《金属切割与焊接技术》课件

金属切割与焊接技术金属切割与焊接技术作为金属加工领域的两大核心工艺，在现代工业生产中扮演着不可替代的角色这些技术广泛应用于制造业、建筑业、航空航天等众多领域，支撑着现代工业基础设施的建设与发展从最早的锻接技术到现代的激光焊接，金属连接技术经历了数千年的演变与发展当今时代，随着科技的进步，焊接与切割技术正朝着智能化、精细化、环保化的方向快速发展，为工业生产带来革命性的变革本课程将系统介绍金属切割与焊接的基本原理、工艺方法、设备选择以及实际应用，帮助学习者建立完整的技术认知体系课程目标与大纲掌握金属切割与焊接的基本原理学习焊接与切割的物理本质、化学反应以及热传导机制，建立理论基础了解各种切割和焊接技术的特点与应用系统学习各类电弧焊、气焊、特种焊接以及气割、等离子切割等技术的工作原理、操作要点与应用场景学习实际操作技能与安全规范掌握基本操作技能，熟悉设备使用方法，了解安全防护措施与风险控制策略探讨新型技术与未来发展趋势了解激光焊接、机器人焊接等智能化技术的最新发展，把握行业前沿动态第一部分金属切割与焊接概述定义与基本概念历史发展与技术演进在现代工业中的重要性焊接是通过加热或加压使金属原子从古代的锻接技术到现代的激光焊焊接与切割技术在船舶、桥梁、汽间形成结合力的连接工艺；切割则接与切割，金属加工技术经历了从车、航空航天、电子等领域有着广是利用热能或机械能将金属材料分手工到机械化、自动化、智能化的泛应用，是现代工业生产的基础工离的加工工艺两者构成了金属加漫长发展历程，每个阶段都标志着艺，直接影响产品质量与生产效工的重要组成部分生产力的大幅提升率什么是焊接？物理本质连接特性焊接是通过加热或加压使金属原焊接形成的是永久性连接，区别子间形成结合力的工艺过程，实于螺栓、铆钉等可拆卸连接焊质上是原子间吸引力与结合力的接接头的强度可以达到甚至超过形成过程在微观层面，焊接实母材强度，成为结构的整体部现了金属晶格的重新排列与融分这种连接可适用于相同或不合同材质的金属技术要求优质的焊接需要控制热输入、保护熔池免受空气污染、确保填充材料与母材的匹配性等焊接过程涉及复杂的冶金反应，需要精确控制工艺参数以确保连接质量焊接的分类熔焊利用热能熔化金属形成连接压焊利用压力使金属原子结合钎焊利用低熔点填充金属形成连接熔焊是当前应用最广泛的焊接方法，包括电弧焊、气焊、电阻焊等，其特点是通过热源使母材熔化形成熔池，冷却后形成焊缝压焊则无需母材熔化，通过外力使金属表面紧密接触，利用原子间引力形成连接钎焊是利用熔点低于母材的填充金属，通过毛细作用填充接头间隙形成连接熔焊的主要类型电弧焊利用电极与工件间产生的电弧热量熔化金属，是应用最广泛的焊接方法包括手工电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等多种形式，适用于大多数金属材料的焊接气焊利用可燃气体与氧气混合燃烧产生的高温火焰熔化金属常用的气体包括乙炔、丙烷等气焊设备简单，便于携带，但热量集中度低，效率较低电阻焊利用电流通过焊件接触面时产生的电阻热熔化金属包括点焊、缝焊、对焊等形式，广泛应用于薄板连接，特别是在汽车制造业中应用广泛高能束焊包括激光焊和电子束焊，利用高度集中的能量束熔化金属特点是能量密度高、热影响区小、变形少、精度高，适用于精密零件的焊接压焊的主要类型摩擦焊爆炸焊超声波焊与冷压焊利用机械摩擦产生的热量和压力使金属利用爆炸产生的高速冲击波使金属表面超声波焊利用高频机械振动产生的摩擦结合工件在高速旋转下相互摩擦，表形成喷射流，清除表面氧化物，