《金属焊接技术》课件

金属焊接技术欢迎学习金属焊接技术课程焊接是现代工业生产中不可或缺的连接工艺，广泛应用于机械制造、建筑、船舶、航空航天等领域本课程将系统介绍各种焊接方法的原理、设备、工艺参数以及操作技巧，帮助您掌握焊接技术的理论基础和实践应用通过本课程的学习，您将了解从传统焊接到现代高科技焊接的全面知识体系，为您今后在工程实践中应用焊接技术奠定坚实基础希望这门课程能够激发您对焊接技术的兴趣，培养您的专业技能课程概述课程目标主要内容12通过系统学习焊接的基本原理本课程涵盖焊接基础知识、电和各种焊接工艺，培养学生掌弧焊、电阻焊、气焊与气割、握焊接技术的理论知识和实践特种焊接方法、焊接冶金、焊能力使学生能够独立分析焊接应力与变形、焊接工艺设计接问题，合理选择焊接方法，、焊接质量控制、焊接自动化正确设计焊接工艺参数，确保、特殊材料的焊接、焊接安全焊接质量达到工程要求与防护等内容学习方法3理论与实践相结合，通过课堂讲授、实验操作、案例分析等多种方式进行学习鼓励学生主动思考，积极参与实践环节，加深对焊接原理和工艺的理解同时，注重培养学生的安全意识和质量意识第一章焊接基础知识焊接的定义焊接是利用热能、压力或两者的结合，使工件材料在分子层面上产生永久性连接的工艺过程焊接时，材料在局部熔化或塑性变形状态下，通过原子间的相互作用力形成牢固的冶金结合焊接的重要性焊接是现代工业中最重要的连接方法之一，它可以实现不同形状、尺寸和材料的部件连接，形成具有整体性能的结构，为工业制造提供了灵活多样的设计方案焊接技术的发展直接影响着工业制造水平的进步焊接在工业中的应用焊接广泛应用于机械制造、造船、汽车、航空航天、铁路、桥梁、压力容器、管道等领域随着新材料、新技术的不断涌现，焊接技术的应用范围不断扩大，应用水平不断提高焊接的分类熔焊通过热源使接头处材料熔化形成连接1压焊2主要依靠压力或压力与热的结合形成连接钎焊3使用熔点低于母材的填充金属实现连接焊接方法根据连接形成机理的不同可分为三大类熔焊是最常见的焊接方式，包括电弧焊、气焊、激光焊接等，它通过热源使金属熔化并冷却凝固形成牢固连接压焊主要利用压力或压力与热的结合，使金属在固态或半熔状态下连接，如电阻焊、摩擦焊等钎焊则是利用熔点低于母材的填充金属（钎料）熔化后，通过毛细作用力和金属间原子扩散作用形成连接，母材本身不熔化不同的焊接方法适用于不同的工程场景和材料特性焊接接头的类型对接接头搭接接头型接头角接接头T两个工件在同一平面内端部两个工件部分重叠并在重叠一个工件垂直于另一个工件两个工件成一定角度（通常相互对齐进行焊接对接接部分进行焊接搭接接头焊表面形成形状进行焊接为）相接并在角部焊接T T90°头受力均匀，强度高，但对前准备简单，定位容易，但型接头结构简单，刚性好，角接接头结构紧凑，但易产焊前准备工作量大，需要精会增加结构重量，且搭接部但焊缝应力分布不均广泛生角变形常用于箱体、容确切割和对准广泛应用于分可能产生缝隙腐蚀常用应用于框架结构、加强筋等器等结构的连接，需要特别需要承受较大载荷的结构，于薄板结构焊接部位的连接注意焊接变形的控制如压力容器、管道等焊接材料母材焊条指需要进行焊接的工件材料母材的化学手工电弧焊中使用的填充材料，由焊芯和成分、物理性能和力学性能对焊接工艺参药皮组成焊芯提供填充金属，药皮在电数的选择和焊接质量有决定性影响常见弧作用下熔化形成保护气体和熔渣，防止的母材包括碳钢、低合金钢、不锈钢、铝焊缝金属被氧化焊条规格通常用直径表12合金、钛合金等焊接前需要对母材进行示，如、等

2.5mm

3.2mm正确识别和处理焊剂焊丝43用于保护焊接区域免受大气氧化的粉状或气体保护焊、埋弧焊等焊接方法中使用的颗粒状材料焊剂在高温下熔化形成熔渣填充金属，通常为裸焊丝或药芯焊丝裸，覆盖在熔池表面，隔绝空气，并对熔池焊丝需要外加保护气体或焊剂，药芯焊丝金属进行冶金处理常用于埋弧焊、电渣内部含有药粉，可提供自身保护焊丝直焊等焊接方法径通常为

0.8-

1.6mm焊接热源电弧电阻气体火焰激光电弧是两电极间的持续放电现象利用电流通过工件接触面的电阻通过可燃气体（如乙炔）与氧气利用高能量密度的激光束作为热，能产生高温（约℃）产生焦耳热进行焊接电阻热源混合燃烧产生高温火焰（约源（温度可达℃以上）激6000-700010000熔化金属电弧热源具有能量集温度相对较低（约℃）℃）气体火焰热源设备简光热源能量高度集中，焊接速度1500-20003200中、效率高、易控制等特点，是，加热均匀，热影响区小，适用单，成本低，热量分散，加热均快，热影响区极小，自动化程度最常用的焊接热源，广泛应用于于点焊、缝焊等电阻焊接工艺，匀，适用于小型工件焊接和切割高，适用于精密焊接和难熔金属手工电弧焊、气体保护焊等对薄板焊接效果良好，以及焊前预热和焊后热处理焊接第二章电弧焊电弧焊的原理电弧焊的特点电弧焊利用电极与工件之间产生的电弧作为热源，使接头处电弧焊具有设备简单、操作灵活、适应性强、生产效率高、金属熔化并与填充金属混合，冷却凝固后形成焊缝电弧是成本低等优点，是最广泛应用的焊接方法电弧焊能够焊接一种持续的电气放电现象，它产生的高温可达℃，各种厚度的金属材料，可在各种空间位置进行操作，适用于6000-7000足以熔化各种工程金属材料现场施工和工厂生产电弧放电时，带电粒子在电场力作用下高速运动，与气体分然而，电弧焊也存在一些缺点，如产生强烈的电弧光和大量子碰撞产生大量热能同时，电弧柱中的等离子体也会发出烟尘，对操作者健康有一定影响；焊接质量在很大程度上依强烈的光辐射，释放部分能量这些热能共同作用于焊接区赖于焊工的技术水平；热输入较大，可能导致工件变形和冶域，实现金属的熔化和连接金性能变化手工电弧焊设备工艺参数手工电弧焊的主要设备包括电源、手工电弧焊的主要工艺参数包括焊电缆、焊钳和工件夹焊接电源可接电流、电弧电压和焊接速度焊分为交流电源和直流电源，现代焊接电流的大小直接影响熔深和焊缝接电源多采用逆变技术，具有体积成形，一般根据焊条直径和焊接位小、重量轻、效率高、性能稳定等置选择电弧电压与电弧长度有关优点焊钳用于夹持焊条并传导电，通常由焊工根据实际情况调整流，工件夹则将工件与电源连接，焊接速度则影响单位长度的热输入形成完整的电路量和焊缝冷却速率操作技巧手工电弧焊的基本操作包括引弧、运条和收弧引弧方式有擦击法和敲击法，要求动作迅速准确运条技巧包括直线运条、摆动运条等多种方式，需根据焊接位置和接头形式选择正确的收弧方法是缓慢回退填满弧坑，避免产生收弧裂纹焊工的姿势和视角也是影响焊接质量的重要因素埋弧焊设备埋弧焊设备主要包括焊接电源、送丝系统、焊剂输送系统和行走机构焊接电源通常为恒流特性的直流电源或恒压特性的交原理流电源送丝系统控制焊丝的送进速度，2焊剂输送系统负责向焊前区域均匀撒布焊埋弧焊是在焊丝与母材之间燃烧的电弧被剂并回收未熔化的焊剂颗粒状焊剂完全覆盖的条件下进行的自动1电弧焊焊接时，电弧隐藏在焊剂层下燃应用范围烧，产生的高温使焊丝和母材熔化形成熔池，同时部分焊剂也熔化形成熔渣，覆盖埋弧焊适用于中厚板材的平焊和横焊，广在熔池表面，保护熔池免受空气氧化泛应用于压力容器、管道、船舶、桥梁等3制造领域它具有生产效率高、焊缝质量好、焊接成本低等优点，但受空间位置限制，主要适用于工厂环境下的水平位置焊接气体保护焊焊MIG1熔化极惰性气体保护焊，使用实心焊丝作为电极和填充材料焊TIG2钨极惰性气体保护焊，使用非熔化钨极，可配合送丝系统等离子弧焊3利用压缩电弧形成高温等离子体的先进焊接方法气体保护焊是使用外加保护气体隔绝空气，防止焊接区域被氧化的电弧焊方法保护气体可以是惰性气体（如氩气、氦气），也可以是活性气体（如二氧化碳）或混合气体气体保护焊具有操作简便、适应性强、焊接质量高等特点焊由于其高效率和易于自动化的特点，广泛应用于各种工业生产领域焊因其对母材的热影响小，焊缝质量高，特别适用于薄板和有MIG TIG色金属的焊接等离子弧焊则凭借其高能量密度和深熔特性，在特殊材料焊接和精密焊接中发挥重要作用焊接MIG原理MIG焊Metal InertGas Welding是熔化极惰性气体保护焊的简称，使用连续送进的实心金属焊丝作为电极和填充材料，同时通过焊枪喷嘴送入保护气体保护焊接区域电弧在焊丝端部与工件之间燃烧，焊丝熔化并转移到母材上形成焊缝设备MIG焊设备主要包括焊接电源、送丝系统、气体保护系统和焊枪焊接电源通常为恒压特性直流电源，送丝系统负责均匀稳定地送进焊丝，气体保护系统控制保护气体的流量和稳定性，焊枪则整合了送丝通道、气体通道和电流传导功能工艺参数MIG焊的主要工艺参数包括焊接电流、电弧电压、送丝速度、气体流量和焊接速度这些参数相互关联，共同影响金属过渡方式、熔深、焊缝成形和焊接质量正确的参数设置可实现短路过渡、globular过渡或喷射过渡等不同的金属转移方式，适应不同的焊接需求焊接TIG原理1TIG焊Tungsten InertGas Welding是钨极惰性气体保护焊的简称，使用不熔化的钨电极产生电弧，通过焊枪喷嘴送入惰性气体（通常是氩气）设备保护焊接区域电弧热量使母材熔化形成熔池，必要时可手动或自动送2入填充焊丝TIG焊的电弧稳定，热量集中，焊缝质量高TIG焊设备主要包括焊接电源、焊枪、气体保护系统和水冷系统（大电流焊接时需要）焊接电源可以是直流电源或交流电源，直流适用于大多数金属材料，交流则主要用于铝、镁等易形成氧化膜的材料焊枪内部工艺参数3结构复杂，需精心设计才能实现良好的气体保护效果TIG焊的主要工艺参数包括焊接电流、电弧电压、钨极类型与尺寸、保护气体类型与流量、焊接速度等对于交流TIG焊，还需考虑交流波形、平衡度和频率等参数TIG焊对操作者技术要求较高，需要协调控制电弧长度、填充焊丝添加和焊枪移动，才能获得高质量的焊缝等离子弧焊℃15000极高温度等离子弧温度远高于普通电弧，能快速熔化各种金属

