熱100～150℃16～24不低于-5℃不預(yù)熱，-5℃以下預(yù)熱100～150℃25～40不低于0℃不預(yù)熱，0℃以下預(yù)熱100～150℃＞40均預(yù)熱100～150℃3．焊條電弧焊工藝可采用I形、V形或X形坡口。一般選用E50××型的焊條。重要結(jié)構(gòu)（如壓力容器）應(yīng)選用堿性焊條（E5016、5015）；對(duì)厚度小、坡口角度小或強(qiáng)度要求不高的產(chǎn)品也可選用E43××型的焊條（E4316、E4315）。焊條應(yīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行烘干：如堿性焊條必須經(jīng)350～400℃烘干2h。焊接參數(shù)見表3-7。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段坡口形式焊件厚度或焊腳尺寸/mm第一層焊縫其他各層焊縫封底焊縫焊條直徑/mm焊接電流/A焊條直徑/mm焊接電流/A焊條直徑/mm焊接電流/AI形22.550～60--2.555～602.5～43.290～120--3.290～1204～53.2100～130--3.2100～1304160～200--4160～120V形5～63.2100～130--3.2100～1304160～210--4180～210≥63.2100～1304160～2104180～2104160～2105220～2805220～260X形≥124160～2104160～210--5220～280--5．CO2氣體保護(hù)焊的工藝參數(shù)CO2氣體保護(hù)焊焊絲按表3-4選用，目前應(yīng)用較多的是H08Mn2SiA。Q345鋼CO2氣體保護(hù)焊工藝參數(shù)見表3-9。表3-9Q345鋼CO2氣體保護(hù)焊的工藝參數(shù)焊接焊絲直徑/mm保護(hù)氣體氣體流量/L?min-1預(yù)熱或道間溫度/℃焊接參數(shù)焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/cm?min-1單焊道1.2CO28～15不預(yù)熱或≤100100～15021～2412～18多焊道8～15160～24022～2614～22單焊道1.6CO210～18300～36033～3520～26多焊道10～18280～34030～3218～24填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動(dòng)化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實(shí)踐□理實(shí)一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評(píng)價(jià)□其他活動(dòng)□課時(shí)安排2課時(shí)序號(hào)13授課日期月日月日月日月日授課班級(jí)教學(xué)內(nèi)容：3、低碳低合金調(diào)制鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1、了解低碳調(diào)制鋼的成分特點(diǎn)2、了解低碳調(diào)制鋼的焊接性能力目標(biāo)：掌握低碳調(diào)制鋼的焊接工藝要點(diǎn)素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會(huì)交往能力重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法：要求學(xué)生熟悉低碳調(diào)制鋼的焊接工藝要點(diǎn)。授課地點(diǎn)：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：5．低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能有何特點(diǎn)？6．簡述低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝要點(diǎn)。課后小結(jié)：填表說明：1.序號(hào)，指該課程授課的順序號(hào)，應(yīng)與授課計(jì)劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項(xiàng)打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．復(fù)習(xí)引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容屈服點(diǎn)大于490MPa的高強(qiáng)鋼必須采用調(diào)質(zhì)處理，通過組織強(qiáng)化獲得很高的綜合力學(xué)性能。低碳調(diào)質(zhì)鋼屬于熱處理強(qiáng)化鋼。這類鋼既有較高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用日益廣泛。能力知識(shí)點(diǎn)1低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分與性能為了保證良好的綜合性能和焊接性，低碳調(diào)質(zhì)鋼要求鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.22%（實(shí)際上一般wc≤0.18%），此外添加一些合金元素如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，目的是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。這類鋼由于含碳量低，淬火后得到低碳馬氏體，而且會(huì)發(fā)生“自回火”，脆性小，具有良好的焊接性。部分低碳調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表3-10和3-11。（教材P43和P44）抗拉強(qiáng)度600Mpa、700MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼（HQ60、HQ70）主要用于工程機(jī)械、動(dòng)力設(shè)備、交通運(yùn)輸機(jī)械和橋梁等，這類鋼可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，必要時(shí)可進(jìn)行消除應(yīng)力處理。抗拉強(qiáng)度800MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼如14MnMoNbB、HQ80和HQ80C也在工程中獲得廣泛應(yīng)用。為了改善野外施工焊接條件和提高低溫韌性，開發(fā)了一種含碳極低（wc≤0.09%）的調(diào)質(zhì)鋼，即焊接無裂紋鋼（簡稱CF鋼），焊接時(shí)采用超低氫焊接材料，在板厚50mm以下或在0℃都可焊前不預(yù)熱。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項(xiàng)目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配方法及手段能力知識(shí)點(diǎn)2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性低碳調(diào)質(zhì)鋼主要是作為高強(qiáng)度的焊接結(jié)構(gòu)用鋼，因此其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制得較低，在合金成分的設(shè)計(jì)上也考慮了焊接性的要求。低碳調(diào)質(zhì)鋼是熱處理強(qiáng)化鋼，是通過調(diào)質(zhì)處理獲得強(qiáng)化效果的，因此焊接時(shí)在熱影響區(qū)內(nèi)除會(huì)發(fā)生脆化外還有軟化問題，在選擇焊接材料時(shí)應(yīng)著重考慮。一、焊接裂紋1．焊接熱裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼一般含碳量都較低，而含Mn量較高，且對(duì)S、P的限制也較嚴(yán)格，因此焊縫金屬的結(jié)晶裂紋傾向較小。但對(duì)一些高Ni低Mn類型的低合金高強(qiáng)鋼來講，由于Ni的作用會(huì)增加結(jié)晶裂紋傾向，但只要選擇合適的焊接材料，提高焊縫金屬的含Mn量，就可以避免產(chǎn)生這種裂紋。2．焊接冷裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼在嚴(yán)格控制焊縫擴(kuò)散氫含量的情況下，對(duì)冷裂紋不敏感。一般焊縫組織為馬氏體或貝氏體。馬氏體雖然屬于淬火組織，但由于含碳量低，仍保持了較高的韌性；而且這類鋼的Ms點(diǎn)比較高（400℃），如果焊接時(shí)控制在Ms點(diǎn)附近的冷卻速度比較低，馬氏體