《金属焊接技术》课件

金属焊接技术欢迎参加金属焊接技术课程！本课程将全面介绍现代焊接工艺的基本原理、工艺方法及应用实践焊接作为金属加工与连接的关键技术，广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶、桥梁等众多工业领域通过系统学习，您将掌握各种焊接方法的工作原理、操作技巧、质量控制及安全规范，为进入相关行业或提升专业技能打下坚实基础本课程结合理论与实践，特别关注现代焊接技术的发展与创新应用让我们一起探索这门融合了材料科学、热力学、电学等多学科知识的精湛工艺！金属焊接的历史与发展古代焊接1最早可追溯至公元前3000年的青铜时代，古埃及人和美索不达米亚人已开始使用锤打焊接技术连接金属当时主要依靠简单加热和锻打实现金属连接工业革命时期219世纪，随着电力技术发展，电弧焊接技术诞生1881年，俄国科学家尼古拉·贝纳多斯发明了碳弧焊1888年，斯拉维亚诺夫发明了金属电极电弧焊320世纪初期第一次世界大战期间，焊接技术得到迅速发展气体焊接、电阻焊接等新技术相继出现，取代了大量铆接技术现代焊接4二战后至今，激光焊接、电子束焊接、摩擦搅拌焊等高能量密度焊接技术问世数字化、智能化焊接设备大大提高了焊接质量和效率当前，全球焊接工业市场规模超过2000亿美元，中国已成为全球最大的焊接设备生产国和消费国随着新材料、新工艺不断涌现，焊接技术仍在持续创新发展焊接定义与基本概念焊接的本质焊接分类方式与其他连接方法的区别焊接是一种利用热能、压力或二者共同作根据连接机理可分为熔焊融化母材形与铆接、螺栓连接等机械连接相比，焊接用，使金属与金属之间形成原子间结合的成连接、压焊固态下通过变形和原子扩能形成冶金结合，接头强度高、气密性工艺过程其本质是在原子层面实现材料散连接和钎焊利用低熔点金属实现连好；与粘接相比，抗温性能更佳，但可能的永久连接，使连接处具有与母材相近的接根据热源可分为气焊、电弧焊、引入热变形；与铸造相比，焊接适用于复力学性能电阻焊、激光焊等杂结构且能优化材料分配理解焊接的本质和分类是掌握焊接技术的基础不同的焊接方法具有各自的适用范围和技术特点，为工业制造提供了多样化的连接解决方案常见工业金属简介金属类型主要特性典型应用焊接适应性碳钢强度适中，价格低建筑结构，机械零良好，多种焊接方廉件法适用不锈钢耐腐蚀，表面美观食品设备，化工装良好，需控制热输置入铝合金轻质，导热性好航空，汽车轻量化较难，需特殊工艺铜合金导电导热，耐蚀电气设备，热交换困难，易产生气孔器钛合金高强轻质，耐腐蚀航空航天，医疗植需严格保护，防止入物氧化不同金属材料由于其化学成分、物理特性和冶金性能的差异，在焊接过程中表现出不同的特点了解这些材料的基本性能参数，对于选择合适的焊接工艺和参数至关重要焊接适应性主要受材料的热膨胀系数、导热性、熔点及与氧、氮、氢等元素的亲和力影响高强度合金、特种金属的焊接往往需要特殊工艺和严格的工艺控制焊接工艺分类总览压焊在固态或半熔状态下，通过施加压力使金属结合•电阻焊（点焊、缝焊、对焊）熔焊•摩擦焊•爆炸焊、超声波焊钎焊通过热源使母材和填充金属熔化，冷却凝固后形成焊缝利用低于母材熔点的钎料，在接头处形成连接•电弧焊（手工电弧焊、气体保护焊等）•气焊•硬钎焊（钎料熔点450℃）•激光焊、电子束焊•软钎焊（钎料熔点450℃）不同焊接工艺适用于不同场合，选择合适的焊接方法需考虑材料特性、接头要求、生产效率和成本等因素熔焊是应用最广泛的焊接方式，适合大多数金属结构；压焊在特殊材料连接和批量生产中优势明显；钎焊适用于精密零件和异种材料连接熔焊基础理论热量输入热源（电弧、激光等）将能量传递到工件表面，母材吸收热量温度升高熔池形成当表面温度达到材料熔点时，金属开始熔化形成液态熔池，添加的焊丝或焊条也熔化并与母材混合金属熔合液态金属内的对流和扩散促进金属原子混合，形成均匀的化学成分分布凝固结晶热源移动后，熔池冷却并发生固化，形成特定晶粒结构的焊缝金属影响熔焊质量的主要工艺因素包括热输入量（决定熔池大小和冷却速度）、焊接速度（影响热循环和能量密度）、焊丝成分（影响最终焊缝性能）以及保护方式（防止大气污染）合理控制熔焊过程参数，是获得高质量焊接接头的关键过高的热输入可能导致粗大晶粒和性能下降，而过低的热输入则可能引起未熔合等缺陷电弧焊原理电弧形成电极与工件间施加电压，产生电离通道，形成等离子体电弧能量转换电能转化为热能，温度可达5000-6000℃熔化与传递电极熔化并通过电弧传递到工件表面电弧焊的关键特性参数包括电弧电压、焊接电流和电弧长度电弧电压（通常为18-40V）影响电弧长度和热量分布；焊接电流（从几十安培到数百安培不等）直接决定熔深和熔敷速率；电弧长度则影响电弧稳定性和焊缝成形影响电弧稳定性的因素很多，包括电源特性（恒流或恒压）、电极材料、保护气体类型、外部磁场干扰以及操作技巧等稳定的电弧是获得优质焊缝的基础，现代焊机通过脉冲技术、电子控制等方式提高了电弧的稳定性气焊与气割基础气焊原理气割原理气焊利用可燃气体（如乙炔、丙烷）与氧气混合燃烧产生的高温气割是利用氧气与金属高温氧化反应的放热效应切割金属的工火焰作为热源，熔化母材和填充金属形成焊缝典型的氧-乙炔艺预热火焰将金属加热至点燃温度，高纯氧气射流使金属剧烈火焰温度可达3100℃左右氧化，并将氧化物吹离形成切口•中性焰氧乙炔比例适中，适合大多数金属焊接气割主要适用于碳钢、低合金钢等易氧化金属，不适合切割铝、不锈钢等形成致密氧化膜的金属现代气割设备通常配备数控系•氧化焰氧气过量，用于铜合金等焊接统，可实现复杂轮廓的精确切割•还原焰乙炔过量，适用于铝、镁等易氧化金属气焊设备成本低，适用范围广，特别适合野外作业和修复工作，但生产效率较低，热影响区大，已逐渐被电弧焊等高效焊接方法所替代气割因其设备简单、成本低廉，仍广泛应用于钢材切割加工领域压焊工艺原理原子扩散固态原子跨界面迁移形成金属键热活化作用温度升高促进原子活动性增强压力应用外力使接触面积增大，塑性变形暴露洁净金属压焊是在固态条件下，主要通过压力和辅助加热使金属表面原子之间形成牢固结合的焊接方法与熔焊不同，压焊过程中金属不发生熔化或仅少量局部熔化，因此能避免熔焊中的气孔、偏析等缺陷，特别适合焊接难熔金属和异种金属电阻焊是最常见的压焊方式，利用接触电阻产生的焦耳热和电极压力实现连接；摩擦焊则利用机械摩擦产生热量和塑性变形；爆炸焊利用爆炸产生的高速碰撞形成金属喷射现象，实现大面积冶金结合不同压焊方法在航空航天、汽车制造、电子工业等领域有广泛应用钎焊工艺基本原理钎料选择钎料必须具有低于母材熔点的熔点，良好的流动性和润湿性，以及与母材的冶金相容性常用钎料包括铜基、银基、铝基、镍基等合金选择钎料时需考虑使用温度、强度要求和抗腐蚀性能助焊剂应用助焊剂用于清除金属表面氧化物，降低表面张力，改善润湿性根据工作温度可分为低温助焊剂（如氯化锌基）和高温助焊剂（如硼砂、硼酸基）某些情况可采用保护气氛替代助焊剂接头形成加热至钎料熔点以上，钎料熔化并在毛细作用下流入接缝间隙，与母材发生界面反应，形成金属间化合物或固溶体，冷却后形成牢固连接最佳接缝间隙通常为