在高压热和压力实现金属结合，主要用于薄板面金属软化后施加轴向压力完成焊接下实现金属结合主要用于大面积异种和细线的连接，在电子工业中应用广广泛应用于轴类零件连接，如钻杆、传金属的复合，如铝-钢、铜-钢复合板的制泛动轴等造冷压焊则完全依靠高压力使金属表面产特点是无需外加热源，热影响区小，焊爆炸焊具有连接强度高、过渡区窄、几生塑性变形，打破表面氧化膜，使金属接质量高，但要求工件至少有一个具有乎无热影响区等优点，但操作复杂，对原子直接接触结合适用于某些不宜加旋转对称性场地要求高热的材料连接钎焊技术软钎焊硬钎焊填充金属熔点低于450℃，通常使用铅填充金属熔点高于450℃，常用铜基、锡合金作为焊料银基、镍基合金等工艺特点应用领域母材不熔化，连接强度较高，变形小，电子、仪器、管道、热交换器等多种场可连接异种金属合钎焊是一种利用低于母材熔点的填充金属实现连接的方法在钎焊过程中，填充金属通过毛细作用流入接头间隙，冷却后形成牢固连接钎焊需要使用助焊剂清除金属表面氧化物，提高润湿性相比熔焊，钎焊热影响小，变形少，适合精密部件和薄壁结构的连接什么是切割？分离过程将完整金属材料分成两部分或多部分能量转换利用热能、机械能或化学能实现金属分离精度要求追求切口平整、尺寸精确、效率高切割是金属加工中与焊接相对的工艺过程，目的是将整体金属材料按照设计要求分离成所需的形状和尺寸与破坏性分离不同，切割是一种可控的、精确的分离方式，切割后的工件仍保持其使用价值现代切割技术追求高精度、高效率、低成本，并考虑环保因素切割的分类热切割机械切割特种切割利用高温熔化或燃烧金通过机械力实现金属分采用特殊原理实现金属属实现分离，包括气离，包括锯切、剪切和分离，如水射流切割利割、等离子切割和激光冲切机械切割无热影用高压水流混合磨料切切割热切割效率高，响，精度高，但效率相割金属，线切割利用电适用于中厚板材，但热对较低，适用于薄板和火花原理切割导电材影响区较大，可能导致小型工件料这些方法适用于难工件变形加工材料或特殊工况第二部分焊接工艺基础焊接接头的类型焊接符号及图示焊接工艺参数焊接接头是结构设计的基础，不同焊接符号是工程图纸上表达焊接要焊接参数包括电流、电压、速度等接头类型适用于不同的受力条件和求的专用语言，标准化的符号系统多项指标，这些参数的合理设置直工作环境设计师需要根据实际需确保设计意图准确传达给施工人接关系到焊接质量不同材料、不求选择合适的接头形式，确保结构员掌握焊接符号是工程技术人员同厚度和不同焊接方法需要不同的安全可靠的基本技能参数配置焊接接头的基本类型T型接头一个工件垂直连接在另一个工角接接头搭接接头件表面上，形成T字形T型接两个工件成角度（通常为90°）头适用于框架结构和加强筋的两个工件部分重叠连接搭接相交连接角接接头加工简连接，受力性能良好接头加工简单，不需要精确定单，但强度较低，主要用于非位，但增加了结构重量，主要对接接头主要受力部位用于薄板连接边接接头两个工件在同一平面内对齐连接，形成一条直线对接接头两个工件的边缘相互连接边强度高，外观整洁，但要求坡接接头主要用于薄板结构，如口加工精度高主要用于承受箱体、容器等，承载能力有拉伸和弯曲载荷的结构限焊缝的基本类型角焊缝形成于两个表面成角度相交的工件之间，断面呈三角形角焊缝是最常用的焊缝类型，约占所有焊缝的80%，加工简单，适应性强，但应注意控制腿长和喉厚坡口焊缝在对接接头的工件边缘预先加工出坡口，焊接后形成的焊缝坡口焊缝强度高，可实现全熔透，适用于重要结构和厚板焊接，但加工成本较高塞焊缝与点焊缝塞焊缝是在上层工件钻孔后填充焊缝，主要用于