0.5-5mm焊缝宽度范围可实现从细微连接到大型结构的不同需求倍3-5焊接速度提升与传统TIG焊相比，生产效率显著提高

0.1mm焊接精度能够实现极高的精度控制，适用于精密制造等离子弧焊是利用压缩电弧形成高温等离子体进行焊接的方法它通过特殊结构的焊枪，使电弧被限制在小直径的铜喷嘴内，形成高度集中的等离子束流这种焊接方法具有能量密度高、熔透能力强、焊接变形小、焊缝质量好等特点等离子弧焊主要应用于不锈钢、钛合金、镍基合金等特殊材料的精密焊接，以及薄板的高速焊接在航空航天、核工业、电子工业等高精尖领域有广泛应用随着技术的发展，等离子弧焊已成为现代工业中不可或缺的焊接方法之一第三章电阻焊电阻焊是利用电流通过工件接触面的电阻产生焦耳热使金属熔化并形成焊接接头的方法其基本原理是当大电流通过两个压紧的工件接触面时，由于接触面电阻较大，产生的热量集中在接触面上，使接触部位的金属加热到塑性状态或熔化状态，在压力作用下形成冶金结合电阻焊的特点是无需填充金属和保护气体，热量集中，热影响区小，工件变形小，焊接速度快，易于自动化，适合于薄板连接但对工件表面状态要求较高，焊接接头强度相对较低，且只适用于重叠接头电阻焊在汽车制造、家电生产、电子工业等领域有广泛应用点焊原理设备点焊是电阻焊的一种基本形式，它使点焊设备主要包括焊接变压器、电极用两个电极压紧重叠的工件，通过大系统和控制系统焊接变压器提供大电流使接触面产生热量，在压力作用电流低电压的焊接电源，电极系统负下形成局部焊点焊接过程包括施压责传导电流并施加压力，控制系统则、通电、保压和冷却四个阶段施压精确控制焊接电流、通电时间和电极确保良好的接触，通电产生焊接热量压力等参数根据自动化程度的不同，保压阶段在电流关闭后继续施加压，点焊设备可分为手动、半自动和全力以促进焊核凝固，冷却阶段完成接自动三种类型头的最终形成应用点焊广泛应用于汽车车身制造、家用电器生产、金属家具制造等领域它特别适合薄板组件的大批量生产，具有生产效率高、操作简便、成本低等优点在汽车制造中，一辆轿车车身通常含有数千个焊点，点焊是汽车工业不可或缺的连接技术缝焊原理1缝焊是电阻焊的一种连续形式，它使用轮形电极在工件重叠部位产生一系列连续或断续的焊点，形成气密性焊缝焊接时，轮形电极边旋转边施压，工件在电极间匀速移动，通电时产生一系列重叠的焊点或连续的焊缝缝焊的基本原理与点焊相似，但能形成连续的密封焊缝设备2缝焊设备主要由焊接变压器、轮形电极系统、驱动系统和控制系统组成轮形电极通常由铜合金制成，有水冷通道以散热驱动系统控制电极旋转和工件移动控制系统则负责精确控制焊接电流、通电时间、电极压力和焊接速度等参数，并可实现连续通电或脉冲通电模式应用3缝焊主要应用于需要气密性或液密性的容器制造，如汽油箱、散热器、金属罐、不锈钢管等它也用于制造金属网和金属箱体缝焊的优点是可形成连续的密封焊缝，生产效率高，焊缝强度和密封性好但设备复杂，成本较高，且对工件形状有一定限制凸焊原理凸焊是在工件表面预先制作凸点或凸缘，焊接时电流集中通过这些凸起部位，产生的热量使凸点熔化并在压力作用下与另一工件形成焊点这种方法可以使用平板电极同时形成多个焊点，提高生产效率凸点可以通过冲压、模压或机加工等方式形成，其位置和数量根据设计要求确定设备凸焊设备主要包括大容量焊接变压器、平板电极系统和控制系统由于需要同时形成多个焊点，凸焊通常需要较大的焊接电流和较高的电极压力，因此设备的功率和刚性要求较高控制系统需要精确协调电流、时间和压力参数，确保每个凸点均能形成合格的焊接接头应用凸焊广泛应用于汽车零部件、电气开关、继电器外壳、电机定子等的制造它特别适合需要在一个工件上形成多个焊点且不能使用点焊的场合凸焊的优点是效率高、电极寿命长、能同时焊接多个点缺点是需要对工件进行预处理，增加了工艺步骤，且凸点的质量直接影响焊接质量第四章气焊与气割气焊原理气割原理气焊是利用可燃气体（如乙炔、丙烷等）与氧气混合燃烧产气割是利用金属在氧气中的剧烈氧化反应放出大量热量的原生的高温火焰作为热源进行焊接的方法当乙炔与氧气混合理进行切割的方法它首先使用预热火焰将金属加热到其点燃烧时，火焰温度可达约℃，足以熔化大多数工程金属燃温度，然后通入高纯度氧气，使金属迅速氧化并产生大量3200材料热量，同时氧气流将氧化物吹走，形成切口气焊的燃烧过程分为两个区域内焰区和外焰区内焰区温气割主要适用于碳钢和低合金钢的切割对于不锈钢、铝、度最高，是主要的焊接区域；外焰区温度较低，起到保护熔铜等材料，由于它们的氧化物熔点高或氧化热低，常规气割池的作用根据氧气与乙炔的比例不同，可形成中性焰、氧效果不佳，需要使用粉末气割或等离子切割等特殊方法气化焰和还原焰三种类型的火焰，适用于不同材料的焊接割设备简单、成本低、操作灵活，广泛应用于金属材料的初加工气焊设备气瓶减压器焊炬气焊使用的主要气体包括氧气和乙炔（或其他减压器的作用是将气瓶中的高压气体降压到焊焊炬是气焊的核心部件，用于混合氧气和乙炔可燃气体）氧气贮存在蓝色气瓶中，压力为接所需的工作压力，并保持稳定的出口压力并产生稳定的焊接火焰焊炬由焊把、混合室左右；乙炔贮存在红色气瓶中，充装多氧气减压器通常将的气瓶压力降至、焊嘴和控制阀组成混合室内设计有特殊结15MPa15MPa孔物质并浸泡丙酮以安全储存，压力不超过的工作压力；乙炔减压器将构防止回火；焊嘴根据材料厚度和焊接要求有

