《金屬焊接工藝及其課件》

金屬焊接工藝及其課件歡迎學(xué)習(xí)金屬焊接工藝課程。本課程將系統(tǒng)地介紹焊接的基本原理、工藝方法和應(yīng)用技術(shù)，幫助您全面掌握現(xiàn)代焊接技術(shù)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐要點(diǎn)。焊接作為金屬加工領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，在航空航天、船舶制造、汽車工業(yè)等眾多領(lǐng)域扮演著不可替代的角色。通過本課程的學(xué)習(xí)，您將能夠理解焊接過程中的物理化學(xué)變化，掌握各類焊接方法的特點(diǎn)，并能針對(duì)不同的金屬材料選擇合適的焊接工藝。課程簡(jiǎn)介課程性質(zhì)和目標(biāo)本課程是材料科學(xué)與工程、機(jī)械制造等專業(yè)的核心技術(shù)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)掌握金屬焊接的基本原理、工藝方法和設(shè)備使用技能，為從事焊接相關(guān)工作奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。先修課程要求學(xué)習(xí)本課程前，建議先完成《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《金屬材料學(xué)》和《機(jī)械制造基礎(chǔ)》等課程的學(xué)習(xí)，這將有助于更好地理解焊接過程中的材料行為和工藝特點(diǎn)。學(xué)習(xí)方法建議理論與實(shí)踐相結(jié)合，注重焊接原理的理解與實(shí)際操作技能的培養(yǎng)。積極參與實(shí)驗(yàn)課程，觀察分析焊接現(xiàn)象，總結(jié)焊接經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)解決實(shí)際焊接問題的能力。第一章：焊接概論焊接的定義和本質(zhì)焊接是利用熱能、機(jī)械能或二者的共同作用，使金屬與金屬（或非金屬）之間產(chǎn)生原子間結(jié)合的連接工藝。焊接的本質(zhì)是通過提供必要的能量和適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，在接觸面上實(shí)現(xiàn)材料的原子擴(kuò)散和相互交叉，形成牢固的冶金連接。焊接技術(shù)的發(fā)展歷史焊接技術(shù)的起源可追溯至青銅時(shí)代，而現(xiàn)代焊接始于19世紀(jì)末至20世紀(jì)初電弧焊的發(fā)明。20世紀(jì)以來，焊接技術(shù)經(jīng)歷了從手工焊到半自動(dòng)焊、自動(dòng)焊，再到智能化焊接的發(fā)展歷程。隨著材料科學(xué)和電子技術(shù)的進(jìn)步，高能束焊接、固態(tài)焊接等新型焊接技術(shù)不斷涌現(xiàn)。焊接方法分類熔化焊利用熱源使焊接區(qū)金屬熔化形成連接壓力焊通過外力和加熱使材料接觸面原子間結(jié)合釬焊用熔點(diǎn)低于母材的金屬填充接合處熔化焊是最常用的焊接方法，包括電弧焊、氣焊、激光焊等，其特點(diǎn)是接頭強(qiáng)度高但熱影響區(qū)較大。壓力焊如摩擦焊、爆炸焊等不需要填充金屬，熱影響小，但設(shè)備要求高。釬焊適用于精密部件和異種材料連接，但接頭強(qiáng)度相對(duì)較低。焊接的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)接頭強(qiáng)度高，可達(dá)母材強(qiáng)度的90%以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，適用于復(fù)雜幾何形狀設(shè)備投資相對(duì)較小，生產(chǎn)效率高可實(shí)現(xiàn)氣密性和液密性連接局限性熱影響區(qū)可能產(chǎn)生組織變化和性能下降易產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形某些材料焊接性差，需特殊工藝焊接質(zhì)量檢測(cè)較為復(fù)雜主要應(yīng)用領(lǐng)域船舶與海洋工程航空航天工業(yè)汽車制造業(yè)橋梁和建筑結(jié)構(gòu)能源和化工設(shè)備第二章：焊接熱過程熱源作用焊接熱源（如電弧、氣焰等）提供能量，使焊接區(qū)域溫度迅速升高到金屬的熔點(diǎn)以上。熱量傳遞熱量以傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射方式向周圍金屬擴(kuò)散，形成特定的溫度場(chǎng)分布。熱循環(huán)過程焊接區(qū)各點(diǎn)經(jīng)歷的溫度隨時(shí)間變化過程，包括加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段。組織演變金屬在熱循環(huán)作用下發(fā)生相變和組織轉(zhuǎn)變，最終形成焊縫、熱影響區(qū)和過渡區(qū)的特殊組織結(jié)構(gòu)。焊接熱源種類電弧熱源利用電極與工件間產(chǎn)生的電弧放電提供熱量，溫度可達(dá)6000-8000℃，能量集中度適中，是最常用的焊接熱源。常見于手工電弧焊、氣體保護(hù)焊和埋弧焊等。電阻熱源利用電流通過接觸面產(chǎn)生的焦耳熱，溫度較低但分布均勻，適用于薄板焊接。主要應(yīng)用于點(diǎn)焊、縫焊和對(duì)焊等電阻焊工藝。氣焰熱源利用可燃?xì)怏w與氧氣混合燃燒產(chǎn)生的熱量，溫度約2500-3000℃，熱量分散，加熱均勻。常用于氣焊和火焰釬焊。高能束熱源包括激光和電子束，能量密度極高，溫度可達(dá)10000℃以上，可實(shí)現(xiàn)深熔深穿透焊接。適用于精密焊接和特殊材料的連接。焊接溫度場(chǎng)特點(diǎn)瞬時(shí)點(diǎn)熱源適用于描述點(diǎn)焊等固定位置短時(shí)間加熱的溫度場(chǎng)。熱量瞬時(shí)釋放在一點(diǎn)，然后向四周擴(kuò)散，溫度場(chǎng)呈球形對(duì)稱分布。這種模型簡(jiǎn)化了計(jì)算，但只適用于特定的焊接工藝。移動(dòng)線熱源適用于描述大多數(shù)焊接過程中熱源沿一定方向移動(dòng)的情況。溫度場(chǎng)在熱源前方呈陡峭梯度，后方梯度較緩，整體呈不對(duì)稱分布。這種模型更接近實(shí)際焊接過程。三維熱傳導(dǎo)焊接熱量在工件中沿三個(gè)方向傳導(dǎo)，溫度場(chǎng)形狀受工件幾何尺寸、材料熱物理性能和焊接參數(shù)的影響。