0.05-

0.2mm钎焊因其独特优势，在特定领域得到广泛应用适用于薄壁部件和精密零件连接，热输入低，变形小；能实现气密性好的复杂多点连接；特别适合异种金属连接；在电子、仪器、制冷、首饰等行业有不可替代的作用金属焊接热影响区℃倍5003-5典型临界温度宽度比例金属组织开始明显变化的温度阈值热影响区宽度通常为焊缝宽度的3-5倍30%强度变化低合金钢HAZ区强度最高可降低30%热影响区HAZ是指焊接过程中，未熔化但受到加热而发生组织变化的母材区域这一区域因经历了复杂的热循环，可能出现晶粒粗化、脆性组织形成或软化现象，往往成为焊接接头的薄弱环节不同金属在热影响区表现出不同特点低碳钢可能出现晶粒粗大；高碳钢易形成马氏体；铝合金可能发生软化；不锈钢可能产生敏化现象导致晶间腐蚀倾向控制焊接热输入、选择合适的焊接工艺参数、实施预热或后热处理，都是减轻热影响区不良影响的重要措施金属焊接常见接头形式焊接接头形式的选择取决于多种因素，包括结构受力情况、焊接工艺可行性、制造成本和检测便利性等对接接头强度高、变形小，适用于主要受力构件；搭接接头装配简单，但消耗材料多；角接接头和T形接头广泛用于框架结构；边接头则常用于薄板连接各类接头还可根据开坡口形式细分为多种类型，如V型、X型、U型等，不同坡口形式适用于不同板厚和焊接工艺合理选择接头形式和坡口类型，对降低生产成本、保证焊接质量具有重要意义手工电弧焊基础焊机组成手工电弧焊设备主要包括电源（交流或直流）、电缆、焊钳和工件夹现代逆变焊机体积小、重量轻、效率高，并具有多种智能控制功能电极类型焊条根据涂层成分分为碱性焊条、酸性焊条、纤维素焊条和钛钙型焊条等碱性焊条机械性能好但操作性较差；酸性焊条操作简便但抗裂性较弱；不同焊条适用于不同场合操作要点正确的焊接姿势、合适的电弧长度控制、稳定的焊接速度和合理的摆动幅度是获得优质焊缝的关键初学者应重点练习引弧、稳弧和收弧技术常见问题电弧不稳、粘条、飞溅过大、气孔、夹渣等是初学者常遇到的问题这些问题通常可通过调整焊接参数、改进操作技巧和保持焊条干燥等措施解决手工电弧焊设备简单、适应性强、成本低，在各类修复和现场焊接中仍有广泛应用但其生产效率低、质量依赖操作者技能水平，在现代工业生产中已逐渐被半自动和自动焊接工艺所替代氩弧焊（）技术TIG保护原理氩气作为惰性气体，隔绝空气，防止钨极和焊池氧化，保证焊缝质量氩气还具有良好的电离性能，有助于电弧稳定工艺特点使用不熔化钨极产生电弧，焊丝与电极分离，可精确控制填充量电弧热量集中，焊缝成形美观，无飞溅和渣分离问题适用范围特别适合焊接不锈钢、铝、镁、钛等有色金属和薄板材料在航空航天、核工业、精密仪器等领域广泛应用，是高质量要求场合的首选工艺氩弧焊的优点在于焊缝质量高、无污染、适用材料广泛；但其缺点也明显，包括焊接速度慢、生产效率低、设备和气体成本高根据极性不同，可分为直流正极性（DCSP）、直流反极性（DCRP）和交流（AC）三种模式，分别适用于不同材料操作氩弧焊需要较高技能，正确的电流、气体流量设置以及稳定的手法对焊接质量影响很大现代氩弧焊机通常配备脉冲功能、斜坡控制和高频启动等功能，以提高操作性和焊接质量埋弧焊（）工艺SAW焊剂铺设在焊接前，将粒状焊剂均匀铺设在接头区域，形成厚度约20-30mm的焊剂层电弧建立焊丝通过焊剂层与工件接触，引燃电弧，焊接过程完全在焊剂层下进行焊剂回收未熔化的焊剂经回收系统收集，经筛选处理后可重复使用埋弧焊使用的焊剂主要成分为二氧化硅、氧化锰、氧化钙等，根据冶金性能可分为酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂焊剂在焊接过程中起到保护熔池、稳定电弧、净化金属和形成保护渣层等多重作用埋弧焊设备主要包括焊接电源（通常为恒压特性）、送丝系统、焊剂供给和回收装置，以及行走机构或操作机因其高效率（可达15-60kg/h的沉积率）、高质量和全自动化特性，广泛应用于造船、压力容器、管道和重型机械制造等领域，特别适合厚板平焊和环缝焊接气体保护焊（、、）GMAW MAGMIG等离子弧焊技术热源特性工作模式等离子弧焊使用压缩电弧作为热源，通过水冷铜喷嘴将电弧束缚等离子弧焊有三种主要工作模式并压缩，形成高温、高速、高能量密度的等离子射流等离子弧•微等离子模式电流