0.15-

0.5MPa气瓶应立放使用，远离热源，避免左右的气瓶压力降至的不同规格；控制阀可独立调节两种气体的流量

1.5MPa

1.5MPa

0.01-

0.08MPa油脂污染，防止倾倒和碰撞工作压力减压器上通常配有两个压力表，分，控制火焰特性正确的操作和维护对确保焊别指示气瓶压力和出口压力接质量和安全至关重要气焊操作技巧火焰调节气焊的火焰类型对焊接质量有重要影响中性焰（氧乙比为）火焰轮廓清晰，内焰和外焰边界分明，适用于大多数钢材焊接；氧化焰1:1（氧乙比）内焰变短，发出嘶嘶声，适用于铜、锌、黄铜等材料；还原焰（氧乙比）内焰与外焰之间有羽毛状光晕，适用于铝、1:11:1镁、不锈钢等容易氧化的材料焊接姿势气焊时，焊工应保持稳定舒适的姿势，以便长时间精确操作右手（惯用手）持焊炬，左手持焊丝焊炬与工件表面的角度通常保持在，焊丝与工件表面角度约为焊接时，视线应始终保持在焊缝前方，观察熔池的状态和流动情况，及时调整焊炬位置和焊丝60-70°30-40°添加速度焊接方法气焊的基本方法有左焊法和右焊法左焊法是焊炬从左向右移动，焊丝在焊炬前方；右焊法是焊炬从右向左移动，焊丝在焊炬后方左焊法热量利用率高，适合薄板焊接；右焊法预热效果好，适合厚板焊接焊接时应保持均匀的速度和适当的摆动幅度，确保熔池大小稳定，焊缝成形美观气割技术设备操作方法应用范围气割设备与气焊设备类似，主要包括氧气瓶、气割的基本操作步骤包括调节气体、点火、预气割主要应用于中厚碳钢和低合金钢板的切割可燃气体瓶、减压器、软管和割炬气割专用热和切割首先打开预热氧气和可燃气体，调，厚度范围通常为它在造船、桥梁5-300mm割炬与焊炬的主要区别在于割炬中间有一个切节成适当的中性火焰；然后将火焰对准起割点、压力容器、钢结构制造等行业广泛应用气割氧通道，用于向切口送入高纯度氧气割炬，预热金属直至呈现樱桃红色；最后打开切割割设备简单、成本低、操作灵活，特别适合现通常配有多种规格的割嘴，以适应不同厚度材氧气阀，开始切割切割时，割炬应保持垂直场施工和野外作业对于不锈钢、铝合金等材料的切割需求现代气割设备还包括自动跟踪于工件表面，匀速移动，确保切口平直、光滑料，则需要采用其他切割方法现代气割技术系统、数控系统等，提高切割精度和效率不同厚度的材料需要调整不同的预热火焰、已发展出多头自动切割、形状记忆切割、数控切割氧气压力和移动速度切割等先进工艺，大大提高了生产效率和切割质量第五章特种焊接方法特种焊接方法是指采用特殊热源或特殊工艺原理进行金属连接的高技术焊接方法与传统焊接方法相比，特种焊接方法通常具有能量密度高、焊接精度高、热影响区小、变形小、生产效率高等特点，能够解决传统焊接方法难以应对的特殊焊接难题特种焊接技术的发展推动了现代制造业的进步，为航空航天、核能、电子、精密仪器等高科技领域提供了关键的连接技术随着材料科学、能源技术、电子技术和计算机技术的发展，特种焊接技术不断创新，应用范围不断扩大，为各类新材料和复杂结构的连接提供了有效解决方案本章将重点介绍激光焊接、电子束焊接和摩擦焊接三种重要的特种焊接方法激光焊接设备激光焊接设备主要包括激光器、光束传输系统、聚焦系统、工作台和控制系统常用的激光器有激光器、固体激光器和光纤激光器CO2光束传输和聚焦系统将激光能量集中到很小的原理焦点上，产生极高的能量密度焊接过程中通2常需要保护气体（如氦气、氩气）保护熔池免激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源受氧化进行焊接的方法激光束照射到工件表面时，1光能转化为热能，使金属材料迅速熔化并形成应用熔池，冷却凝固后形成焊缝根据能量密度的不同，激光焊接可分为热传导型焊接和深熔型激光焊接广泛应用于汽车、航空航天、电子、焊接两种模式医疗器械等领域它特别适合于精密零部件、3薄壁结构、异种材料的连接，以及狭小空间内的焊接激光焊接具有能量密度高、热输入低、变形小、焊缝质量好、生产效率高、易于自动化等优点，但设备投资大，对工件装配精度要求高电子束焊接能量密度W/cm²焊接深宽比变形程度%电子束焊接是利用高速电子束轰击工件产生的热量进行焊接的方法加速的电子束具有极高的能量密度，可达10⁶-10⁸W/cm²，当电子束撞击金属表面时，动能转化为热能，使金属瞬间熔化并形成特征的小孔效应，实现深熔焊接电子束焊接必须在真空环境中进行，这既是其限制也是优势——真空环境防止了熔池的氧化，确保了焊缝的高质量电子束焊接设备主要包括电子枪、真空室、工作台和控制系统它广泛应用于航空航天、核工业、精密仪器等领域，特别适合高强度材料、耐热合金、活性金属等难焊材料的焊接，以及需要高精度、高质量焊接的场合摩擦焊接传统摩擦焊摩擦搅拌焊线性摩擦焊传统摩擦焊是利用两个工件之间的相对运动摩擦搅拌焊是一种革命性的固态焊接技术，线性摩擦焊是工件做往复直线运动而非旋转产生的摩擦热和塑性变形热进行焊接的方法它使用旋转的非消耗性工具插入工件接缝处运动的摩擦焊变体它适用于非轴对称零件焊接时，一个工件高速旋转，另一个工件并沿接缝线移动工具的旋转摩擦产生热量的连接，如涡轮叶片与轮盘的连接焊接时保持静止，两者在轴向压力下接触，摩擦生使材料软化但不熔化，同时工具的搅拌作用，一个工件做高频线性往复运动，另一个工热使接触面达到塑性状态，然后停止旋转并使软化材料在高压下塑性流动并形成冶金结件保持静止，在压力作用下两者接触摩擦生增加锻压力，完成固态连接这种方法主要合这种方法特别适合铝合金、镁合金等低热，达到塑性状态后停止运动并增加锻压力用于轴对称零件的连接，如轴与盘、管与管熔点材料的焊接，克服了这些材料熔焊时的完成连接线性摩擦焊在航空发动机制造中等气孔、热裂纹等问题有重要应用第六章焊接冶金焊接热循环1焊接热循环是指焊接过程中金属材料经历的加热和冷却过程它由焊接热源的移动特性和热量传递特性决定，对材料的组织结构和性能有重要影响焊接热循环的特点是加热速度快、最高温度高、冷却速度快，这与传统热处理的缓慢均匀加热冷却有很大不同焊接热循环通常用温度-时间曲线表示，其主要参数包括峰值温度、加热速率、冷却速率和停留时间不同位置的金属经历不同的热循环，导致焊接接头形成复杂的组织结构控制焊接热循环是获得良好焊接质量的关键焊接接头的组织结构2焊接接头通常可分为三个区域焊缝金属区、热影响区和母材区焊缝金属区是完全熔化后凝固的区域，其组织结构主要受化学成分和冷却条件的影响，通常呈现铸态组织热影响区是未熔化但受到热影响的区域，根据最高温度的不同又可分为多个亚区，各亚区组织结构差异明显焊接接头的组织结构与其力学性能密切相关合理控制焊接工艺参数、调整焊接材料成分、采用适当的焊前预热和焊后热处理，可以优化接头组织结构，提高焊接质量了解焊接冶金学知识对解决焊接问题和改进焊接工艺至关重要热影响区定义热影响区HAZ是指焊接过程中，未被熔化但受到焊接热循环影响而发生组织结构和性能变化的母材区域热影响区是连接焊缝金属区和未受影响母材区的过渡带，其宽度取决于热源的能量密度和焊接速度一般来说，传统焊接方法（如电弧焊）的热影响区较宽，而高能密度焊接方法（如激光焊、电子束焊）的热影响区较窄特征热影响区根据最高温度的不同可分为多个亚区过热区、正常化区、不完全再结晶区和回火区过热区临近熔合线，晶粒粗大，韧性下降；正常化区晶粒细化，组织和性能较好；不完全再结晶区和回火区的变化则取决于母材初始状态不同亚区的存在使热影响区的力学性能呈现明显的梯度变化，往往成为焊接接头的薄弱环节影响因素热影响区的形成和特性受多种因素影响，主要包括母材的化学成分和初始组织状态，决定了其对焊接热循环的响应；焊接热输入，影响热影响区的宽度和温度梯度；冷却速度，影响相变产物的类型和分布；焊前预热和焊后热处理，可以调整热影响区的组织和性能合理控制这些因素，可以优化热影响区组织，提高焊接接头的整体性能焊接接头的冶金反应脱氧脱氧是指通过添加脱氧剂（如锰、硅、铝）将熔池中的氧以氧化物形式清除的过程焊接材料中通常氧化含有一定量的脱氧元素，它们与熔池中的氧结合形脱氢焊接过程中，高温熔池与空气接触容易发生氧化反成熔点高、密度小的氧化物，浮出熔池表面进入熔应金属氧化会导致焊缝中形成氧化物夹杂，降低渣适当的脱氧可以减少焊缝中的气孔和夹杂，提氢是焊接接头的有害元素，会导致气孔和冷裂纹焊缝的力学性能，尤其是韧性和疲劳性能为防止高焊缝质量，但过量的脱氧元素可能导致焊缝硬化氢在熔池中的溶解度高，但在固态金属中溶解度很氧化，焊接时通常采用保护气体、焊剂或药皮覆盖和韧性下降低，因此在凝固过程中容易析出形成气孔残留在熔池对于易氧化的金属（如铝、钛），需要采用金属中的氢还会在冷却后引起延迟裂纹焊接材料更严格的保护措施，如增大保护气体流量、使用背的干燥处理、清除工件表面的水分和油污、使用低面保护等氢焊接工艺是减少焊接接头中氢含量的有效方法213焊接裂纹热裂纹冷裂纹12热裂纹是在焊缝金属凝固过程中或凝固冷裂纹是在焊接接头温度降至200℃以后温度较高时形成的裂纹它主要由凝下时形成的裂纹，也称为氢致开裂或延固收缩和热收缩引起的拉应力，以及合迟裂纹冷裂纹的形成需要三个条件同金元素偏析导致的液膜弱化共同作用形时满足硬化组织（如马氏体）、氢的成热裂纹通常沿晶界延伸，呈树枝状存在和拉应力冷裂纹通常发生在热影分布硫、磷等低熔点元素会增加热裂响区，沿晶界或穿晶扩展防止冷裂纹纹敏感性，而控制焊接金属成分（降低的措施包括使用低氢焊接材料和工艺C、S、P含量，调整Mn/S比）、优化、焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷焊缝形状（宽度/深度比）和减小焊接和应力消除退火等应力是防止热裂纹的有效措施再热裂纹3再热裂纹是在焊后热处理或高温服役过程中形成的裂纹它主要发生在含Mo、Cr、V等强碳化物形成元素的合金钢焊接接头中在高温下，碳化物沿晶界析出，同时发生应力松弛，导致晶界附近强度下降，在残余应力作用下沿晶界开裂再热裂纹呈典型的沿晶断裂特征防止再热裂纹的方法包括控制合金元素含量、降低残余应力、优化焊后热处理工艺参数等第七章焊接应力与变形产生原因影响因素焊接应力与变形是由焊接过程中不均匀的热膨胀、收缩和相材料的热物理性能对焊接应力与变形有显著影响热膨胀系变引起的焊接时，焊缝区域温度