對(duì)于薄板可簡(jiǎn)化為二維熱傳導(dǎo)問題。焊接熱循環(huán)曲線時(shí)間(s)焊縫中心溫度(℃)熱影響區(qū)溫度(℃)焊接熱循環(huán)曲線是描述焊接區(qū)域某一點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的曲線，其特征參數(shù)包括最高溫度、加熱速率、冷卻速率和保溫時(shí)間。影響熱循環(huán)的主要因素有焊接熱輸入量、工件厚度、預(yù)熱溫度、環(huán)境溫度等。熱循環(huán)曲線的研究對(duì)于預(yù)測(cè)焊接組織和性能具有重要意義。第三章：焊接化學(xué)冶金過程高溫環(huán)境焊接區(qū)溫度高達(dá)1500-2000℃快速反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)在極短時(shí)間內(nèi)完成多相界面反應(yīng)氣-液-固多相系統(tǒng)復(fù)雜互動(dòng)非平衡狀態(tài)反應(yīng)難以達(dá)到熱力學(xué)平衡焊接化學(xué)冶金過程是在高溫、短時(shí)間、非平衡條件下進(jìn)行的復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)直接影響焊縫金屬的化學(xué)成分、夾雜物形成和最終性能。理解這些反應(yīng)規(guī)律對(duì)控制焊接質(zhì)量、預(yù)防缺陷具有重要意義。焊接熔池的組成熔滴從焊條或焊絲熔化形成的液態(tài)金屬小球，溫度高達(dá)2500℃左右，含有各種合金元素和氣體。熔滴在電弧力、重力等作用下轉(zhuǎn)移到工件表面，是焊縫金屬的主要來源。熔池工件表面形成的液態(tài)金屬區(qū)域，由熔滴和熔化的母材共同組成。熔池內(nèi)部存在強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)熱量傳遞和化學(xué)成分均勻化。熔池凝固后形成焊縫金屬?；瘜W(xué)冶金反應(yīng)區(qū)熔池表面與周圍氣體、熔渣接觸的區(qū)域，是各種化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的主要場(chǎng)所。這里進(jìn)行著氧化、還原、脫氣和合金化等復(fù)雜反應(yīng)，決定了焊縫金屬的最終成分和性能。氣相對(duì)金屬的作用在焊接過程中，空氣中的氧氣會(huì)與熔融金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致合金元素?zé)龘p和氧化物夾雜形成。氮?dú)饪赡芤鹑鄢氐?，使焊縫金屬脆化。氫氣溶解在熔池中后，在凝固過程中可能導(dǎo)致氣孔和氫脆現(xiàn)象。為減少這些有害影響，焊接時(shí)通常采用保護(hù)氣體或熔渣隔絕空氣。熔渣對(duì)金屬的作用熔渣類型主要成分堿度主要作用酸性熔渣SiO?、TiO?＜1.0脫磷能力弱，脫硫能力差中性熔渣Al?O?、Cr?O?≈1.0脫磷脫硫能力中等堿性熔渣CaO、MgO＞1.0脫磷脫硫能力強(qiáng)氟化物熔渣CaF?、Na?AlF?-降低熔點(diǎn)，增強(qiáng)流動(dòng)性熔渣是由焊條藥皮或焊劑熔化形成的，具有熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、密度小于金屬等特點(diǎn)。熔渣與金屬之間進(jìn)行著金屬-非金屬反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)脫氧、脫硫、脫磷等冶金處理，同時(shí)還能調(diào)節(jié)焊縫成分、保護(hù)熔池、改善焊縫成形和降低冷卻速度。合金元素的過渡0.6~0.9錳的過渡系數(shù)受氧化損失影響較大0.8~0.95硅的過渡系數(shù)與焊接工藝密切相關(guān)0.9~0.98鉻的過渡系數(shù)在不銹鋼焊接中尤為重要0.5~0.7鈦的過渡系數(shù)活性強(qiáng)，易被氧化損失合金過渡系數(shù)是指焊材中合金元素最終進(jìn)入焊縫金屬的百分比。影響合金過渡的因素包括焊接熱輸入量、保護(hù)氣體類型、熔渣堿度、焊材中合金元素含量以及焊接工藝參數(shù)等。合理控制合金過渡對(duì)保證焊縫金屬成分和性能至關(guān)重要，特別是在高合金鋼焊接中。第四章：焊接材料焊條由芯線和藥皮組成，是手工電弧焊的主要焊接材料。根據(jù)藥皮成分不同分為酸性、堿性、纖維素型等多種類型，適用于不同材料和工況的焊接。焊條規(guī)格通常以直徑表示，常用規(guī)格為2.5mm、3.2mm和4.0mm。焊絲分為實(shí)心焊絲和藥芯焊絲兩大類，是自動(dòng)化焊接的主要填充材料。實(shí)心焊絲適用于氣體保護(hù)焊和埋弧焊，藥芯焊絲則結(jié)合了實(shí)心焊絲和焊條的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的工藝性能和適應(yīng)性。焊劑主要用于埋弧焊和電渣焊，可分為熔融型、燒結(jié)型和機(jī)械混合型。焊劑的主要作用是保護(hù)熔池、穩(wěn)定電弧、凈化焊縫、調(diào)節(jié)焊縫成分和改善焊縫成形。選擇合適的焊劑對(duì)焊接質(zhì)量至關(guān)重要。焊條的分類和組成藥皮類型及特點(diǎn)酸性藥皮：含SiO?、MnO較多，熔滴細(xì)小，電弧穩(wěn)定，脫氧能力一般堿性藥皮：含CaO、CaF?較多，冶金性能好，適合高強(qiáng)度要求場(chǎng)合纖維素型藥皮：含有機(jī)物較多，電弧穿透力強(qiáng)，適合全位置焊接鈦型藥皮：含TiO?較多，焊縫成形美觀，操作簡(jiǎn)便芯線材料芯線通常由低碳鋼、低合金鋼或特種合金制成，直徑一般為1.6~6.0mm。芯線不僅用于導(dǎo)電，還是形成焊縫金屬的主要來源，其化學(xué)成分對(duì)焊縫性能有重要影響。藥皮成分作用藥皮成分包括造渣劑、電弧穩(wěn)定劑、脫氧劑、合金劑和粘結(jié)劑等。不同成分比例決定了焊條的工藝特性和適用范圍。藥皮厚度通常用包藥率表示，一般為25%~45%。焊絲的種類和特點(diǎn)1低碳鋼焊絲C≤0.12%，適用于低碳鋼和低合金鋼的焊接。表面通常鍍銅，以提高導(dǎo)電性和防銹性。具有良好的可焊性和機(jī)械性能。2合金鋼焊絲含有Cr、Ni、Mo等合金元素，適用于中高強(qiáng)度鋼焊接。根據(jù)合金成分不同分為多個(gè)系列，可滿足不同強(qiáng)度和韌性要求。3不銹鋼焊絲含Cr≥12%，根據(jù)組織結(jié)構(gòu)分為奧氏體、鐵素體、馬氏體和雙相不銹鋼焊絲。