0.1-15A，用于薄板精密焊接温度可达15000-20000℃，远高于普通电弧焊•中等离子模式电流15-100A，类似TIG焊等离子弧具有优异的方向性和穿透能力，能形成钥匙孔效应，•键孔等离子模式电流100-500A，可单道焊透厚板实现深熔透焊接同时，其热能分布集中，热影响区小，变形少，特别适合精密焊接不同模式适用于不同厚度和要求的焊接任务，灵活性强等离子弧焊在航空航天、核工业、精密仪器等领域有重要应用如航天器燃料箱焊接、发动机薄壁部件连接、核电站管道系统焊接等此外，等离子切割技术也是一种重要应用，能高效切割各种金属材料并获得高质量切口点焊与缝焊原理点焊原理缝焊原理汽车工业应用点焊是在两片重叠金属之间，利用铜电极加缝焊使用轮形电极，在连续或间歇通电的同一辆现代汽车车身通常包含2000-5000个点压并通过大电流，依靠接触电阻发热使局部时，电极沿焊缝滚动，形成连续或间断的焊焊点焊接机器人能精确控制焊接参数和位金属熔化形成焊点的工艺典型工作参数缝可实现气密性好的连续连接，常用于制置，确保连接强度和一致性高强度钢、铝电流5000-15000A，电压1-10V，时间

0.1-造金属容器、水箱、油箱等需密封的产品合金等新材料的应用，对点焊工艺提出了更

0.5秒，压力200-500kg高要求点焊、缝焊具有生产效率高、自动化程度高、无需填充材料、变形小等优点，但也存在不适用于厚板、接头强度较低、设备投资大等缺点随着新材料和新控制技术的发展，逆变点焊机、中频点焊机等新型设备大大提高了焊接质量和适用范围摩擦焊技术旋转阶段加热软化一个工件高速旋转，另一个保持静止，两者接触面温度升高但低于熔点，金属软化并进接触面产生摩擦热入塑性状态停转锻造施加压力旋转突然停止，保持压力直至接头完全冷却在塑性状态下施加轴向锻压力，使两工件紧固化密接触摩擦焊是一种固态连接技术，焊接过程中金属不熔化或仅局部微熔化，因此避免了气孔、夹渣等熔焊缺陷，特别适合焊接异种金属和难焊材料其变种工艺包括线性摩擦焊、惯性摩擦焊和搅拌摩擦焊等摩擦搅拌焊（FSW）作为一种革命性创新工艺，使用旋转工具产生热量并搅拌塑性变形金属，实现固态连接该技术在铝合金、镁合金等轻金属结构中应用广泛，已成功应用于航空航天、铁路客车、船舶等领域，展现出巨大的工业价值激光焊与电子束焊特性激光焊接电子束焊接热源原理高能光子束聚焦产生高能量密度高速电子束轰击工件转化为热能工作环境可在大气环境下工作需要真空环境（10⁻²-10⁻⁴Pa）能量密度10⁵-10⁷W/cm²10⁶-10⁹W/cm²深宽比最高可达10:1可达30:1典型应用电子元件、精密零件、汽车零部件航空发动机、核反应堆、高真空装置激光焊接和电子束焊接作为高能量密度焊接方法，具有热影响区小、变形少、焊接速度快、适用于精密焊接等共同优点激光焊接不需要真空环境，操作灵活，易于自动化，但能量利用率较低；电子束焊接能量利用率高，焊缝质量极佳，但设备成本高，需要真空环境近年来，光纤激光器和半导体激光器技术的发展大大降低了激光焊设备成本，提高了能量效率，使激光焊接技术得到更广泛应用激光-电弧复合焊等新型混合热源焊接技术也展现出良好应用前景常用焊接设备现代焊接设备经历了从传统变压器式到晶闸管控制再到逆变技术的演变逆变焊机以高频开关电源技术为基础，体积小、重量轻、效率高，并具有优异的电弧特性智能化焊机能根据材料和厚度自动设定参数，大大提高了操作便利性和焊接质量一致性焊接自动化设备发展迅速，从简单的焊接小车到复杂的多轴焊接机器人，再到基于机器视觉的智能焊接系统当前，工业