急剧升高，周围材料温度数越大，温度变化引起的尺寸变化越大，焊接应力和变形也相对较低，导致热膨胀受到约束，产生塑性变形冷却过程越大弹性模量越高，相同应变下产生的应力越大屈服强中，收缩同样受到约束，形成残余应力如果残余应力超过度高的材料能够承受更大的弹性应力而不发生塑性变形，但材料的屈服强度，则会产生永久变形一旦发生塑性变形，残留应力水平也会更高影响焊接应力与变形的因素包括三个方面材料因素（如热结构的刚度和约束程度是另一个重要因素刚度大、约束程膨胀系数、弹性模量、屈服强度）、结构因素（如接头类型度高的结构焊接时，热膨胀和收缩受到更强的限制，产生更、结构刚度、约束程度）和工艺因素（如焊接方法、热输入大的应力但变形较小；相反，刚度小、约束程度低的结构焊量、焊接顺序）这些因素相互作用，共同决定焊接残余应接变形大但应力水平较低合理设计结构和选择焊接工艺参力的分布和变形的程度数可以有效控制焊接应力与变形焊接残余应力距离焊缝中心mm纵向应力MPa横向应力MPa焊接残余应力是指焊接完成并冷却到室温后，在没有外力作用下存在于工件内部的自平衡应力残余应力按方向可分为纵向应力（平行于焊缝）、横向应力（垂直于焊缝）和厚度方向应力一般情况下，纵向应力最大，焊缝区域为拉应力，远离焊缝区域为压应力，形成自平衡状态焊接残余应力的分布特征受多种因素影响，包括材料性能、接头形式、焊接工艺和结构约束等残余应力会对焊接结构产生多方面影响高的拉应力可能导致焊接裂纹；降低疲劳强度和抗应力腐蚀能力；引起结构变形和尺寸不稳定测量和评估焊接残余应力的方法包括破坏性方法（如切割法、钻孔法）和非破坏性方法（如X射线衍射法、超声波法）焊接变形焊接变形是指焊接结构在残余应力作用下产生的永久性尺寸和形状改变根据变形特点，焊接变形可分为以下几种类型纵向收缩，是指沿焊缝方向的收缩，主要由焊缝金属和热影响区的纵向热收缩引起；横向收缩，是指垂直于焊缝方向的收缩，主要由焊缝金属的横向收缩和热影响区的不均匀收缩引起角变形是指焊缝两侧工件绕焊缝轴线的转动，主要由板厚方向温度梯度和不均匀塑性变形引起，在单面焊或多层焊时特别明显；弯曲变形是指沿焊缝长度方向的弯曲，主要由焊缝区域纵向收缩引起；波浪变形或屈曲变形是指薄板结构在焊接热应力作用下产生的波浪状变形，其形成机理较为复杂，与板材厚度、焊缝布置和约束条件密切相关焊接变形的预防措施工艺设计焊接顺序合理的焊接工艺设计是预防焊接变形的重焊接顺序对变形控制有显著影响对称焊要手段包括选择合适的焊接方法，例接是指同时或交替对称地焊接，使热膨胀如高能量密度焊接方法（如激光焊、电子和收缩力相互抵消；分段焊接是将长焊缝束焊）热影响区小，变形小；控制焊接热分成若干段，按特定顺序焊接，避免热量输入，减小热影响区范围和温度梯度；采集中；后退焊是指焊接方向与焊缝推进方用多道小截面焊接，而非单道大截面焊接向相反，可减小约束，降低变形；跳焊是，可减小单次热输入；合理选择焊接参数指不连续焊接，待前一段冷却后再焊接相，如电流、电压、速度等，确保在满足焊邻段，减少热量积累合理的焊接顺序可接质量的前提下最小化热输入以平衡焊接应力，减小整体变形预变形预变形是在焊接前给工件一个与焊接变形方向相反的初始变形，使焊接后的变形得到补偿常用的预变形方法有角度预设，即在组对时使接头形成一定角度，补偿角变形；工装预弯，使用专用工装使工件产生预弯曲，补偿焊后弯曲变形；预应力法，在焊接前施加外力使工件产生弹性变形，焊接完成释放外力后，弹性恢复力与焊接变形相互抵消，减小最终变形第八章焊接工艺设计工艺设计的目的焊接工艺设计的目的是确定合理的焊接方法和工艺参数，保证焊接接头的质量和性能满足设计要求，同时提高生产效率，降低生产成本良好的焊接工艺设计应考虑材料的可焊性、结构的特点、生产条件、质量要求和经济因素等多方面因素，寻求技术和经济的最佳平衡点工艺设计的步骤焊接工艺设计通常包括以下步骤首先分析焊接结构的材料、形状、尺寸和工作条件，确定质量要求；然后选择合适的焊接方法，考虑材料特性、接头形式、生产条件等因素；接着进行接头设计，确定坡口形式、尺寸和装配要求；之后确定焊接材料和工艺参数，如焊接电流、电压、速度等；最后制定焊接工序安排，包括预热、焊接顺序、层间处理和焊后热处理等工艺评定焊接工艺评定是验证所设计工艺是否满足要求的重要环节它包括焊接工艺试验和接头性能检测两部分首先按设计的工艺参数进行焊接试验，然后对焊接试板进行无损检测和力学性能试验根据试验结果评价工艺的可行性，必要时进行工艺调整和优化，最终形成正式的焊接工艺规程，作为生产的技术依据焊接工艺评定应符合相关标准的要求焊接工艺参数选择100-500A20-40V焊接电流电弧电压焊接电流是决定熔深和熔敷速率的主要参数，电流越电弧电压主要影响焊缝宽度和余高，电压越高，焊缝大，熔深越大，熔敷速率越高越宽，余高越低300-600mm/min焊接速度焊接速度影响单位长度的热输入量，速度越快，热输入越小，变形越小焊接工艺参数的选择直接影响焊接质量和生产效率在确定工艺参数时，需要综合考虑材料特性、接头形式、焊接位置、设备能力等多种因素焊接电流的选择主要考虑母材厚度和焊丝直径，一般情况下，碳钢焊接的电流密度为100-150A/mm²过大的电流会导致烧穿和飞溅，过小的电流则导致未熔合和咬边电弧电压与电弧长度成正比，直接影响熔滴过渡方式和焊缝成形对于短路过渡，电压一般为16-22V；对于喷射过渡，电压一般为28-35V焊接速度的选择要平衡熔敷速率和热影响区大小速度过快会导致未熔合和气孔，速度过慢则导致过热和粗大晶粒三个参数相互关联，需要综合平衡，才能获得最佳焊接效果焊接接头的设计坡口形式间隙钝边坡口形式的选择取决于材料厚度、焊接方法和间隙是指装配时两工件坡口之间的距离合适钝边是指坡口根部未开坡口的平直部分钝边接头要求常用的坡口形式有型坡口（适用于的间隙有助于确保根部熔透和焊缝成形良好的设置有助于控制熔深，防止烧穿，便于背面I薄板，厚度）、型坡口（适用于中等间隙大小与材料厚度、焊接方法和焊接位置有成形钝边高度一般为，取决于材料厚≤4mm V1-3mm厚度，）、型坡口（适用于较厚板关一般情况下，薄板焊接间隙较小（度和焊接方法对于焊和气焊等可控性好4-15mm X0-1mm TIG材，可减少焊缝金属用量）、型坡口（适用），厚板焊接间隙较大（）间隙过大的焊接方法，钝边可以设置得较高；对于熔深U2-4mm于厚板，焊缝质量要求高的场合）和型坡口会导致焊接困难和烧穿，间隙过小或无间隙则较大的焊接方法，如埋弧焊，钝边应设置得较J（单面焊时使用）坡口角度一般为，可能导致根部未熔透在实际生产中，应严格低在一些要求根部成形良好的场合，如管道50-70°角度越大，焊接操作越容易，但焊缝金属用量控制装配间隙的一致性焊接，钝边的设计尤为重要也越大焊接顺序设计对称焊接对称焊接是指按照结构对称轴的对称位置进行焊接，使焊接热应力和变形相互抵消适用于具有对称性的结构，如H形梁、箱形构件等对称焊接可以显著减小焊接变形，尤其是弯曲变形和扭转变形在实施对称焊接时，应确保对称位置的焊接条件一致，包括焊接参数、焊接材料和操作技能等，以获得最佳的对称效果分段焊接分段焊接是将长焊缝分成若干段，按照特定顺序进行焊接的方法它可以减少热量集中，降低应力集中，控制变形分段长度一般为100-300mm，取决于材料厚度和焊接方法常用的分段焊接顺序有连续前进式（从一端到另一端按顺序焊接各段）、连续后退式（每段焊接方向与总体推进方向相反）和跳跃式（间隔焊接，避免相邻段连续施焊）回步焊接回步焊接是指每段焊缝的焊接方向与总体推进方向相反的焊接方法它可以减小焊接变形，因为当焊到前一段的终点时，该处已经冷却收缩，新的热膨胀可部分补偿已有的收缩，减小总体变形回步焊接还可以减少未熔合和气孔缺陷，改善焊缝质量回步段长一般为100-250mm，对于厚板和高约束焊接尤为有效第九章焊接质量控制焊接缺陷检测方法焊接缺陷是指影响焊接接头质量和性能的各种不合格情况焊接质量控制包括焊前、焊中和焊后的全过程监控焊前控常见的焊接缺陷包括气孔，由焊接熔池中气体未能及时逸制主要是材料验证、工艺评定和人员资格审查；焊中控制包出而形成的空洞；夹渣，熔池中未浮出的非金属夹杂物；未括工艺参数监控和操作规范监督；焊后控制则主要通过检测熔合，焊缝金属与母材或焊道之间未形成冶金结合；未焊透手段评价焊接接头质量，根部未完全熔合；裂纹，焊接接头中的不连续性断裂；咬焊接检测方法分为无损检测和破坏性检测两大类无损检测边，焊缝边缘处母材被熔化但未被填充金属填满形成的沟槽不破坏工件，包括外观检查、射线检测、超声波检测、磁粉；焊瘤，焊缝表面多余的金属突起检测、渗透检测等；破坏性检测需要从工件上取样，包括拉这些缺陷的形成原因各不相同，可能与材料、工艺参数、操伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、金相分析等选作技术或环境条件有关不同的缺陷对接头性能的影响也不择适当的检测方法应考虑接头特点、可能的缺陷类型、生产同，例如裂纹是最危险的缺陷，会严重降低承载能力；而轻条件和经济因素微的表面不平可能只影响外观常见焊接缺陷气孔是焊缝金属中的球形或近球形空洞，由熔池中溶解的气体（如氢、氮、氧等）在凝固过程中未能逸出而形成气孔分布可能是分散的、成群的或呈线性排列气孔形成的主要原因包括焊接材料潮湿、工件表面污染（油、锈、湿气）、保护不良、焊接参数不当（电流过大、电弧过长）等气孔会降低焊缝的有效截面积和密封性，影响静载和动载性能夹渣是指焊缝中的非金属夹杂物，通常是焊剂或氧化物未能及时浮出熔池夹渣常见于多层焊接中的层间，表现为射线照片上的不规则暗影X未熔合是指焊缝金属与母材或焊道之间未形成冶金结合，通常由热输入不足、操作技术不当或接头清理不彻底导致未焊透是指根部未完全熔合，主要由间隙过小、电流过小或焊接速度过快引起裂纹是最严重的缺陷，会在应力集中处形成并扩展，显著降低接头强度和寿命焊缝外观检查方法标准12焊缝外观检查是评价焊接质量最基本、焊缝外观检查的标准因材料、结构和使最直接的方法，也是其他检测前的必要用要求而异，常见的标准包括GB/T步骤它主要通过目视检查焊缝表面状3323《焊缝外观质量分级标准》、况，包括焊缝尺寸、形状、表面质量和AWS D