具有良好的耐腐蝕性和高溫性能。4藥芯焊絲由金屬外殼和粉末狀填充物組成，兼具實(shí)心焊絲和焊條的優(yōu)點(diǎn)。按填充物可分為熔渣型、金屬粉型和復(fù)合型，工藝適應(yīng)性好，特別適合全位置焊接。焊劑的作用和分類保護(hù)熔池隔絕空氣，防止氧化、氮化穩(wěn)定電弧提供電離物質(zhì)，改善導(dǎo)電性冶金處理脫氧、脫硫、脫磷，凈化焊縫合金化補(bǔ)充合金元素，改善性能控制流動(dòng)性改善焊縫成形，防止缺陷焊劑按制造方法可分為熔融型、燒結(jié)型和機(jī)械混合型三大類。熔融型焊劑由原料高溫熔融后急冷粉碎而成，組織均勻，性能穩(wěn)定。燒結(jié)型焊劑由原料混合后低溫?zé)Y(jié)制成，成分可控性好。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)可分為酸性、中性和堿性焊劑，不同類型適用于不同材料的焊接。第五章：焊縫金屬的形成焊條加熱與熔化電弧熱使焊條端部溫度迅速升高至2000℃以上，芯線和藥皮依次熔化形成熔滴。熔滴大小和脫離頻率受電流、電壓等參數(shù)影響。熔滴過渡熔滴在電弧力、表面張力、重力等作用下從焊條端部脫離并轉(zhuǎn)移至母材表面。過渡方式包括短路過渡、橋接過渡和射滴過渡等多種形式。熔池形成熔滴與熔化的母材混合形成熔池，內(nèi)部存在復(fù)雜的流動(dòng)和傳熱現(xiàn)象。熔池形狀和大小由熱輸入量、焊接速度和材料熱物理性能決定。凝固與相變?nèi)鄢乩鋮s至液相線溫度以下開始凝固，從固液界面向中心生長(zhǎng)柱狀晶，完成后可能發(fā)生固態(tài)相變，最終形成焊縫金屬特有的組織結(jié)構(gòu)。藥皮的熔化與過渡1初始熔化階段電弧啟動(dòng)后，藥皮在高溫作用下開始分解和熔化。不同成分的熔化溫度和速度不同，通常低熔點(diǎn)組分如堿金屬和堿土金屬化合物首先熔化，形成初始熔渣層。2氣體釋放階段藥皮中的碳酸鹽、有機(jī)物等在高溫下分解釋放CO2、CO等氣體，形成氣體保護(hù)層。纖維素型焊條在這一階段產(chǎn)生大量氣體，有利于增強(qiáng)電弧穿透力。3熔渣形成階段藥皮完全熔化形成液態(tài)熔渣，包裹在熔滴表面或獨(dú)立滴落到熔池。熔渣與熔融金屬進(jìn)行物質(zhì)交換，實(shí)現(xiàn)脫氧、脫硫等冶金處理。4熔渣凝固階段熔渣在熔池表面冷卻凝固，形成保護(hù)層阻隔空氣。凝固后的熔渣應(yīng)具有適當(dāng)?shù)呐蛎浵禂?shù)和良好的剝離性，便于焊后清理。母材的熔化與熔池形成電弧熱輸入(kJ/cm)熔深(mm)熔寬(mm)母材在電弧熱作用下逐漸熔化，與熔滴混合形成熔池。熔池的特征包括幾何尺寸（長(zhǎng)度、寬度、深度）、溫度分布和流動(dòng)狀態(tài)。熔池內(nèi)部存在復(fù)雜的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，包括表面張力對(duì)流、浮力對(duì)流和電磁力對(duì)流等，這些對(duì)流促進(jìn)了熔池內(nèi)部的傳熱和均勻化。焊縫金屬的熔合比20%低熔合比焊絲熔化量占主導(dǎo)50%中等熔合比常見于多數(shù)焊接工藝80%高熔合比母材熔化量占主導(dǎo)熔合比是指熔化的母材在焊縫金屬中所占的百分比。影響熔合比的因素包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲送進(jìn)速度、坡口形式以及焊接方法等。熔合比直接影響焊縫金屬的化學(xué)成分和機(jī)械性能。高熔合比時(shí)，焊縫成分更接近母材；低熔合比時(shí)，焊縫成分主要由焊材決定。在高合金材料和異種材料焊接中，合理控制熔合比尤為重要。第六章：焊接接頭的組織與性能焊接熔池一次結(jié)晶熔池冷卻至液相線溫度以下，從固液相界面開始形成結(jié)晶核心，并向熔池中心生長(zhǎng)。晶粒一般呈柱狀晶形態(tài)，生長(zhǎng)方向與熱流方向垂直。結(jié)晶過程中可能產(chǎn)生偏析、氣孔等缺陷。焊縫金屬的固態(tài)相變結(jié)晶完成后，隨著溫度進(jìn)一步下降，焊縫金屬可能發(fā)生多次固態(tài)相變。如碳鋼焊縫冷卻時(shí)的奧氏體→鐵素體+珠光體轉(zhuǎn)變。相變類型和產(chǎn)物受化學(xué)成分和冷卻速率影響。熱影響區(qū)的組織變化熱影響區(qū)在焊接熱循環(huán)作用下，經(jīng)歷不同程度的組織轉(zhuǎn)變。根據(jù)最高溫度可分為過熱區(qū)、正?；瘏^(qū)、不完全相變區(qū)和回火區(qū)，各區(qū)有不同的組織特征。焊接接頭性能形成焊接接頭的最終性能是由焊縫金屬、熱影響區(qū)和母材三部分綜合決定的。通常熱影響區(qū)是性能的薄弱環(huán)節(jié)，容易成為失效源?？刂茻彷斎牒秃侠淼暮鬅崽幚砜筛纳平宇^性能。焊接熔合區(qū)熔合區(qū)的定義與位置熔合區(qū)是焊縫金屬與母材之間的過渡區(qū)域，寬度通常在幾十到幾百微米之間。這一區(qū)域同時(shí)具有焊縫和母材的特征，是焊接接頭中最為復(fù)雜的部位之一。熔合區(qū)的存在是焊接接頭區(qū)別于其他連接方式的重要特征，也是評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一。良好的熔合區(qū)應(yīng)具有平滑的過渡和足夠的強(qiáng)度。熔合區(qū)的組織結(jié)構(gòu)熔合區(qū)的組織結(jié)構(gòu)受到多種因素影響，主要包括焊接熱輸入量、母材和焊材的化學(xué)成分、冷卻速度等。典型的熔合區(qū)可能出現(xiàn)部分熔化現(xiàn)象，形成特殊的組織形態(tài)。在高合金鋼焊接中，熔合區(qū)可能出現(xiàn)成分偏析、脆性相析出等問題。例如，在不銹鋼焊接中，熔合區(qū)容易形成馬氏體組織；在高強(qiáng)鋼焊接中，熔合區(qū)可能存在硬度不連續(xù)現(xiàn)象。焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)最高溫度超過材料的晶粒粗化溫度（1100-1300℃），晶粒明顯長(zhǎng)大，通常具有較高硬度但韌性降低。這一區(qū)域是焊接接頭中最脆弱的部位之一，容易產(chǎn)生裂紋。細(xì)晶區(qū)最高溫度在Ac3至晶粒粗化溫度之間（900-1100℃），經(jīng)歷完全奧氏體化后形成細(xì)小均勻的晶粒。這一區(qū)域組織和性能通常較好，類似于正火處理后的狀態(tài)。不完全相變區(qū)最高溫度在Ac1至Ac3之間（730-900℃），只有部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷卻后形成不均勻的組織，在某些材料中可能導(dǎo)致性能劣化?