4.0趋势下，焊接设备向数字化、网络化、智能化方向发展，远程监控、数据分析、质量追溯等功能不断完善，有效提升了生产效率和质量控制水平金属焊材分类焊条焊丝主要用于手工电弧焊，由芯丝和涂层组成根据涂层成分可分为酸性焊用于气体保护焊、埋弧焊等，有实心焊丝和药芯焊丝两种实心焊丝成条、碱性焊条、纤维素焊条等不同材料有专用焊条，如不锈钢焊条、分与母材相近；药芯焊丝内含助熔剂，可替代保护气体或提供合金元铸铁焊条、铝焊条等素焊剂钎料主要用于埋弧焊和电渣焊，形式为粒状或粉末状焊剂提供保护、净用于钎焊，分为软钎料和硬钎料常见软钎料有锡铅合金；硬钎料包括化、合金和冶金效果常见有氟化物型、锰硅型和中性焊剂等铜基、银基、镍基等，选择取决于使用温度和强度要求焊接材料的选择原则包括与母材材质相匹配；满足接头力学性能要求；适应焊接位置和工艺特点；考虑使用环境因素（如耐腐蚀、耐高温等）；遵循经济合理原则正确选择焊材是保证焊接质量的关键环节之一保护气体的种类及作用惰性气体活性气体混合气体主要包括氩气Ar和氦气He，化学性质稳主要包括二氧化碳CO₂和氧气O₂，会与熔结合多种气体优点，实现更佳焊接效果定，不与熔池金属发生反应池金属发生一定反应•Ar+CO₂常用比例为80%Ar+20%CO₂，•氩气价格相对便宜，电离电位低，适合•CO₂成本低，穿透能力强，但飞溅大，减少飞溅大多数金属多用于碳钢•Ar+O₂通常添加1-5%氧气，提高流动性•氦气热导率高，弧柱温度高，适合厚板•O₂少量添加可改善电弧稳定性和流动•Ar+He结合两种惰性气体优点，用于和高导热金属性，减少气孔铝、铜等保护气体的选择需考虑材料类型、焊接方法、成本和期望的焊缝性能正确的气体选择和流量控制对焊接质量至关重要近年来，三元甚至四元混合气体配方不断创新，为特定应用提供更精确的性能平衡电极、焊丝及其标准金属焊接前处理工艺表面清理焊接前必须彻底清除焊接区域的油脂、锈蚀、氧化皮和污垢常用方法包括机械清理（如打磨、喷砂、钢丝刷）和化学清理（如酸洗、碱洗、溶剂脱脂）对于铝、钛等活泼金属，清除表面氧化膜尤为重要，否则将严重影响焊接质量坡口制备根据材料厚度和焊接工艺要求，准备合适的坡口形式（如V型、X型、U型等）坡口加工方法包括气割、等离子切割、机械加工等坡口角度、钝边尺寸和间隙大小需严格控制，以保证焊缝熔透和成形质量部分精密焊接还需对坡口表面进行精加工预热与装配对高碳钢、厚板和某些特殊材料，需进行预热处理，防止冷裂纹预热温度由材料特性决定，通常在100-350℃之间装配过程中，需使用夹具或点焊固定工件位置，确保尺寸精度，控制焊接变形对精密结构，应设计合理的焊接顺序，平衡焊接应力焊接前处理是确保焊接质量的关键环节，直接影响焊缝成形、气孔、裂纹等缺陷的形成在高质量要求的工程中，必须制定详细的前处理工艺规范，并严格执行随着自动化技术发展，激光清洗、机器人坡口加工等先进前处理技术也日益普及金属焊接后处理工艺清渣与表面处理热处理校正与矫形焊后首先去除焊渣、飞溅和临时固定装置，随后可焊后热处理PWHT主要包括应力消除退火550-焊接变形是常见问题，可通过机械矫正（如压力矫进行打磨、抛光等表面处理对需涂装的结构，还650℃，减少残余应力和变形；正火处理，细化晶正、锤击矫正）或热矫正（局部加热后快速冷却）需进行除油、酸洗等处理，确保涂层附着力对特粒；回火处理，调整硬度和韧性；固溶处理和时效消除大型结构可能需要精确测量和有计划的矫正殊应用，如不锈钢焊缝，还需进行钝化处理，恢复处理，主要用于特殊合金热处理可采用炉加热或流程矫正过程中应避免过度变形和新的残余应力耐腐蚀性能局部加热方式，温度和保温时间需严格控制引入焊接后处理工艺对保证最终产品质量和使用性能至关重要特别是对压力容器、承重结构等安全关键部件，后处理工艺必须纳入质量控制体系，编制详细工艺文件，记录处理参数和结果随着工业要求提高，焊后处理技术也在不断创新，如超声冲击处理、激光表面硬化等新工艺不断应用常见焊接缺陷类型焊接缺陷是影响接头质量和使用安全的关键因素裂纹是最危险的缺陷，包括热裂纹、冷裂纹、层状撕裂等，主要由金属冶金性能差、残余应力大和氢脆等因素引起；气孔是熔池中气体未能及时逸出而形成的圆形或椭圆形空洞，常见原因是焊材潮湿、母材表面污染或保护不足；夹渣是焊缝中的非金属夹杂物，多因焊渣清理不彻底或多层焊时操作不当所致未熔合是指焊缝与母材或焊道之间未能形成冶金结合的缺陷，主要由热输入不足或操作不当引起；咬边是焊缝边缘处母材被熔化但未填满形成的沟槽；焊瘤和过度焊道凸出则属于成形缺陷，影响外观和应力集中预防焊接缺陷需从焊前准备、参数选择、操作技能和质量控制等环节综合考虑焊接变形与应力安全隐患降低结构承载能力，引发疲劳损伤变形表现纵向收缩、横向收缩、角变形和扭曲产生机理不均匀加热和冷却导致的热膨胀与收缩焊接变形和残余应力是由焊接热循环引起的不可避免的现象当局部金属被加热膨胀时，周围冷态金属对其产生约束；冷却过程中，热膨胀区域收缩受阻，形成残余拉应力，而周围区域则产生压应力这种复杂的应力分布可能导致结构刚度降低、尺寸变化、甚至开裂控制焊接变形和应力的主要方法包括合理设计结构和焊接工艺（如对称布置焊缝、减少焊缝数量）；采用合适的焊接顺序（如跳焊、背步焊）；使用夹具约束；预变形补偿；控制热输入；焊后热处理等大型桥梁制造中，采用精确的预拱度设计和分段装配技术，可有效控制最终结构的尺寸精度金属焊接的力学性能常用质量检测方法外观检查（VT）射线检测（RT）超声波检测（UT）最基本、最直接的检测方法，使用目视利用X射线或γ射线穿透能力，检测焊缝利用超声波在材料中传播和反射原理，或简单工具检查焊缝表面缺陷，如咬内部缺陷射线经过有缺陷区域时，透探测内部缺陷相比射线检测，超声波边、表面气孔、焊瘤等外观检查可使射强度发生变化，在底片或数字探测器检测无辐射危害，可检测较厚材料，且用焊缝量规、放大镜等辅助工具提高检上形成影像射线检测能发现气孔、夹能准确确定缺陷位置和尺寸相控阵超出率尽管简单，但规范的外观检查仍渣、未熔合等内部缺陷，检测精度高，声技术进一步提高了检测能力和效率，能发现多数影响质量的表面问题但成本较高，且有辐射安全问题已成为重要结构检测的主流方法磁粉检测（MT）利用磁场泄漏原理，适合检测表面和近表面裂纹，但仅适用于铁磁性材料渗透检测（PT）使用毛细管作用原理，能发现表面开口缺陷，操作简便，适用于多种材料漏磁检测、涡流检测等方法也在特定领域应用无损检测（NDT）技术选择取决于检测目的、材料特性、可行性和成本因素重要结构通常采用多种方法互补检测，提高可靠性近年来，数字化、自动化NDT设备发展迅速，如数字射线、爬壁式超声机器人等，大大提高了检测效率和准确性金属焊缝组织与金相分析低碳钢焊缝组织不锈钢焊缝组织铝合金焊缝组织典型的低碳钢焊缝显微组织包括铁素体、珠奥氏体不锈钢焊缝可能含有铁素体相，控制铝合金焊缝常见枝晶状组织，热影响区可能光体和少量贝氏体焊缝中心区常呈现柱状铁素体含量对防止热裂纹至关重要焊缝冷出现晶粒粗化和强化相溶解热处理铝合金晶，由于定向凝固形成热影响区可分为过却过程中，可能在晶界析出碳化铬，导致敏焊后强度下降明显，主要由于热影响区的过热区、正火区、部分正火区和回火区，各区化现象，降低耐腐蚀性稳定化处理和低碳时效或再时效焊接工艺参数对最终组织和具有不同晶粒大小和组织形态不锈钢的使用可减轻这一问题性能影响显著金相分析是研究焊接冶金行为和质量评价的重要方法通过样品制备（切割、镶嵌、研磨、抛光和腐蚀）后，采用光学显微镜或电子显微镜观察微观组织现代分析还结合能谱分析、X射线衍射、电子背散射衍射等技术，实现成分和晶体结构的精确表征焊接工艺评定初步焊接工艺规程p编制基于设计要求、材料特性和生产条件，确定焊接方法、焊材、参数范围等基本要素焊接试板制作按p要求准备试板并完成焊接，记录实际参数和过程数据试样检测从试板取样进行无损检测和力学性能试验，包括拉伸、弯曲、冲击、硬度和金相检验等结果评价依据相关标准评价检测结果，判定工艺是否满足要求焊接工艺规程确认编制正式工艺规程和工艺评定报告PQR，作为生产依据焊接工艺评定是确保焊接质量的关键步骤，旨在验证特定焊接工艺能否生产出符合设计要求的接头国际通用的评定标准包括ISO15614系列、ASME IX、AWS D