1.1《结构钢焊接规范》等这缺陷等简单的外观检查可以用肉眼直些标准规定了不同等级焊缝的外观质量接观察，对于精密检查则需要借助放大要求，包括对焊缝余高、宽度、咬边深镜、尺寸测量工具和专用量规检查时度、表面气孔、裂纹、焊瘤等缺陷的允应在良好的光线条件下进行，必要时可许限度在实际生产中，应根据产品特使用辅助光源焊缝表面应清洁，无焊点和使用要求选择适当的检查标准，并渣、飞溅和其他遮挡物将其明确写入技术文件中评定3焊缝外观检查的评定结果应客观记录，通常包括以下内容焊缝余高和宽度是否符合设计要求；是否存在表面裂纹、气孔、咬边、夹渣等缺陷及其数量和分布；焊缝成形是否均匀美观；起弧和收弧区域是否良好对于不合格的焊缝，应标明位置和缺陷类型，以便进行修复外观检查只能发现表面缺陷，对于内部缺陷则需要采用其他无损检测方法进行评价无损检测方法射线检测超声波检测射线检测利用X射线或γ射线穿透金属的特性，通过超声波检测是利用超声波在材料中传播和反射的原射线在胶片上的成像或数字探测器的信号来检测焊理进行检测当超声波遇到界面（如缺陷）时会发缝内部缺陷不同密度的材料对射线的吸收程度不生反射，通过分析反射波的特性可以确定缺陷的位同，缺陷如气孔、夹渣等会在胶片上形成特征影像置、大小和性质超声波检测对裂纹等平面型缺陷1射线检测可靠性高，能发现大多数内部缺陷，但的检出率高，可检测较厚材料，无辐射危害，但对2对平面型缺陷如裂纹的检出率较低，且存在辐射安操作者技能要求高，且难以保存原始数据记录（现全问题代相控阵技术已部分解决此问题）渗透检测磁粉检测渗透检测利用毛细作用原理，通过着色或荧光渗透4磁粉检测适用于铁磁性材料，原理是在工件表面或剂渗入表面开口缺陷，显示剂使渗透剂从缺陷中返近表面的缺陷处会形成磁通泄漏，磁粉会在泄漏磁3出并形成可见指示它适用于几乎所有材料，操作场处聚集形成可见指示它操作简单，成本低，适简单，成本低，可检测复杂形状工件但只能检测合现场检测，对表面和近表面裂纹特别敏感但只表面开口缺陷，且对工件表面清洁度要求高，不适适用于铁磁性材料，无法检测深层缺陷，且需要工用于多孔性材料件表面清洁，检测后可能需要消磁处理第十章焊接自动化自动化焊接的优势自动化焊接相比手工焊接具有多方面优势首先，生产效率显著提高，自动焊接的工作速度快，可连续工作，减少了换焊条、清渣等辅助时间；其次，焊接质量更加稳定可靠，自动系统能精确控制焊接参数，减少人为因素影响，焊缝成形一致性好；再次，可以实现在恶劣环境或危险条件下的焊接作业，保护操作人员安全；最后，可降低劳动强度和熟练工人依赖度，缓解技术工人短缺问题自动化焊接设备自动化焊接设备种类繁多，按自动化程度可分为半自动、自动和智能化设备半自动设备如送丝式气体保护焊机，需要操作者手持焊枪控制焊接方向和速度；全自动设备如焊接小车、管道自动焊机等，可按预设程序自动完成焊接；智能化设备如焊接机器人系统，具有自适应能力，可根据工件位置和焊缝状况自动调整参数现代焊接自动化还集成了视觉传感、激光跟踪等先进技术，不断提高智能化和柔性化水平自动化系统集成自动化焊接系统的集成涉及多个方面硬件集成包括焊接电源、送丝系统、运动控制系统、传感器和工装夹具等；软件集成包括控制程序、人机界面、数据采集和分析系统等；工艺集成则需要优化焊接参数、路径规划和生产流程成功的系统集成需要综合考虑产品特点、生产规模、灵活性需求和投资回报等因素，选择合适的自动化解决方案，并做好操作人员的培训和系统维护焊接机器人结构编程焊接机器人系统主要由机器人本体、焊接设焊接机器人的编程方式主要有示教编程和离备、控制系统和辅助设备组成机器人本体线编程两种示教编程是通过手持示教器控通常为多轴关节型结构，常见的有六轴机器制机器人移动到期望位置，记录点位和参数人，具有较大的工作空间和灵活的姿态调整，形成完整的焊接程序这种方法直观易学能力焊接设备包括焊接电源、送丝机构和，但需要停机编程，效率较低离线编程是焊枪，需要与机器人完美集成控制系统是利用计算机仿真软件在虚拟环境中进行路径焊接机器人的核心，负责运动控制、轨迹规规划和程序编制，然后下载到实际机器人中划、焊接参数调节和各种安全保护功能辅执行离线编程可在不停机的情况下完成，助设备包括工装夹具、传感器系统和安全防提高了编程效率，但需要准确的模型和标定护装置等技术应用焊接机器人广泛应用于汽车制造、工程机械、船舶、航空航天、铁路车辆等领域在汽车行业，机器人主要用于车身焊接，可实现点焊、弧焊和激光焊接等多种工艺；在工程机械领域，机器人适用于大型结构件的焊接，如挖掘机的臂架、底盘等；在船舶制造中，机器人可完成分段焊接和部件焊接随着传感技术和人工智能的发展，焊接机器人的应用范围不断扩大，从大批量生产逐渐向中小批量、多品种生产拓展自动焊接生产线组成特点应用自动焊接生产线是集成多种自动化设备和技术自动焊接生产线具有以下特点高度自动化，自动焊接生产线广泛应用于需要大批量生产的的复杂系统，主要由以下部分组成自动上下从装配到焊接、检测全程自动完成，人工干预领域在汽车工业中，白车身焊接生产线是典料系统，负责工件的输送和定位；工装夹具系少；生产效率高，可小时连续工作，产能远型应用，一条现代汽车焊装线可包含数百台焊24统，确保工件的精确装配和刚性固定；焊接执超手工作业；质量稳定，参数受控，焊接质量接机器人；在家电制造业，冰箱、空调等产品行系统，包括焊接机器人或专用自动焊机；传一致性好；柔性化程度不断提高，现代生产线的金属外壳和内胆焊接多采用自动生产线；在感检测系统，监控焊接质量和工艺参数；中央可通过快换工装和程序切换实现多品种生产；钢结构制造中，型钢、箱型梁等标准构件的H控制系统，协调各子系统工作，实现生产线的智能化水平提升，集成了视觉识别、自适应控焊接也广泛使用自动生产线随着自动化技术整体控制现代焊接生产线还可能包括自动清制、实时监控和数据分析等功能，能够应对工的进步和成本的降低，自动焊接生产线在中小理、打标和检测等功能单元件误差和工艺波动企业中的应用也日益增多第十一章特殊材料的焊接不锈钢焊接铝合金焊接12不锈钢是含铬量在