；鼗饏^(qū)最高溫度低于Ac1（＜730℃），原有組織發(fā)生回火效應(yīng)。在熱處理鋼中，這一區(qū)域可能出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，影響整體強(qiáng)度。影響焊接接頭性能的因素化學(xué)成分碳含量（影響硬度和韌性）合金元素（Mn、Si、Cr、Ni等）有害元素（S、P、H、O、N）微合金元素（Nb、V、Ti等）冶金因素晶粒大小與形態(tài)相組成與分布夾雜物類型與含量偏析與不均勻性殘余奧氏體含量工藝因素?zé)彷斎肓颗c焊接速度預(yù)熱與層間溫度后熱處理制度焊接順序與方法焊道層數(shù)與布置第七章：焊接裂紋熱裂紋熱裂紋形成于焊縫金屬高溫凝固過程中，沿晶界方向延伸，斷口呈氧化色。產(chǎn)生原因主要是凝固收縮應(yīng)力和低熔點(diǎn)雜質(zhì)在晶界偏析所致。常見于高碳鋼、高合金鋼和含硫磷較高的鋼種焊接。晶間熱裂紋液化裂紋篩狀裂紋冷裂紋冷裂紋形成于焊縫冷卻至較低溫度（通常低于200℃）時(shí)，斷口呈現(xiàn)銀白色。主要發(fā)生在熱影響區(qū)，特別是粗晶區(qū)。產(chǎn)生原因?yàn)闅浯?、馬氏體脆性和焊接殘余應(yīng)力共同作用。常見于高強(qiáng)度鋼和厚板焊接。橫向冷裂紋縱向冷裂紋根部裂紋亞顯微裂紋熱裂紋的形成機(jī)理高溫凝固階段晶粒生長(zhǎng)和收縮應(yīng)力積累晶界偏析S、P等低熔點(diǎn)雜質(zhì)在晶界富集塑性降低高溫區(qū)域材料塑性嚴(yán)重不足應(yīng)變集中凝固收縮產(chǎn)生局部應(yīng)變高溫塑性降低理論認(rèn)為，在凝固過程中，存在一個(gè)溫度范圍（脆性溫度區(qū)間BTR），材料在此區(qū)間的塑性極低。如果在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變超過材料的塑性極限，就會(huì)導(dǎo)致熱裂紋。應(yīng)變理論則強(qiáng)調(diào)焊接熔池凝固收縮過程中產(chǎn)生的應(yīng)變是引起熱裂紋的根本原因，而脆性溫度區(qū)間的寬窄決定了材料的熱裂敏感性。冷裂紋的特征與預(yù)防氫的作用擴(kuò)散氫導(dǎo)致材料內(nèi)部氫脆脆性組織馬氏體等高硬度相降低韌性應(yīng)力因素焊接殘余應(yīng)力提供裂紋驅(qū)動(dòng)力預(yù)防措施預(yù)熱、低氫工藝、控制熱輸入冷裂紋主要發(fā)生在碳當(dāng)量較高的材料焊接中，通常在焊接完成后數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天才出現(xiàn)。預(yù)防冷裂紋的關(guān)鍵是控制三個(gè)基本因素：降低擴(kuò)散氫含量（使用低氫焊條、烘干焊材）、避免形成脆性組織（預(yù)熱、控制冷卻速度）以及減小應(yīng)力集中（合理的焊接順序、應(yīng)力釋放熱處理）。對(duì)于高強(qiáng)鋼等易裂材料，必須嚴(yán)格控制工藝參數(shù)。再熱裂紋和層狀撕裂再熱裂紋再熱裂紋發(fā)生在焊接接頭經(jīng)歷高溫服役或后熱處理過程中，主要沿晶界延伸。形成原因是晶界析出物（如Mo、Nb、V、Cr等碳化物）和殘余應(yīng)力共同作用。多見于Mo-Cr合金鋼和奧氏體不銹鋼，尤其是含Mo、Nb、V等元素的耐熱鋼。層狀撕裂層狀撕裂是在板材厚度方向上沿非金屬夾雜物分布的階梯狀裂紋。主要出現(xiàn)在含有大量非金屬夾雜物（如硫化錳、氧化物等）并且承受厚度方向拉應(yīng)力的鋼板焊接中。典型特征是呈現(xiàn)"階梯狀"斷裂形貌。防止方法防止再熱裂紋：控制合金成分，特別是C、Mo、Cr、V等元素；優(yōu)化熱處理工藝，降低加熱升溫速度；減小焊接殘余應(yīng)力。防止層狀撕裂：選用Z向性能良好的鋼材；改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小厚度方向拉應(yīng)力；采用緩慢冷卻工藝降低氫含量。第八章：焊接方法及設(shè)備焊接電弧是最常用的焊接能源，它是在電極與工件之間持續(xù)放電形成的等離子體通道。電弧溫度高達(dá)6000-7000℃，能有效熔化金屬材料。電弧的基本特性包括高溫、電磁力、壓縮效應(yīng)和定向性等。影響電弧穩(wěn)定性的因素有電極材料、保護(hù)氣體、電流類型和強(qiáng)度等。焊條電弧焊是最基本的手工焊接方法，采用焊條作為電極和填充材料。其特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低，但生產(chǎn)效率較低，質(zhì)量依賴操作者技能。適用于各種鋼材的焊接，特別是現(xiàn)場(chǎng)安裝和修理工作。CO2氣體保護(hù)焊電弧建立焊槍觸發(fā)，電弧在焊絲和工件間建立，CO2氣體通過噴嘴向焊區(qū)噴射，形成保護(hù)氣氛金屬過渡焊絲在電弧熱的作用下熔化，以細(xì)小熔滴形式過渡到工件表面，形成熔池熔池保護(hù)CO2氣體分解產(chǎn)生CO和O，與熔池中的Si、Mn等脫氧劑反應(yīng)生成氧化物熔渣焊縫形成熔池冷卻凝固形成焊縫，表面形成薄層熔渣，焊接電弧隨焊槍移動(dòng)不斷向前推進(jìn)CO2氣體保護(hù)焊設(shè)備主要包括焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、氣體供應(yīng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。工藝特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、焊縫成形好、飛濺較大、操作簡(jiǎn)便。適用于中低碳鋼和低合金鋼的焊接，特別適合自動(dòng)化生產(chǎn)線。常用焊接參數(shù)包括電流180-350A、電壓22-35V、氣體流量15-25L/min。埋弧自動(dòng)焊設(shè)備組成埋弧焊設(shè)備主要包括焊接電源（通常為恒壓特性）、焊頭（含導(dǎo)電嘴、送絲機(jī)構(gòu)和焊劑添加裝置）、行走機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)。根據(jù)自動(dòng)化程度，可分為半自動(dòng)埋弧焊和全自動(dòng)埋弧焊兩類。大功率埋弧焊還可配置多絲焊接系統(tǒng)，提高沉積率。工作原理埋弧焊的電弧完全燃燒在顆粒狀焊劑層下，焊絲和工件在高溫電弧作用下熔化，與部分熔化的焊劑形成熔池。電弧熱使焊劑形成空腔，內(nèi)部充滿電弧氣體和金屬蒸氣。