增强搭接接头强度点焊缝主要用于电阻点焊，在搭接工件间形成局部熔合的圆点，广泛用于汽车车身制造缝焊缝在搭接工件之间形成连续的线状焊缝，通常由电阻缝焊产生缝焊缝具有气密性好、强度均匀的特点，常用于需要密封的容器结构焊接坡口的设计V型坡口最常用的坡口形式，适用于6-20mm厚度的板材坡口角度通常为60°，可单面焊接或双面焊接V型坡口加工简单，但填充金属量较大X型坡口适用于20mm以上厚板焊接，双面对称加工，减少填充金属量，焊接变形小X型坡口需要双面焊接，操作较为复杂，但焊缝质量好U型坡口主要用于厚板焊接，填充金属量比V型小，焊接变形小，焊缝质量好，但加工成本高U型坡口适合高质量要求的重要结构焊接坡口设计要考虑材料厚度、焊接方法、接头强度要求和经济性钝边与间隙设计直接影响焊接熔透性和成本，过大的间隙增加填充量，过小则影响熔透厚板焊接通常需要多道焊接，坡口角度越大，填充金属量越多，成本越高焊接符号焊接符号是国际标准化的图形语言，用于在工程图纸上准确表达焊接要求基本符号表示焊缝类型，如角焊、对接焊等；辅助符号则表示焊缝特征，如全周焊、间断焊等符号通常绘制在引出线上，包含焊缝尺寸、工艺要求等信息正确标注焊接符号需要遵循国标规范，标明焊缝类型、尺寸、位置和特殊要求掌握焊接符号的读写是工程技术人员的基本技能，也是确保设计意图准确实现的重要保障焊接工艺参数焊接电流与极性电流大小直接决定焊接热输入，影响熔深和焊缝形成直流正接通常熔深小、熔敷率高，适合薄板；直流反接熔深大，适合厚板交流电则兼有两者特点，但电弧稳定性较差电弧电压与长度电弧电压与电弧长度成正比，电压增大会使焊缝加宽、熔深减小电弧过短易造成电极粘附，过长则保护不良不同焊接方法有不同的最佳电弧电压范围焊接速度与热输入焊速影响单位长度的热输入量，速度过快导致熔深不足，过慢则熔池过大、焊缝过宽合理的焊接速度需与电流、电压匹配，形成良好的焊缝成形焊条角度与运条方式焊条与工件的角度影响熔池的控制前倾角有利于观察熔池，后倾角有利于气体保护不同的运条方式（直线、波浪、Z字形等）适用于不同的焊接位置和要求第三部分电弧焊技术电弧焊基本原理利用电极与工件间的电弧产生高温熔化金属手工电弧焊使用焊条作为电极和填充材料的传统方法气体保护焊利用保护气体隔离空气的高效焊接技术埋弧焊电弧燃烧在焊剂层下的高效自动焊接方法电弧焊是当今最广泛应用的焊接技术，依靠电弧产生的高温（约6000-7000℃）熔化金属实现连接随着技术发展，电弧焊从最初的手工焊条电弧焊发展到各种气体保护焊和自动化焊接方法，极大提高了焊接效率和质量电弧的形成与特性手工焊条电弧焊工作原理与设备焊条的分类与选择优缺点与应用手工电弧焊利用涂药焊条作为电极和填焊条由芯线和药皮组成芯线提供填充优点设备简单经济，适应性强，可在充材料，通过焊条与工件间的电弧熔化金属，药皮在焊接过程中产生气体和熔各种环境下作业，对工件表面要求低，金属完成焊接主要设备包括焊机（交渣保护熔池焊条按药皮类型分为酸便于现场施工流或直流）、电缆、焊钳和接地夹性、碱性、纤维素型和钛钙型等缺点劳动强度大，效率低，焊缝质量现代焊机多采用逆变技术，体积小、效焊条选择需考虑母材材质、接头形式、受操作技术影响大，飞溅和烟尘多广率高、控制精确操作时需调整合适的焊接位置和质量要求焊条直径一般与泛应用于建筑、桥梁、船舶、管道等领电流值，掌握引弧、运条和收弧技术焊接电流匹配，常用直径为

2.5-域的现场施工和修理工作