1.1等，中国采用GB/T24734等标准不同应用领域（如压力容器、桥梁、海洋结构）有专门的评定规范工艺评定一旦通过，其适用范围（覆盖范围）由标准规定，包括材料厚度范围、焊接位置、热输入范围等超出覆盖范围时，需重新进行评定对于特殊材料或关键结构，可能需要增加额外的试验项目焊工资格考试也是工艺实施质量保证的重要一环，验证操作人员掌握特定工艺的能力焊接工艺参数选择常见焊接安全隐患电击危险焊接设备使用高电压高电流，存在严重电击风险潮湿环境、破损电缆、缺乏接地或接地不良都会增加电击概率特别是在狭窄金属空间作业时，电击风险更高预防措施包括使用绝缘手套、保持设备干燥、定期检查电缆绝缘层和正确接地火灾爆炸焊接产生的高温、火花和熔滴可引燃周围可燃物气瓶泄漏、储存不当或操作失误可能导致爆炸焊接前必须清除工作区域内的易燃物，配备灭火器材，气瓶远离热源并固定，严禁带压检修设备在有爆炸危险场所作业需特殊许可和安全措施灼伤危害焊接飞溅和接触刚焊完的工件可造成严重灼伤电弧温度可达5000℃以上，辐射热也可引起烫伤必须穿戴阻燃工作服、焊接手套、皮质护腿和安全鞋等防护装备，使用遮挡屏隔离热辐射，禁止徒手触摸刚完成焊接的金属眼部伤害焊接电弧产生强烈紫外线和红外线，可导致电光性眼炎（又称电弧眼）和长期视力损伤必须使用合适遮光等级的焊接面罩，周围人员也应避免直视电弧或使用防护屏障焊渣飞溅还可能造成机械性眼伤，应配戴安全眼镜现代焊接安全设备不断改进，包括自动变光焊帽、呼吸防护系统、火花阻挡毯和安全监测装置等企业应建立完善的安全管理制度，包括设备定期检查、安全培训、应急预案和个人防护装备管理，确保焊接操作的本质安全金属焊接职业健康与防护焊接烟尘危害与控制辐射危害与防护个体防护装备焊接烟尘含有金属氧化物颗粒，如铁、锰、铬、焊接电弧产生强烈紫外线、可见光和红外线辐合格的焊工防护装备包括焊接面罩（遮光等级镍等，直径多在