焊接過程中，熔融的焊劑與金屬進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，冷卻后在焊縫表面形成易剝離的熔渣層。應(yīng)用范圍埋弧焊主要用于中厚板的平焊和橫焊，適用于壓力容器、管道、船舶、橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、熔深大、焊縫質(zhì)量好、無輻射和飛濺；缺點(diǎn)是設(shè)備笨重、不適合全位置焊接、不易觀察焊接過程。在厚板焊接中，常采用雙面埋弧焊或窄間隙埋弧焊工藝。鎢極氬弧焊（TIG焊）電弧特性非熔化鎢極與工件間的穩(wěn)定電弧，熱量集中，精度高保護(hù)氣體高純氬氣提供惰性保護(hù)，防止鎢極和熔池氧化手工填絲焊絲與電弧分離，可精確控制填充量和焊縫成形工藝控制可精細(xì)調(diào)節(jié)電流、電弧長(zhǎng)度和填充量，適合精密焊接TIG焊設(shè)備主要包括直流或交流電源、鎢極焊槍、氣體供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻裝置等。工藝參數(shù)包括焊接電流（30-300A）、電弧電壓（10-15V）、氣體流量（8-15L/min）、鎢極尺寸（Φ1.6-4.0mm）和焊接速度等。TIG焊適用于有色金屬、不銹鋼、高合金鋼和難焊金屬的焊接，特別是對(duì)焊縫質(zhì)量要求高的場(chǎng)合，如航空航天、核工業(yè)和精密儀器制造等領(lǐng)域。等離子弧焊等離子弧特性等離子弧是通過縮小噴嘴壓縮的高溫電離氣體柱，溫度可達(dá)15000-20000℃，能量密度比普通電弧高5-10倍。等離子弧具有穿透能力強(qiáng)、電弧剛性好和熱效率高等特點(diǎn)。根據(jù)電流大小可分為微等離子弧焊（0.1-15A）、中等離子弧焊（15-100A）和關(guān)鍵孔等離子弧焊（100-300A）。設(shè)備構(gòu)成等離子弧焊設(shè)備主要包括直流電源（通常為恒流特性）、等離子焊槍、氣體控制系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。焊槍結(jié)構(gòu)比TIG焊復(fù)雜，包含內(nèi)電極（鎢極）、縮流噴嘴、外噴嘴和冷卻水套等部件。工作氣體分為等離子氣體和保護(hù)氣體兩部分，前者用于形成等離子弧，后者用于保護(hù)熔池。應(yīng)用領(lǐng)域等離子弧焊適用于不銹鋼、鈦合金、鎳基合金等材料的精密焊接，廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、精密儀器和電子工業(yè)等領(lǐng)域。關(guān)鍵孔等離子弧焊可實(shí)現(xiàn)中厚板的單面焊雙面成形，大大提高生產(chǎn)效率。微等離子弧焊可焊接0.1mm以下的超薄材料，填補(bǔ)了其他焊接方法的空白。電阻焊點(diǎn)焊點(diǎn)焊是在搭接工件間施加壓力并通入大電流，利用接觸電阻產(chǎn)生的焦耳熱使接觸面局部熔化并凝固形成焊點(diǎn)。設(shè)備包括焊接變壓器、電極系統(tǒng)和壓力裝置。工藝參數(shù)包括焊接電流（5-15kA）、加壓力（1-5kN）、焊接時(shí)間（0.1-0.5s）和保壓時(shí)間等。廣泛用于汽車制造、家電行業(yè)和金屬容器生產(chǎn)?？p焊縫焊采用輪盤狀電極，在連續(xù)或間歇通電下沿焊縫移動(dòng)，形成連續(xù)或間斷的焊縫。設(shè)備結(jié)構(gòu)與點(diǎn)焊相似，但電極為銅合金輪盤?？p焊可實(shí)現(xiàn)氣密性連接，主要用于金屬薄板容器、汽車油箱、散熱器等的制造。縫焊分為連續(xù)縫焊、間歇縫焊和滾焊三種基本類型。對(duì)焊對(duì)焊是將兩工件端面對(duì)齊，施加壓力并通入電流，利用接觸電阻熱和塑性變形實(shí)現(xiàn)連接。分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊兩種。閃光對(duì)焊先產(chǎn)生閃光預(yù)熱端面，然后快速加壓完成焊接。主要用于鋼筋、鋼管、軌道和金屬絲材的對(duì)接。對(duì)焊的特點(diǎn)是接頭強(qiáng)度高、無需填充材料、適合異種金屬焊接。高能束焊接參數(shù)激光焊電子束焊能量密度10?-10?W/cm210?-10?W/cm2工作環(huán)境大氣或保護(hù)氣體真空焦點(diǎn)尺寸0.1-0.5mm0.05-0.5mm穿透能力中等（≤20mm）強(qiáng)（≤300mm）適用材料幾乎所有金屬幾乎所有金屬設(shè)備投資高很高激光焊接利用高能激光束加熱金屬至熔點(diǎn)或蒸發(fā)點(diǎn)，形成特殊的"鑰匙孔"效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)深熔焊接。主要激光源包括CO?激光器、Nd:YAG激光器和光纖激光器。特點(diǎn)是熱影響區(qū)小、變形小、焊接速度快、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。廣泛應(yīng)用于汽車、電子、航空等領(lǐng)域。電子束焊接利用高速電子束轟擊工件產(chǎn)生熱量，在真空環(huán)境下工作。優(yōu)點(diǎn)是能量密度極高、穿透能力強(qiáng)、焊縫質(zhì)量好；缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜昂貴、需要真空環(huán)境。主要用于航空航天、核工業(yè)等高精密領(lǐng)域。第九章：金屬焊接性及其評(píng)定焊接性的定義焊接性是指金屬材料在特定焊接條件下，形成符合要求的焊接接頭的難易程度。廣義的焊接性包括工藝性、服役性和結(jié)構(gòu)適應(yīng)性三個(gè)方面。工藝性：指材料能否采用特定焊接工藝順利完成焊接，不產(chǎn)生裂紋等缺陷服役性：指焊接接頭能否滿足使用條件下的強(qiáng)度、韌性等性能要求結(jié)構(gòu)適應(yīng)性：指材料在特定結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)下的焊接適應(yīng)能力評(píng)定方法焊接性評(píng)定方法主要包括理論計(jì)算法和實(shí)驗(yàn)評(píng)定法兩大類。