5.0mm气体保护焊技术MIG焊（金属惰性气体保护焊）使用惰性气体（氩气或氦气）保护熔池，采用实心金属丝作为电极和填充材料电弧稳定，熔深适中，焊缝成形美观，几乎无飞溅主要用于有色金属如铝、镁、铜及其合金的焊接设备包括焊机、送丝机构、气源和焊枪MAG焊（金属活性气体保护焊）使用CO₂或CO₂与氩气混合气体作保护，采用实心或药芯焊丝CO₂气体价格低廉，但电弧稳定性较差，飞溅较大MAG焊热输入大，熔深大，效率高，是碳钢和低合金钢焊接的主要方法现代MAG焊机普遍采用脉冲技术控制熔滴过渡TIG焊（钨极惰性气体保护焊）使用不熔化的钨电极，在惰性气体保护下产生电弧，可单独使用或添加填充材料TIG焊电弧稳定，热量集中，焊缝质量高，几乎无飞溅和烟尘适用于高质量要求的焊接，特别是薄板、精密零件和特种材料的焊接保护气体的选择气体种类和纯度直接影响焊接质量惰性气体（氩气、氦气）不参与化学反应，提供纯净保护；活性气体（CO₂、O₂）参与反应，影响熔池金属成分混合气体如Ar+CO₂可结合两种气体优点，减少飞溅，改善焊缝成形埋弧自动焊工作原理与特点埋弧焊是一种电弧燃烧在焊剂层下的自动焊接方法焊丝和焊剂同时送入焊接区，电弧产生的热量熔化焊丝、母材和部分焊剂，形成焊缝和保护熔渣特点是电弧被焊剂完全覆盖，无明火、飞溅和辐射，焊缝质量高，生产效率高焊接材料与设备焊接材料包括焊丝和焊剂焊丝通常为实心金属丝，直径2-6mm焊剂是矿物和化学物质的混合物，按成分可分为酸性、中性和碱性设备由焊接电源、送丝装置、焊剂输送回收系统和行走机构组成，多为自动或半自动操作工艺参数控制主要参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊丝伸出长度电流影响熔深，电压影响焊缝宽度，速度影响热输入参数选择需考虑材料厚度、接头形式和质量要求多丝埋弧焊可进一步提高生产效率，适用于超厚板焊接应用领域与限制广泛应用于造船、压力容器、管道、桥梁等大型结构的制造主要用于水平位置的对接和角接焊接，对于其他位置焊接有局限性由于设备笨重，主要用于工厂化生产，不适合现场施工焊接厚度范围广，从数毫米到几百毫米均可第四部分特种焊接技术激光焊接电子束焊等离子弧超声波焊接焊接接利用高能量密度激光束熔化在真空环境中利用受约束的利用超声波振金属，形成深利用高速电子高温等离子弧动产生的局部熔透、窄焊束产生的热量熔化金属，兼摩擦热和压力缝具有精度实现焊接，熔具电弧焊的灵实现连接，焊高、变形小、深可达宽度的活性和高能束接温度低，对速度快等优30倍适用焊的集中性热敏材料友点，广泛应用于高精度、高适用于各种金好广泛应用于精密制造性能要求的特属材料，特别于电子、汽车业种材料连接是不锈钢和有和包装行业色金属激光焊接技术原理与特点设备与工艺参数激光焊接利用高能量密度的激光设备主要包括激光器、光路系束作为热源，在极短时间内使焊统、聚焦装置和工作台常用激接区金属熔化形成焊缝激光束光器有CO₂激光器、Nd:YAG激光可聚焦至直径

0.01-

0.5mm的小器和光纤激光器关键工艺参数点，能量密度高达10⁵-包括激光功率、焊接速度、焦点10⁸W/cm²，实现快速、精确的热位置和保护气体激光功率与焊输入控制特点是焊缝窄、熔深接速度的配合决定熔深，焦点位大、热影响区小、变形少、速度置影响能量密度分布快应用领域广泛应用于汽车制造（车身焊接、动力总成）、航空航天（发动机部件、结构件）、电子工业（精密连接）、医疗器械（手术器械、植入物）等领域特别适合精密零件、异种材料和难焊材料的焊接激光焊接可实现自动化、柔性化生产，满足现代制造业高效、高质量的需求电子束焊接工作原理设备与操作要求优势与局限性电子束焊接利用在真空中加速的高速电