0.01-1微米之间，可深入肺泡射紫外线可导致皮肤灼伤类似晒伤，长期暴露9-13），耐高温工作服和手套，安全鞋，呼吸防长期吸入可能导致尘肺、金属烟热、神经系统损增加皮肤癌风险；强光可刺激视网膜；红外线产护（如N95口罩、供气式呼吸器）在通风不良伤等疾病不锈钢焊接产生的六价铬和镍化合物生热效应防护措施包括使用防护面罩、穿戴覆空间作业时，必须使用正压供气式呼吸器对于具有致癌性控制措施包括局部排风系统、移动盖全身的阻燃工作服、设置焊接屏障保护周围人高强度或长时间焊接，应考虑降噪耳塞防护听式烟尘净化器和机械通风员力职业健康保护需要工程控制、管理措施和个人防护相结合工程控制包括改进工艺（如使用低烟焊材）、排风系统和隔离设施；管理措施包括岗位轮换、健康监测和定期体检；个人防护是最后防线，但也是必不可少的环节企业应建立完善的职业病防护制度，保障焊工的健康安全焊接操作规范与流程工艺准备设备检查确认图纸要求，检查材料与焊材，核对文件1焊机功能测试，附件完好性检查，安全装置确认记录归档焊前处理填写焊接记录，标识追溯，文件存档清理坡口，装配定位，预热（如需）质量检验焊接实施外观检查，尺寸测量，必要的无损检测按工艺参数焊接，控制层间温度，清理层间渣标准化的焊接操作流程是保证焊接质量一致性的关键焊接工艺规程（）和作业指导书（SOP）应详细规定每个步骤的具体要求，包括材料规格、焊接参数范围、层间温度控制、道次安排、预热和后热要求等关键工序应设置检查点，由专人验证后方可继续焊接记录是质量追溯的重要依据，应包含焊工信息、材料批次、使用焊材、实际参数、日期时间、检验结果等关键信息对于重要结构，如压力容器、桥梁等，还需保存焊工资格证书复印件、焊材合格证、检测报告等详细资料现代智能化焊接设备具备自动记录和上传功能，提高了数据的准确性和管理效率机械化与自动化焊接300%生产效率提升相比手工焊接的平均提升率90%一次合格率高端自动化焊接系统平均水平50%劳动强度降低操作人员工作负荷减轻程度30%材料节约通过精确控制减少过度焊接机械化焊接是焊工操作主要焊接参数，而由机械装置控制焊接动作，如焊接小车、管道旋转器等；自动化焊接则是由程序控制整个焊接过程，操作者仅负责监督和调整机器人焊接作为高级自动化形式，具备多轴运动能力，可实现复杂轨迹和姿态的焊接任务典型的自动化焊接生产线包括工件定位系统、夹具设计、焊接机器人、送丝系统、电源控制单元、视觉传感器和中央控制系统等汽车制造业是焊接自动化应用最成熟的领域，一条现代化白车身生产线可包含数十台焊接机器人，协同完成数千个焊点船舶制造中的平面分段流水线、管道预制自动焊接系统也显著提高了生产效率和质量稳定性数字化、智能焊接技术焊接过程监控智能参数调节现代数字化焊接系统能实时采集和分析关键参先进焊接系统配备自适应控制功能，能根据实时数，包括电流、电压、送丝速度、气体流量等监测数据自动调整焊接参数，应对工况变化典高级系统还集成电弧声音分析、熔池视觉监测和型应用包括温度场红外检测，全方位监控焊接状态•焊缝跟踪系统，自动调整轨迹•参数偏离设定范围时自动报警或停机•间隙自适应系统，调整送丝速度•异常状态识别准确率达95%以上•通过机器学习优化焊接参数•数据可追溯，支持质量分析和优化•智能电源实时控制电弧特性数字孪生应用数字孪生技术将物理焊接系统与虚拟模型结合，实现预测、优化和远程控制•焊接过程仿真，预测变形和应力•工艺参数优化，减少试验成本•远程专家支持，解决现场问题•与MES、ERP系统集成，实现智能生产智能焊接技术的发展正推动制造业向工业

4.0迈进基于人工智能的焊缝质量预测系统能从表观特征判断内部质量，减少无损检测工作量；云平台技术实现全球焊接设备互联，便于管理和技术共享；增强现实AR技术辅助焊工培训和操作指导，缩短学习周期未来，随着5G、大数据和人工智能技术深度融合，焊接生产将更加智能化、网络化和绿色化焊接在钢结构中的应用钢结构是焊接技术最重要的应用领域之一在桥梁建设中，焊接是连接主梁、横梁和加劲板的主要方法特大型桥梁如港珠澳大桥采用全熔透对接焊缝，确保结构完整性；箱梁内部的角焊缝则用于传递剪应力质量控制重点包括防止焊接变形、消除残余应力和确保疲劳强度船舶制造中，船体板材连接以及舱室、甲板结构主要依靠焊接实现特殊区域如龙骨、舵杆连接处使用全熔透焊缝；水密舱壁则要求气密性焊接海洋平台结构焊接面临高应力、复杂环境挑战，要求焊缝100%无损检测摩天大楼钢结构中，柱梁连接处焊缝是抗震设计的关键点，1994年美国北岭地震后，焊接规范进行了重大调整，提高了抗震性能焊接在汽车制造中的创新轻量化需求减轻车身重量以降低油耗和排放，同时保证安全性能材料创新采用高强钢、铝合金、镁合金和复合材料替代传统钢材焊接技术突破开发新型连接工艺应对多材料车身连接挑战生产效率提升智能化设备和优化工艺流程降低成本现代汽车制造中，多材料车身设计带来焊接新挑战高强钢AHSS具有良好强重比，但焊接性变差，需精确控制热输入；铝合金导热性好、熔点低，焊接容易产生气孔和热裂纹，激光焊和摩擦搅拌焊成为处理这些材料的优选技术异种材料连接如钢-铝复合结构，传统焊接难以实现，激光钎焊、自冲铆接等新工艺解决了这一难题焊接成本与效率优化是汽车制造的关键竞争力远程激光焊接减少了接触点数量，节省空间和时间；自适应控制系统能根据材料变化自动调整参数；激光-电弧复合焊结合了两种热源优点，提高了焊接速度和质量数字化工厂中，焊装车间焊接机器人与测量系统、物流系统集成，实现高度自动化生产，单车焊点从设计到制造全过程可追溯，保证质量稳定性不锈钢焊接技术关键点热输入控制晶间腐蚀预防热裂纹控制气体保护不锈钢导热性差，焊接时易奥氏体不锈钢在450-850℃奥氏体不锈钢焊缝容易产生不锈钢焊接需良好气体保过热，应控制热输入在