理論計(jì)算法：通過碳當(dāng)量公式、裂紋敏感性指數(shù)等計(jì)算材料焊接性實(shí)驗(yàn)評(píng)定法：工藝性試驗(yàn)：Y型槽試驗(yàn)、CTS試驗(yàn)、Tekken試驗(yàn)等服役性試驗(yàn)：力學(xué)性能試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)、高溫性能試驗(yàn)等特殊性能試驗(yàn)：疲勞試驗(yàn)、斷裂韌性試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)等裂紋敏感性評(píng)價(jià)熱裂紋試驗(yàn)評(píng)估材料在焊接高溫階段產(chǎn)生熱裂紋的傾向。常用的試驗(yàn)方法包括Varestraint試驗(yàn)、Transvarestraint試驗(yàn)和PVR熱裂紋試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)通過在焊接過程中施加外部變形，測(cè)量裂紋長(zhǎng)度和數(shù)量來評(píng)價(jià)材料的熱裂敏感性。冷裂紋試驗(yàn)評(píng)估材料在焊接低溫階段產(chǎn)生冷裂紋的傾向。主要包括剛性約束型試驗(yàn)（如Y型槽試驗(yàn)、CTS試驗(yàn)、Tekken試驗(yàn)）和自約束型試驗(yàn)（如窗口試驗(yàn)、十字試驗(yàn)）。這些試驗(yàn)通過不同的約束條件和焊接工藝，觀察是否產(chǎn)生裂紋來評(píng)價(jià)材料的冷裂敏感性。再熱裂紋試驗(yàn)評(píng)估材料在熱處理或高溫服役過程中產(chǎn)生再熱裂紋的傾向。常用的試驗(yàn)方法有應(yīng)變時(shí)效開裂試驗(yàn)、恒載荷試驗(yàn)和C型環(huán)試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)?zāi)M焊后熱處理或高溫服役條件，觀察裂紋產(chǎn)生的情況。層狀撕裂試驗(yàn)評(píng)估鋼板在厚度方向受拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生層狀撕裂的傾向。主要包括Z向拉伸試驗(yàn)、十字接頭拉伸試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)通過測(cè)量鋼板厚度方向的塑性變形能力和斷面收縮率來評(píng)價(jià)材料的層狀撕裂敏感性。焊接工藝評(píng)定評(píng)定目的焊接工藝評(píng)定是通過標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證焊接工藝規(guī)程的有效性，確認(rèn)在特定條件下能夠獲得滿足要求的焊接接頭。評(píng)定成功后，得到的數(shù)據(jù)和結(jié)論可作為制定正式焊接工藝規(guī)程的依據(jù)，保證焊接生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性。評(píng)定內(nèi)容焊接工藝評(píng)定的主要內(nèi)容包括焊接方法、母材規(guī)格、焊接材料、焊接參數(shù)、熱處理制度等工藝要素的適用性驗(yàn)證。評(píng)定過程需要記錄詳細(xì)的工藝參數(shù)，并對(duì)焊接接頭進(jìn)行全面的檢驗(yàn)和試驗(yàn)。評(píng)定程序標(biāo)準(zhǔn)的焊接工藝評(píng)定程序包括：編制初步焊接工藝規(guī)程（p）→制備評(píng)定試板→焊接試板→無損檢測(cè)→取樣和試驗(yàn)→數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)→編制焊接工藝評(píng)定報(bào)告（WPQR）→制定焊接工藝規(guī)程（）。整個(gè)過程需嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范執(zhí)行。焊接工藝規(guī)程編制原則符合性：滿足設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范適用性：適合特定焊接對(duì)象和生產(chǎn)條件可行性：工藝參數(shù)合理，操作可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性：工藝路線優(yōu)化，提高效率安全性：符合安全生產(chǎn)和環(huán)保要求主要內(nèi)容基本信息：工件名稱、圖號(hào)、材料等焊接方法：手工電弧焊、氣保焊等接頭形式：對(duì)接、T型接、角接等坡口尺寸：坡口角度、鈍邊、間隙等焊接材料：焊條、焊絲、保護(hù)氣體等焊接參數(shù)：電流、電壓、焊接速度等焊接順序：焊道布置、焊接方向等熱處理制度：預(yù)熱、層間溫度等規(guī)程類型初步焊接工藝規(guī)程（p）焊接工藝評(píng)定報(bào)告（WPQR）焊接工藝規(guī)程（）標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程（S）專用焊接工藝規(guī)程焊接作業(yè)指導(dǎo)書第十章：合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接低合金鋼焊接低合金鋼含有一定量的合金元素（Cr、Ni、Mn、Mo等），總含量通常不超過5%。焊接性優(yōu)于中碳鋼，但劣于低碳鋼。主要問題是硬化傾向和冷裂紋敏感性。焊接時(shí)應(yīng)注意預(yù)熱（100-200℃）、控制熱輸入量、使用低氫焊接材料和必要的后熱處理。中碳鋼焊接中碳鋼（C含量0.25-0.60%）焊接性較差，熱影響區(qū)易形成馬氏體組織，冷裂紋敏感性高。焊接要點(diǎn)包括充分預(yù)熱（150-250℃）、嚴(yán)格控制層間溫度、使用低氫焊接工藝和焊后緩冷。為改善接頭塑韌性，通常需進(jìn)行焊后回火處理。焊接接頭性能合金結(jié)構(gòu)鋼焊接接頭的性能主要取決于熱影響區(qū)的組織狀態(tài)。過硬的熱影響區(qū)會(huì)降低接頭的韌性和抗裂性能。通過合理的焊接工藝和熱處理，可以獲得接近母材性能的焊接接頭。質(zhì)量評(píng)定通常包括硬度測(cè)試、拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)等。高強(qiáng)鋼的焊接抗拉強(qiáng)度(MPa)碳當(dāng)量(%)高強(qiáng)鋼指屈服強(qiáng)度在420MPa以上的鋼種，包括調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼、熱機(jī)械處理高強(qiáng)鋼和析出硬化高強(qiáng)鋼等。這類鋼材焊接性的主要問題是冷裂紋敏感性高、熱影響區(qū)軟化現(xiàn)象和焊縫金屬?gòu)?qiáng)韌性配匹難度大。