10.5%以上的耐腐蚀钢铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀种，常见的有奥氏体不锈钢（如

304、性好等优点，但焊接性较差，主要是因316）、铁素体不锈钢（如430）和马氏为表面易形成氧化膜、热导率高、热膨体不锈钢（如420）不锈钢焊接的主要胀系数大、易产生气孔和热裂纹铝合特点是易产生晶间腐蚀、热裂纹和铬碳金焊接常用TIG焊或MIG焊，焊前必须彻化物析出焊接时应选择合适的焊接材底清除表面氧化膜和污染物；使用交流料，控制热输入，避免过热；采用小电电源或脉冲电源，设置合适的参数；采流多层焊，减少晶粒粗大；考虑使用含用含硅、镁等元素的焊丝，提高抗热裂低碳或稳定化元素（如钛、铌）的焊材性；加强保护气体的纯度和流量控制，，防止晶间腐蚀必要时使用背面保护钛合金焊接3钛合金是一种高性能轻质合金，具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等特点，广泛应用于航空航天和化工领域钛合金焊接的最大困难是高温下极易与氧、氮、氢反应，形成脆性相焊接时必须采用严密的气体保护措施，如氩气密室焊接或多重气体保护；使用纯净的焊接材料和工具；控制热输入和层间温度；焊后进行适当的热处理，改善接头性能常用的焊接方法有TIG焊、等离子弧焊和电子束焊不锈钢焊接焊接方法适用厚度mm特点应用场合手工电弧焊3-30适应性强，设备简单一般结构，现场安装TIG焊

0.5-6焊缝美观，无飞溅薄板，精密部件MIG/MAG焊2-20效率高，适合自动化中厚板，批量生产埋弧焊5-50熔深大，效率高厚板，大型结构等离子弧焊

0.1-8熔深稳定，变形小高精度要求，薄板不锈钢焊接需要特别注意的问题包括晶间腐蚀，主要是由于焊接热循环使铬与碳在晶界形成碳化物，造成晶界附近铬含量降低，失去耐腐蚀性；热裂纹，特别是奥氏体不锈钢，由于热膨胀系数大、凝固收缩大和杂质元素偏析等原因容易产生；铁素体相的形成，奥氏体不锈钢焊缝中若含有适量的铁素体相（5-10%）有助于防止热裂，但过多则会降低耐腐蚀性为确保不锈钢焊接质量，应注意以下事项选择合适的焊接材料，如304不锈钢可选用ER308焊丝；控制热输入，避免过热和停留时间过长；采用小电流多层焊接；焊前彻底清除油污、氧化物等；保护气体应高纯度，避免空气卷入；焊后进行钝化处理，恢复表面耐腐蚀性对于特殊用途的不锈钢焊接，可能需要更加严格的工艺控制铝合金焊接焊接难度（1-10）热裂倾向（1-10）强度保留率（%）铝合金焊接面临多种挑战表面氧化膜熔点高（约2050℃），而铝熔点低（约660℃），若不彻底清除氧化膜会导致未熔合；铝的热导率高（约为钢的4倍），热量迅速散失，需要较大热输入；热膨胀系数大（约为钢的2倍），易产生变形和应力；氢在液态铝中溶解度大，固态时溶解度急剧下降，易形成气孔；某些合金系列熔化温度范围宽，凝固过程中易产生热裂纹铝合金焊接的工艺参数控制十分关键TIG焊通常采用交流电源，频率调整至80-200Hz，波形控制使正半波占比30-45%；MIG焊宜采用脉冲电流，有利于细滴过渡和减少飞溅；保护气体常用高纯氩气或氩氦混合气，流量要大于钢焊接；焊接速度应适中，过快易未熔合，过慢易烧穿；对于热处理强化型铝合金（如6系、7系），焊接会导致强度显著下降，焊后可考虑局部热处理恢复部分性能钛合金焊接特点工艺参数与注意事项钛合金焊接的主要特点是对气体保护要求极其严格钛在高钛合金焊接最关键的是气体保护必须使用高纯度惰性气体温下（约℃以上）极易与氧、氮、氢等气体反应，形成脆（氩气纯度），保护焊缝正面、背面和冷却区域；400≥