0.5-温度区间内，铬与碳形成碳热裂纹，主要与凝固方式、护，防止氧化和氮化常用

1.5kJ/mm，采用小电流多化物析出在晶界，导致晶界杂质元素和应力有关通过纯氩气背面保护，复杂结构道次工艺，层间温度不超过附近铬贫乏，形成敏化现控制焊缝中铁素体含量FN可使用拖护罩或充气舱高150℃过高热输入会导致象预防措施包括使用低碳值为3-

8、降低S和P含量、合金钢可能需要氩氢混合气晶粒粗大，降低耐腐蚀性和或稳定化不锈钢、控制热循减小约束应力等措施可有效提高还原性，但镍含量高时韧性环和实施固溶处理预防应谨慎使用氢气不锈钢焊接对焊材选择有特殊要求焊材成分通常设计为略高于母材，确保足够的耐腐蚀性；双相不锈钢焊接应保持适当的奥氏体/铁素体比例；高合金不锈钢可能需要镍基焊材焊后处理也至关重要，必须彻底清除热色，通常采用机械抛光、酸洗钝化或电化学处理恢复钝化膜有色金属的焊接难点金属种类主要焊接难点推荐焊接方法关键控制措施铝合金表面氧化膜、热裂倾TIG、MIG、FSW彻底清除氧化膜，使向、导热性高用纯氩气，预热铜及铜合金导热性极高，易吸气体保护焊、电子束大功率热源，预热，气，热导率大焊添加脱氧元素镁合金易燃易氧化，热裂敏TIG、激光焊严格气体保护，清洁感性高度控制钛合金高温活性强，易吸收TIG、电子束焊惰性气体全方位保气体护，焊后清理镍基合金热裂倾向，应力腐蚀TIG、等离子弧焊低热输入，应力消除敏感性处理铝合金焊接是最常见的有色金属焊接挑战铝表面的致密氧化膜Al₂O₃熔点高达2050℃，而铝本身熔点仅660℃，导致表面不熔，内部先熔现象焊前必须彻底清除氧化膜，通常采用机械刷磨或化学清洗铝合金热裂敏感性与合金元素密切相关，Si含量约

0.7%时热裂倾向最大，焊接前应了解合金成分解决有色金属热裂问题的主要措施包括选择适当成分的焊丝（如铝合金中添加Si或Mg）；采用低热输入工艺减少热影响区宽度；控制焊接应力和变形；预热与后热处理调整冷却速率现代焊接技术如脉冲TIG、CMT（冷金属过渡）技术和摩擦搅拌焊在有色金属焊接中显示出明显优势，能有效解决传统工艺难以克服的问题金属焊接国际先进标准主要标准体系认证体系国际焊接标准主要由以下组织制定和发布焊接领域的主要认证体系包括•ISO（国际标准化组织）ISO3834质量要求系列、ISO15614工艺•焊接人员资格认证如国际焊工IW、欧洲焊工EW、中国特种作评定系列等业证等•AWS（美国焊接学会）AWS D