焊接時(shí)應(yīng)采取嚴(yán)格的低氫工藝，包括預(yù)熱（150-250℃）、控制層間溫度、使用低氫焊材和實(shí)施后熱處理。耐熱鋼的焊接1焊接材料選擇耐熱鋼焊接材料應(yīng)具有與母材相近的化學(xué)成分和高溫性能。常用的焊材包括E5015/E5018低合金鋼焊條、09CrCuSb/12Cr1MoVG焊絲等。對(duì)于采用固溶強(qiáng)化的耐熱鋼，焊材成分應(yīng)略高于母材；對(duì)于析出強(qiáng)化型耐熱鋼，焊材中碳和合金元素含量應(yīng)適當(dāng)控制，以保證焊后熱處理效果。2焊接工藝控制耐熱鋼焊接應(yīng)采用小線能量焊接，控制熱輸入量和層間溫度，減小熱影響區(qū)寬度。預(yù)熱溫度通常為200-350℃，層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度。對(duì)于含Cr較高的耐熱鋼，應(yīng)注意防止冷卻過慢導(dǎo)致的475℃脆化。焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格控制焊道錯(cuò)位，避免應(yīng)力集中。3熱處理要求耐熱鋼焊接后必須進(jìn)行熱處理，以消除焊接應(yīng)力、穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)并獲得良好的高溫性能。常用的熱處理制度包括：應(yīng)力消除退火（580-620℃），正火+回火（920-960℃+650-720℃），以及固溶處理+時(shí)效（1050-1100℃+700-750℃）。熱處理參數(shù)應(yīng)根據(jù)鋼種特點(diǎn)和使用條件確定。第十一章：不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼（如304、316L等）具有良好的耐腐蝕性和成形性，焊接性相對(duì)較好。主要問題包括晶間腐蝕敏感性、熱裂紋傾向和高溫變形。焊接要點(diǎn)：控制熱輸入，采用小線能量焊接選用δ鐵素體含量3-10%的焊材避免預(yù)熱，控制層間溫度≤150℃采用背保護(hù)和多道多層焊接技術(shù)焊后進(jìn)行鈍化處理提高耐腐蝕性鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼（如430、446等）具有良好的耐氧化性和抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。焊接性存在的主要問題是晶粒粗大和韌性下降。焊接要點(diǎn)：預(yù)熱150-200℃，減緩冷卻速度嚴(yán)格控制熱輸入，減小熱影響區(qū)寬度選用鐵素體-奧氏體雙相焊材避免厚板多層焊，防止475℃脆化焊后可進(jìn)行700-750℃應(yīng)力消除退火雙相不銹鋼焊接相平衡控制雙相不銹鋼（如2205、2507等）含有大約等量的鐵素體和奧氏體兩相，焊接過程中最關(guān)鍵的問題是保持適當(dāng)?shù)南啾壤ɡ硐霠顟B(tài)為40-60%奧氏體）。焊接熱循環(huán)可能導(dǎo)致鐵素體含量過高，降低韌性和耐腐蝕性。合金元素控制焊接材料應(yīng)含有適量的奧氏體穩(wěn)定元素（如Ni、N），以補(bǔ)償焊接過程中的損失。焊縫金屬的PRE值（點(diǎn)蝕當(dāng)量）應(yīng)不低于母材，特別是在超級(jí)雙相不銹鋼（如2507）焊接中更為重要。熱輸入控制雙相不銹鋼焊接需控制熱輸入在0.5-2.0kJ/mm范圍內(nèi)。過低的熱輸入導(dǎo)致冷卻過快，奧氏體形成不足；過高的熱輸入則可能導(dǎo)致χ相、σ相等有害相析出，造成韌性和耐腐蝕性下降。保護(hù)和后處理焊接時(shí)應(yīng)采用氣體保護(hù)和背面保護(hù)，防止氧化和氮化。焊后可進(jìn)行1020-1080℃的短時(shí)固溶處理，恢復(fù)相平衡和性能。對(duì)于低溫服役的結(jié)構(gòu)，可考慮焊后進(jìn)行250-350℃短時(shí)時(shí)效處理，提高強(qiáng)度。4馬氏體不銹鋼焊接1預(yù)熱處理控制焊前和焊接過程中的溫度焊接過程嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)后熱處理焊后實(shí)施回火或淬火+回火馬氏體不銹鋼（如410、420等）焊接性較差，主要問題是焊接冷裂紋傾向高和熱影響區(qū)硬化嚴(yán)重。預(yù)熱和后熱處理是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。預(yù)熱溫度通常為200-300℃，目的是減緩冷卻速度，降低馬氏體硬度和殘余應(yīng)力。對(duì)于高碳馬氏體不銹鋼（C>0.15%），預(yù)熱溫度可提高到300-350℃。焊接材料選擇有兩種策略：一是使用同類型馬氏體不銹鋼焊材，配合適當(dāng)?shù)臒崽幚?；二是使用奧氏體不銹鋼焊材，獲得韌性較好的異種接頭。焊后熱處理通常采用650-760℃的回火處理，或者重新淬火+回火處理，以獲得均勻的組織和性能。第十二章：有色金屬的焊接鋁及鋁合金焊接鋁合金焊接的主要難點(diǎn)是導(dǎo)熱性好、氧化膜穩(wěn)定、熱裂敏感性高和熱影響區(qū)軟化。常用的焊接方法包括TIG焊、MIG焊和攪拌摩擦焊。焊接時(shí)應(yīng)注意徹底清除氧化膜、選用合適的焊絲（含硅、鎂等）、使用高純氬氣保護(hù)和控制預(yù)熱溫度（通常不超過120℃）。銅及銅合金焊接銅及銅合金焊接的主要特點(diǎn)是導(dǎo)熱性極好、熱膨脹系數(shù)大和高溫強(qiáng)度低。焊接方法主要包括氣焊、TIG焊、MIG焊和電阻焊。焊接要點(diǎn)包括使用大功率熱源、采用足夠的預(yù)熱（200-400℃）、選用含脫氧元素的焊絲和實(shí)施緩慢冷卻。純銅焊接最為困難，黃銅和青銅相對(duì)較易。鎂及鎂合金焊接鎂合金焊接的難點(diǎn)是熔點(diǎn)低、氧化傾向強(qiáng)和熱裂紋敏感性高。主要采用TIG焊和MIG焊。焊接時(shí)需要嚴(yán)格的氣體保護(hù)（氦氣或氬氣+氦氣混合氣），使用含有鋯、釷的鎢極，保持較短的電弧，焊前徹底清理表面，并控制在較高的焊接速度。鎂合金電阻焊也具有良好的效果。鎳及鎳合金焊接焊接特點(diǎn)鎳及鎳合金具有良好的耐腐蝕性和高溫性能，廣泛用于化工和航空領(lǐng)域。焊接特點(diǎn)包括：熱導(dǎo)率低于鋼但高于不銹鋼，熔池流動(dòng)性差，合金元素?zé)龘p顯著，熱裂紋和應(yīng)力腐蝕開裂敏感性高。鎳合金還易形成有害金屬間化合物（如Laves相、γ'相等）。常用焊接方法鎳合金主要采用TIG焊、MIG焊、等離子弧焊和電子束焊。TIG焊是最常用的方法，特別適合薄板和精密部件。