99.99%性相和硬化层，严重影响接头性能即使是微量的气体污染理想情况下采用充满惰性气体的密闭焊接箱；对于大型结构也会导致焊缝硬化、脆化和变色此外，钛合金热导率低，，可使用拖罩保护和背部保护；焊枪喷嘴直径要大，气体流热影响区窄，温度梯度大，容易产生较大的残余应力和变形量要大（是钢焊接的倍）；保护效果可通过焊缝表面颜色2-3判断，银白色或淡黄色为良好，蓝色或灰色为不良钛合金焊接还具有熔化温度高（约℃）、熔体流动性差工艺参数控制也十分重要电流不宜过大，避免过热；焊接1660和易与多种元素形成低熔点共晶体的特点这些特性使钛合速度要适中，保证熔池受到充分保护；层间温度不宜过高，金焊接工艺控制比一般材料更为复杂，对设备和操作者技能通常控制在℃以下；焊接前必须彻底清除表面污染物和氧100要求更高不同类型的钛合金（型、型、型）焊接性化膜；焊接工装和工具应专用，避免交叉污染；焊后进行适αα+ββ能差异明显，需要采用不同的焊接工艺方案当的热处理可改善接头性能，降低残余应力常用的焊接方法有焊、等离子弧焊、电子束焊和激光焊接TIG第十二章焊接安全与防护电气安全防护设备健康防护焊接作业中的电气安全主要涉及防止电击和电气火焊接操作需要全面的个人防护设备，包括焊接面焊接作业可能对健康产生多种危害，主要包括焊灾电弧焊通常使用较大的电流（几十至几百安培罩，防护电弧光、紫外线和红外线辐射；护目镜，接烟尘可能导致肺部疾病；电弧辐射可能损伤眼睛），存在电击风险防护措施包括设备必须有可在非焊接阶段保护眼睛免受飞溅和粉尘伤害；防护和皮肤；噪声可能造成听力损失；长时间不良姿势靠的接地保护；定期检查电缆和连接器的绝缘状况服，采用阻燃材料制成，防止火花和飞溅物灼伤；可能引起肌肉骨骼疾病防护措施包括建立有效，防止破损漏电；使用自动电击保护装置；保持工防护手套，通常为厚皮质，耐高温耐磨；安全鞋，的通风排烟系统；定期进行健康检查；合理安排工作区域干燥，不要在潮湿环境下焊接；焊工应穿绝具有防滑、防砸和绝缘功能；呼吸防护装置，如过作时间，避免过度疲劳；进行安全健康培训，提高缘鞋，戴绝缘手套；严禁带电更换焊条或接触带电滤式口罩或送风式呼吸器，防止吸入焊接烟尘正自我保护意识；保持工作区域清洁整齐，减少绊倒部件确选择和使用防护设备是预防职业伤害的关键和跌落风险焊接烟尘防护危害工程控制个人防护焊接烟尘是由高温金属蒸气冷凝形成的极细微颗工程控制是减少焊接烟尘危害的首选方法，主要当工程控制不足以将烟尘降至安全水平时，需采粒物和气体的混合物其成分和危害性取决于母包括局部排气系统，如移动式吸尘臂，直接从用个人呼吸防护设备过滤式口罩，如N95或材、焊接材料和工艺，通常包含铁、锰、铬、镍烟尘源头捕获并排出；下吸式工作台，适用于小P100级别口罩，适用于低浓度烟尘环境；动力送等金属氧化物以及氟化物、氮氧化物和臭氧等气型工件焊接；密闭式焊接工作间，配合强制通风风过滤式呼吸器（PAPR），提供正压空气流，防体长期吸入焊接烟尘可能导致多种健康问题系统；使用低烟尘工艺，如脉冲MIG焊、低温焊护效果好，适用于高浓度烟尘环境；供气式呼吸金属烟热，表现为类似感冒的症状；慢性支气管接技术等；改进焊接材料，选用低烟尘焊条或焊器，通过外部清洁空气源供应呼吸用气，适用于炎和肺功能下降；锰中毒可能影响神经系统；铬丝工程控制措施应根据具体工作环境、焊接方特别危险的环境，如密闭空间焊接选择防护设、镍等重金属对肝肾功能有损害；某些金属化合法和工件特点进行设计，确保有效捕获烟尘并将备时应考虑烟尘成分、浓度、作业时间和舒适度物（如六价铬）有致癌风险其安全排出工作区域等因素，并确保正确佩戴和维护电弧光防护危害面部防护身体防护123电弧焊接产生的电弧光包含强烈的可见光、紫焊接面罩是防护电弧光的主要设备，现代焊接防护电弧光辐射的服装应覆盖身体所有裸露部外线和红外线辐射其中紫外线对眼睛和皮肤面罩通常采用自动变光技术，在检测到电弧光位，包括颈部、手臂和腿部服装材料应采用的伤害最为严重短期暴露可导致电光性眼炎时快速（约1/25000秒）将透光率降低面罩阻燃布料，如处理过的棉布、皮革或专用阻燃（俗称电光眼），表现为眼睛刺痛、流泪、遮光镜片的遮光号数应根据焊接工艺和电流大材料深色服装对紫外线吸收能力强于浅色服畏光和异物感，通常在暴露后4-12小时出现症小选择，通常从9号至14号不等，电流越大选装，提供更好的防护效果焊接时应穿长袖衣状；皮肤暴露则可能导致类似晒伤的症状长用的遮光号数越高除焊接面罩外，还应配戴服和长裤，并配戴皮质或阻燃材料制成的围裙期暴露可能增加白内障和皮肤癌的风险红外安全护目镜，在非焊接状态下保护眼睛免受飞、袖套和绑腿手部防护则需使用绝缘性能好线辐射主要产生热效应，可能导致眼睛晶状体溅物和粉尘伤害面罩内镜片应保持清洁，外的焊接手套现场应设置适当的焊接屏风或隔和角膜损伤电弧光强度与焊接电流成正比，镜片应定期更换，确保良好视野离罩，防止电弧光对周围人员的伤害高电流焊接产生的辐射更为强烈焊接场所安全管理消防焊接作业是火灾高发区域，必须采取严格的消防安全措施首先，焊接区域应远离易燃、易爆物品，与可燃物保持足够安全距离；其次，工作区域应配备适当类型和数量的灭火器材，并确保所有人员熟通风悉其使用方法；第三，建立焊接作业的消防许可制2焊接场所的通风系统是确保空气质量的关键良好度，特别是在有火灾危险的场所进行临时焊接作业的通风系统应能有效排除焊接过程中产生的烟尘和时，必须办理动火证并配置专人监护有害气体，同时保持工作环境的舒适温度通风方1式包括自然通风和机械通风两种机械通风又分为急救全面通风和局部排气两类全面通风适用于烟尘浓焊接作业中可能发生烧伤、电击、眼部伤害等意外度较低的大空间，而局部排气系统则直接在烟尘源，现场应配备相应的急救设备和药品包括烧伤药头捕获并排出有害物质，效率更高膏、灭菌纱布、眼部冲洗液等所有焊工和现场管3理人员应接受基本急救培训，掌握心肺复苏、烧伤处理和眼部伤害初步处理等技能工作场所应明显标示急救设备位置和紧急联系电话，确保在发生意外时能够迅速获得帮助第十三章焊接新技术摩擦搅拌焊1摩擦搅拌焊是一种革命性的固态焊接工艺，它使用旋转工具产生摩擦热并搅拌材料，在不熔化金属的情况下实现连接这种技术最初于1991年由英国焊接研究所（TWI）开发，主要用于铝合金焊接，现已扩展到其他材料摩擦搅拌焊的主要优势包括能够焊接传统方法难以焊接的材料；焊接变形小，残余应力低；无需填充材料和保护气体；焊接质量高，几乎无气孔和夹杂；能耗低，环保无污染冷金属过渡焊接2冷金属过渡焊接（Cold MetalTransfer,CMT）是奥地利福尼斯公司开发的低热输入MIG焊接工艺它通过焊丝的机械回抽动作辅助金属过渡，实现几乎无飞溅的短路过渡CMT工艺的关键创新在于焊丝进给系统在形成短路后，焊丝自动回抽，辅助熔滴脱离，然后再前进形成下一个循环这种方法大大降低了热输入，减少了变形和飞溅，特别适合薄板焊接和异种金属连接混合激光焊接3混合激光焊接结合了激光焊接和电弧焊接的优点，在同一工艺中同时使用两种热源激光提供深熔透能力，而电弧提供良好的间隙桥接能力和填充材料这种组合克服了单一方法的局限性，实现了更高的焊接速度、更好的焊缝成形和更大的间隙容忍度常见的组合包括激光-MIG混合焊和激光-TIG混合焊该技术在汽车、船舶和管道制造等领域有广泛应用摩擦搅拌焊原理特点应用摩擦搅拌焊的基本原理是利用高速旋转的非消耗摩擦搅拌焊的最显著特点是焊接质量高，接头性摩擦搅拌焊最初主要应用于铝合金的焊接，现已性工具产生摩擦热，使接头区域材料软化但不熔能优异由于是固态焊接，避免了熔化凝固过程扩展到铜合金、镁合金、钛合金甚至某些钢材的化，然后通过搅拌作用混合两侧材料并形成焊接中的气孔、裂纹和偏析等缺陷；热影响区较窄，焊接它在航空航天领域有重要应用，如航天飞接头工具通常由两部分组成肩部和搅拌针晶粒细小，焊接接头强度可达母材的80-100%；机外燃料箱、火箭燃料箱的制造；在交通运输业肩部与工件表面接触产生大部分摩擦热，防止材变形小，残余应力低；无需填充材料和保护气体，用于高速列车车体、船舶甲板和汽车底盘的焊料外流；搅拌针插入材料内部进行搅拌，促进材，成本低，环保无污染但该技术也有局限性接；在电子工业，用于散热器和电池组件的连接料的塑性流动和混合整个过程在固态完成，工需要刚性工装固定工件；通常只能进行对接和搭随着技术的发展，出现了搅拌点焊、搅拌点铆件温度通常保持在材料熔点的60-80%，避免了传接接头焊接；工具磨损问题，特别是焊接高硬度接和摩擦搅拌加工等衍生工艺，进一步扩大了应统熔化焊接中的各种冶金问题材料时；焊接结束处会留下退出孔，需要额外处用范围理冷金属过渡焊接原理冷金属过渡焊接（CMT）是一种创新的控制短路金属过渡的MIG/MAG焊接技术传统短路过渡MIG焊接中，当焊丝接触熔池形成短路时，电流激增产生的电磁力和表面张力共同作用使熔滴脱离焊丝，这一过程会产生大量热量和飞溅而CMT工艺通过精确控制焊丝运动来改变这一过程当检测到短路形成时，焊丝自动向后回抽，机械地帮助熔滴脱离，显著降低短路电流和热输入这种送进-回抽-送进的循环以每秒70次左右的频率重复进行，实现了低热输入、无飞溅的金属过渡特点CMT技术的主要特点是热输入极低，仅为传统MIG/MAG焊接的30-50%，因此被称为冷金属过渡这带来了多方面的优势焊接变形极小，特别适合薄板（可焊接