1.1结构钢焊接规范等专业标准•焊接工程师认证国际焊接工程师IWE、欧洲焊接工程师EWE等•EN（欧洲标准）EN1090金属结构施工要求等•焊接检验人员认证CSWIP、AWS CWI等国际认可的检验员资格•ASME（美国机械工程师学会）ASME IX压力容器焊接规范•焊接企业资质认证ISO3834质量体系认证、EN1090-CE标志认证•GB（中国国家标准）GB/T324焊接质量等级、GB/T24734焊接等工艺评定等这些认证确保焊接人员和企业具备所需的技术能力和质量保证体系国际标准的协调与融合是当前趋势ISO与CEN欧洲标准化委员会通过维也纳协议协调标准制定；中国正积极参与ISO标准制定并推动标准国际互认了解和遵循国际标准，对企业开拓国际市场、提高产品竞争力具有重要意义新材料焊接与挑战高温合金钛合金复合材料镍基、钴基和铁基高温合金广泛用于航空发动机和燃钛及钛合金具有高比强度和优异耐腐蚀性，是航空航金属基复合材料MMC结合金属基体和增强相（如气轮机这类材料焊接面临应力开裂、元素偏析和热天和化工装备的关键材料焊接最大挑战是高温活陶瓷颗粒、碳纤维）优点，但传统焊接方法易导致增影响区软化等问题电子束焊接和激光焊接因热输入性，易吸收氧、氮、氢等元素导致脆化必须在严格强相破坏或分布不均扩散焊接、摩擦焊等固态连接小、熔池窄而成为首选方法焊后热处理工艺复杂，保护条件下焊接，通常采用惰性气体室或拖罩全方位技术是处理这类材料的主要方向碳纤维增强塑料通常需要多阶段控制，确保γ′相正确析出保护α+β型钛合金如TC4焊后冷却速率对组织和性CFRP与金属的连接也是热点研究领域，激光辅助能影响显著搭接是有前景的解决方案新材料焊接技术适配是材料应用的关键环节对于超高强钢UHSS，传统焊接导致强度下降显著，而激光热处理能有效恢复性能；3D打印金属部件的修复焊接是增材制造领域的重要支持技术；异质材料连接如陶瓷-金属、金属-聚合物等非常规连接，催生了一系列创新工艺，如激光诱导结合、超声波焊接等焊接技术的节能与环保典型焊接失败案例分析自由队桥梁坍塌事故1967美国西弗吉尼亚州银桥的坍塌是焊接结构失效的经典案例这座悬索桥因吊杆与桥板连接处的焊缝开裂导致整体坍塌，造成46人死亡调查发现，焊缝存在严重未熔合缺陷，加上钢材的低温脆性和疲劳载荷，最终导致灾难性失效该事故促使桥梁结构设计和焊接规范进行了全面修订亚历山大·基兰德号石油平台倾覆1980挪威北海的这一事故导致123人死亡事故原因是支柱D柱的疲劳裂纹从焊缝缺陷处萌生并扩展调查显示，设计未充分考虑疲劳载荷，焊接质量控制不足，且无损检测未能发现关键缺陷此事故后，海上平台焊接标准大幅提高，引入了更严格的疲劳设计方法和检测要求神户地震高速公路倒塌1995日本神户地震中，多处高架桥柱-梁连接处的焊缝发生脆性断裂，导致道路结构倒塌分析表明，当时普遍使用的完全渗透焊接设计在柱-梁连接处形成了应力集中；焊缝金属韧性不足；加上低温和高应变率条件，共同导致了焊缝脆性断裂这一事件彻底改变了日本的抗震设计理念和焊接结构规范这些失效案例揭示了几个共同的教训一是设计阶段必须充分考虑焊接结构的特殊性，特别是疲劳、韧性和残余应力等因素；二是焊接质量控制体系至关重要，包括工艺评定、人员资格、现场监督和有效检测；三是失效模式分析和风险评估应成为设计流程的必要环节；四是新材料、新结构应用前必须进行充分验证未来焊接技术发展趋势混合能源焊接结合多能源优势，扩展工艺窗口数字化智能系统人工智能驱动的自优化控制绿色低碳工艺高效节能，减少污染排放激光-电弧复合焊接代表了能源混合的重要方向，它结合了激光的高能量密度和电弧的良好搭桥能力，克服了单一热源的局限已在汽车、船舶等领域取得应用成功等离子-MIG复合焊、激光-超声复合焊等新型复合工艺也在快速发展，为特殊材料连接提供新选择智能制造时代下，焊接设备将全面融入工业互联网生态基于大数据的焊接质量预测系统能实时评估焊缝内部质量；自主学习算法能根据工件特性自动优化参数；数字孪生技术实现从设计到制造的全过程模拟和优化新型传感器如光谱分析、声学监测等提供了更丰富的过程信息，为智能控制奠定基础未来焊接将朝着更高质量、更高效率、更环保和更智能的方向快速发展金属焊接技术职业发展本章知识点回顾测试1基础理论类2工艺方法类电弧焊中，电弧柱温度可达到多少摄氏度？以下哪种焊接方法属于压焊工艺？A.2000-3000℃B.5000-6000℃C.8000-10000℃D.12000-15000℃A.埋弧焊B.气体保护焊C.电阻点焊D.电子束焊3材料分析类4缺陷识别类奥氏体不锈钢焊接中控制铁素体含量FN值的主要目的是焊缝中的未熔合缺陷主要由哪个因素引起？A.提高强度B.改善塑性C.防止热裂纹D.减小变形A.焊材潮湿B.电弧不稳定C.热输入不足D.保护气体不纯5检测技术类6标准应用类以下哪种无损检测方法最适合检测铝合金中的表面开口裂纹？根据ISO3834标准，焊接质量要求分为几个等级？A.磁粉探伤B.超声波检测C.射线检测D.渗透检测A.两个B.三个C.四个D.五个7安全知识类8装备技术类焊接电弧对眼睛的主要危害是逆变焊机与传统焊机相比的主要优势是A.红外线烧伤B.电光性眼炎C.视网膜损伤D.视力模糊A.价格低廉B.体积小重量轻C.不需维护D.输出电流更大9应用案例类10新技术类汽车白车身焊接中最广泛使用的工艺是摩擦搅拌焊最显著的特点是A.激光焊B.TIG焊C.点焊D.埋弧焊A.焊接速度快B.设备成本低C.固态连接无熔化D.适用所有金属以上测试题涵盖了本课程的主要知识点，旨在帮助学生检验对焊接技术各方面内容的理解和掌握程度建议在完成答题后对照课程内容进行检查，特别关注错误题目所涉及的知识点标准答案将在下次课程中公布，并进行详细解析总结与交流基础理论工艺技能质量控制掌握焊接冶金学、热力熟练各类焊接工艺操作了解焊接缺陷形成机理学和电弧物理等基础知技巧，能根据材料特性和检测方法，掌握焊接识，理解不同焊接方法和结构要求选择合适的质量评定标准，确保焊的工作原理，为实践应焊接方法，设计合理的接结构安全可靠用打下坚实基础工艺参数创新应用关注焊接新技术、新材料和新工艺的发展趋势，培养解决复杂焊接问题的能力金属焊接技术作为现代工业的关键工艺，不仅是一门综合性技术，更是连接材料科学、制造工程和结构设计的重要纽带通过本课程的学习，我们系统了解了从基础理论到实际应用的全过程知识体系，既掌握了传统焊接工艺的精髓，也了解了先进焊接技术的发展方向随着工业

4.0时代的到来，焊接技术正经历从经验型向科学型、从劳动密集型向技术密集型的转变智能化、数字化、绿色化将成为行业发展的主旋律作为未来的焊接技术人才，需要不断更新知识结构，提高综合素质，才能在这一传统而又创新的领域中实现个人价值后续课程将安排实践环节和讨论答疑，欢迎同学们积极参与，分享学习心得。