MIG焊生產(chǎn)效率高，適合厚板。電子束焊和激光焊則用于精密小零件和特種結(jié)構(gòu)。對(duì)于純鎳和部分鎳銅合金，也可采用埋弧焊和電渣焊。工藝控制重點(diǎn)鎳合金焊接的關(guān)鍵控制點(diǎn)包括：徹底清除表面污染物（油、硫、氯等），采用低熱輸入多道焊，嚴(yán)格控制層間溫度不超過100℃，焊接過程中避免擺動(dòng)和停頓，焊后避免敏化溫度區(qū)間（540-760℃）長(zhǎng)時(shí)間停留。高溫服役的鎳基合金焊接后通常需要固溶處理或時(shí)效處理。鈦及鈦合金焊接鈦及鈦合金焊接最大的難點(diǎn)是高溫下極易與氧、氮、氫等氣體反應(yīng)，形成硬脆相導(dǎo)致接頭性能下降。因此，保護(hù)氣體的選擇和控制是鈦焊接的關(guān)鍵。通常使用高純氬氣（純度≥99.995%）作為保護(hù)氣體，焊接區(qū)域、焊縫背面和冷卻中的焊縫都需要全面保護(hù)，直至溫度降至400℃以下。鈦合金焊接主要采用TIG焊、MIG焊、等離子弧焊和電子束焊。工藝參數(shù)控制方面，需要注意使用低于標(biāo)準(zhǔn)電流的參數(shù)、保持較短電弧、避免電弧擺動(dòng)和控制線能量在合適范圍內(nèi)（0.5-1.5kJ/mm）。焊接前的清理和焊后的保護(hù)冷卻同樣重要，焊后盡量進(jìn)行應(yīng)力消除退火處理（540-650℃）。第十三章：鑄鐵的焊接鑄鐵類型碳含量(%)石墨形態(tài)焊接難點(diǎn)推薦焊接方法灰鑄鐵3.0-3.7片狀石墨白口化、裂紋冷焊法、銅焊球墨鑄鐵3.4-3.8球狀石墨球化衰退、硬化鎳基焊條焊接可鍛鑄鐵2.2-2.8團(tuán)絮狀石墨易硬化預(yù)熱熱焊法蠕墨鑄鐵3.4-3.8蠕蟲狀石墨蠕化衰退鎳基焊條、銅焊鑄鐵焊接的主要特點(diǎn)是高碳含量導(dǎo)致的焊接冷裂紋傾向和熔池白口化現(xiàn)象。鑄鐵焊接方法主要分為冷焊法和熱焊法兩大類。冷焊法不使用或僅使用低溫預(yù)熱，采用鎳基或鎳銅合金焊條，焊后自然冷卻。熱焊法采用高溫預(yù)熱（600-650℃），使用鑄鐵焊條或鋼焊條，焊后緩慢冷卻。各種方法有不同的適用范圍和特點(diǎn)。鑄鐵的焊前預(yù)熱200℃冷焊預(yù)熱溫度用于小型鑄件修復(fù)400℃半熱焊預(yù)熱溫度用于中型灰鑄鐵件650℃熱焊預(yù)熱溫度用于大型復(fù)雜鑄件鑄鐵焊前預(yù)熱的主要目的是降低焊接殘余應(yīng)力、減少白口化傾向和防止裂紋產(chǎn)生。預(yù)熱溫度的選擇取決于鑄鐵類型、化學(xué)成分、鑄件尺寸、缺陷性質(zhì)和焊接方法。對(duì)于大型復(fù)雜鑄件，尤其是重要受力部位的修復(fù)，通常采用600-650℃的高溫預(yù)熱；對(duì)于小型簡(jiǎn)單鑄件或非關(guān)鍵部位，可采用200-300℃的低溫預(yù)熱或無預(yù)熱工藝。預(yù)熱方法包括電阻加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱和熱風(fēng)加熱等。大型鑄件通常采用火焰加熱或電阻加熱；小型鑄件則多采用電爐或熱風(fēng)加熱。預(yù)熱過程應(yīng)緩慢均勻，避免局部過熱或溫度梯度過大導(dǎo)致的熱應(yīng)力。預(yù)熱溫度的測(cè)量通常使用接觸式溫度計(jì)或紅外測(cè)溫儀進(jìn)行。鑄鐵的焊后處理緩慢冷卻焊后使用保溫材料覆蓋，延緩散熱速度1應(yīng)力消除退火500-550℃保溫1-2小時(shí)后爐冷機(jī)械加工去除焊縫過盈和表面缺陷質(zhì)量檢驗(yàn)硬度測(cè)試、無損檢測(cè)確認(rèn)質(zhì)量鑄鐵焊接后的緩冷措施是防止裂紋的關(guān)鍵步驟。對(duì)于熱焊法，焊后應(yīng)將鑄件與預(yù)熱爐一起緩慢冷卻，冷卻速度控制在50-100℃/小時(shí)；對(duì)于冷焊法，雖然不需要特別緩慢的冷卻，但也應(yīng)避免強(qiáng)制冷卻或冷風(fēng)吹襲，可用石棉布或其他隔熱材料包裹焊區(qū)，使其自然冷卻。應(yīng)力消除是改善鑄鐵焊接接頭性能的重要措施。通常采用500-550℃的低溫退火，保溫1-2小時(shí)后隨爐冷卻。對(duì)于球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵，有時(shí)需要進(jìn)行正火或回火處理，以恢復(fù)材料的韌性和塑性。焊后處理的選擇應(yīng)考慮鑄件的使用要求、尺寸大小和經(jīng)濟(jì)因素。第十四章：焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1材料選擇根據(jù)使用條件和性能要求選擇合適的材料，考慮焊接性、強(qiáng)度、耐腐蝕性和成本等因素。優(yōu)先選擇焊接性良好的材料，如低碳鋼、低合金鋼和部分不銹鋼等。對(duì)于特殊應(yīng)用場(chǎng)合，可考慮復(fù)合材料或涂層技術(shù)。2接頭設(shè)計(jì)合理選擇焊接接頭類型，如對(duì)接、搭接、T型接、角接等。接頭設(shè)計(jì)應(yīng)考慮受力情況、工藝可行性和檢測(cè)便利性。避免多條焊縫交叉和應(yīng)力集中點(diǎn)。坡口設(shè)計(jì)要便于焊接操作和確保焊縫質(zhì)量。3尺寸計(jì)算根據(jù)載荷條件和材料性能計(jì)算焊縫尺寸和數(shù)量。對(duì)于靜載荷結(jié)構(gòu)，主要考慮強(qiáng)度要求；對(duì)于動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)，還需考慮疲勞壽命。通常設(shè)置一定的安全系數(shù)，并考慮焊縫缺陷和環(huán)境因素的影響。4結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過優(yōu)化設(shè)計(jì)減小焊接變形和應(yīng)力，增加結(jié)構(gòu)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。采用對(duì)稱布置、減少焊縫總長(zhǎng)度、優(yōu)化焊接順序等措施。必要時(shí)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助分析和仿真技術(shù)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案。焊接變形控制變形產(chǎn)生原因焊接變形的根本原因是焊接熱循環(huán)導(dǎo)致的不均勻膨脹和收縮。具體包括焊縫金屬和熱影響區(qū)的凝固收縮、固態(tài)收縮以及組織轉(zhuǎn)變引起的體積變化。變形的形式主要有橫