0.3mm厚度的钢板和铝板）；几乎无飞溅，减少了后处理工作；间隙桥接能力强，可以容忍较大的装配间隙；适合异种金属连接，如铝-钢、铝-铜等传统方法难以实现的组合CMT还具有出色的工艺稳定性和自动化适应性，可与机器人系统完美集成，适合高精度自动化生产应用CMT技术在多个工业领域有广泛应用汽车工业中用于钢铝混合车身结构的连接，解决了轻量化设计中的关键焊接问题；航空航天领域用于薄壁铝合金结构和钛合金部件的焊接；电子和电气工业中用于散热器、电池连接等对变形敏感的部件；家电制造中用于薄板箱体和管道连接随着技术发展，CMT已衍生出多种变体，如CMT Advanced、CMT Pulse和CMT Twin，进一步扩展了应用范围，满足不同焊接需求第十四章焊接标准与规范标准类型代表性标准适用范围主要内容国家标准GB/T324焊接通用要求焊接术语、符号、质量分级国家标准GB50236现场施工焊接工程质量验收规范行业标准JB4730压力容器压力容器焊接规程国际标准ISO3834质量管理金属材料焊接质量要求国际标准ISO5817质量等级钢焊缝质量等级分类国际标准ISO9606人员资格焊工资格考试标准美国标准AWS D

1.1钢结构结构钢焊接规范焊接标准和规范是确保焊接质量和安全的重要技术依据它们规定了焊接材料、工艺、人员资格、检验方法和质量验收等方面的要求，为焊接生产提供了统一的技术准则国家标准主要包括基础通用标准和专业应用标准，如GB/T324《焊接通用技术条件》规定了基本要求，而GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》则针对特定应用领域国际标准方面，ISO（国际标准化组织）和IIW（国际焊接学会）制定了一系列广泛采用的焊接标准区域性标准组织如欧洲标准化委员会（CEN）也有影响力广泛的标准此外，各国还有专业协会标准，如美国焊接学会（AWS）、美国机械工程师协会（ASME）和日本焊接学会（JWS）等制定的标准，在各自领域具有重要地位随着全球化的发展，各国标准逐渐趋于协调统一，一些国际标准被直接采纳为国家标准焊工资格认证高级技师具备解决复杂焊接工程问题的能力1技师2能独立完成各种焊接工作并指导他人高级工3掌握多种焊接方法和各种位置焊接中级工4能完成一般难度的焊接工作初级工5具备基本焊接技能和知识焊工资格认证是评价焊工技术水平和操作能力的重要制度根据国家职业技能标准，焊工职业资格分为五个等级初级工（五级）、中级工（四级）、高级工（三级）、技师（二级）和高级技师（一级）各级别对理论知识和实际操作能力有不同要求，级别越高，要求越严格焊工资格证书通常需要定期复审，以确保持证人员的技术水平持续符合要求焊工资格考核内容主要包括两部分理论知识考试和实际操作考核理论考试内容涵盖焊接基础知识、工艺参数、材料特性、设备操作、质量控制和安全规范等实际操作考核要求考生按照规定工艺参数完成试件焊接，然后对焊接试件进行外观检查和力学性能试验根据不同的应用领域和焊接方法，焊工资格认证有多种类型，如压力容器焊工、管道焊工、结构焊工等，以及手工电弧焊、气体保护焊、氩弧焊等不同焊接方法的专项认证焊接质量管理体系ISO3834ISO3834《金属材料的焊接质量要求》是专门针对焊接质量管理的国际标准，它是ISO9001在焊接领域的具体应用和延伸ISO3834分为四个部分，规定了三个不同级别的质量要求全面的质量要求（第2部分）、标准的质量要求（第3部分）和基本的质量要求（第4部分）企业可根据产品复杂程度、安全要求和经济因素选择适ISO9001当的级别标准涵盖了焊接质量管理的各个方面，包括设计评审、ISO9001是国际通用的质量管理体系标准，适用于各类组织2分包方管理、焊接人员、检验人员、设备、焊接活动、焊接材料、对于焊接企业，建立ISO9001质量管理体系是基础性工作，它热处理、检验和试验、不合格控制和可追溯性等要求企业建立文件化的管理体系，包括质量方针、目标、手册

1、程序文件和作业指导书等，并通过内部审核和管理评审持续焊接质量保证改进ISO9001强调过程方法和风险思维，要求组织识别各个焊接质量保证是一系列有计划、有组织的活动，旨在确保焊接产品过程及其相互关系，并对过程进行监视和测量，确保持续满足3满足质量要求有效的焊接质量保证体系应包括以下要素合格的顾客要求焊接工程师和质量检验人员；文件化的焊接工艺规程和作业指导书；焊接材料的验收和管理；焊接设备的维护和校准；焊工资格的管理和培训；焊接过程的监控和记录；焊接接头的检验和试验；不合格品的控制和处理；质量记录的保存和分析企业应根据产品特点和相关标准要求，建立适合自身的焊接质量保证体系课程总结知识回顾本课程系统介绍了金属焊接技术的理论基础和实践应用，涵盖了焊接基础知识、各种焊接方法的原理与工艺、焊接冶金、焊接应力与变形、1焊接工艺设计、焊接质量控制、焊接自动化、特殊材料焊接以及焊接安全与标准等内容通过学习，您应该已经掌握了焊接的基本原理、各种主要焊接方法的特点和适用范围、焊接接头的设计与优化、焊接缺陷的防止与控制等关键知识实践要点焊接是一门实践性很强的技术，理论知识必须通过实践才能真正掌握在实际应用中，请特别注意以下几点正确选择焊接方法和工艺参数，考虑材料特性、接头形式和使用要求；严格控制焊接质量，包括焊前准备、焊接操2作和焊后检验；重视焊接安全，做好个人防护和环境保护；保持学习新技术、新工艺的积极性，跟进行业发展趋势记住，成为优秀的焊接技术人员需要理论与实践的不断结合和积累未来发展趋势焊接技术正朝着自动化、智能化、绿色化和多样化方向发展自动化和智能化方面，焊接机器人、传感技术、人工智能和大数据分析将进一步提高焊接效率和质量；绿色化方面，低能耗、低排放、低污染的焊接技术将得到推广；多样化方面，新材3料（如高强钢、铝合金、复合材料）的应用将促进新焊接方法的发展同时，焊接与3D打印等增材制造技术的融合也将创造新的制造可能作为焊接技术人员，要保持开放的心态，持续学习，才能在这个不断发展的领域保持竞争力。