主要设备包括电子枪系统、真空系统、优势深熔透能力强，适合厚板一次焊子束轰击工件产生的热量实现焊接电工作室和控制系统操作时需保持工作透；热影响区窄，变形小；真空环境防子从阴极发射后经高压加速（通常为30-室真空度在10⁻²-10⁻⁴Pa前处理要求止氧化和气体污染，焊缝纯净；可焊接150kV），通过磁场聚焦系统聚焦到工严格，工件表面必须清洁，无油污、氧高活性金属和异种金属；精度高，可实件表面，动能转化为热能使金属熔化化物和水分现微米级焊接电子束焊接能量转换效率高达90%以现代电子束设备具备CNC控制功能，可局限性设备复杂昂贵，维护成本高；上，能量密度可达10⁵-10⁸W/cm²，形成实现复杂轨迹的自动焊接对操作人员需真空环境，生产效率受限；X射线辐射钥匙孔效应，熔深可达焊缝宽度的30技能要求高，需专业培训高压和X射线需防护；对焊接接头间隙要求严格；不倍，实现单道深熔透焊接是主要安全隐患，需采取防护措施适用于非真空环境的现场焊接等离子弧焊接原理与特点设备与操作利用受约束的高温等离子弧作为热源，等离由电源、控制系统、焊枪、气路系统组成，子弧温度可达15000-30000℃操作灵活多样应用与前景与传统电弧焊区别4广泛用于不锈钢、有色金属焊接，发展趋势能量密度高、电弧柱刚性好、穿透力强、热是自动化与智能控制效率高等离子弧焊接采用双气路设计，内层气体（通常为氩气）通过水冷铜喷嘴收缩成高温高速等离子弧，外层气体提供额外保护焊接模式分为微等离子弧焊接、传导型等离子弧焊接和穿孔型等离子弧焊接（关键孔效应）等离子弧焊接结合了TIG焊和高能束焊的优点，焊速快，自动化程度高，特别适合薄板的高速焊接和厚板的单道双面成形在管道、航空航天、核工业等领域应用前景广阔超声波焊接无热焊接原理利用高频机械振动产生的摩擦热和压力实现连接设备与参数包括超声波发生器、换能器、变幅杆和焊头材料与应用适用于金属薄片、塑料、电子元件的连接超声波焊接是一种固态焊接工艺，利用20-40kHz的高频振动产生局部热量和塑性变形，无需外加热源接触面的摩擦打破表面氧化膜，在加压条件下形成原子间结合焊接温度低，通常不超过材料熔点的一半，因此热影响极小超声波焊接具有能耗低、速度快（毫秒级）、无填充材料、无热变形等优点，特别适合热敏感材料、薄壁结构和电子元件的连接在电子工业中广泛用于集成电路引线键合，在汽车工业中用于薄片零件和塑料部件的连接主要限制在于只适用于小型接头，厚度和尺寸受限第五部分切割技术详解激光切割高精度、高速度的先进切割技术等离子切割兼具速度与成本效益的热切割方法气割技术经济实用的传统热切割方式水射流切割无热影响的冷切割技术金属切割技术根据所利用的物理原理可分为热切割和冷切割两大类热切割通过高温融化或燃烧金属实现分离，包括气割、等离子切割和激光切割；冷切割则通过机械力或特种能量实现材料分离，如水射流切割、线切割等不同切割技术有各自的特点和适用范围，选择合适的切割方法需考虑材料类型、厚度、精度要求、生产效率和经济性等多种因素现代切割技术向着高精度、高效率、自动化和环保方向发展，数控切割系统的应用大大提高了切割精度和生产效率气割技术原理与设备气体选择与比例应用与安全气割是利用氧气与被切割金属的化学反氧气纯度直接影响切割质量，通常要求气割主要用于碳钢和低合金钢的切割，应（氧化）放出的热量使金属熔化并吹纯度在

99.5%以上可燃气体的选择影厚度范围广（5-300mm），特别适合厚除的切割方法预热火焰将金属加热至响预热效果，乙炔火焰温度最高（约板切割不适用于不锈钢、铝、铜等易点燃温度（约700℃），然后通入高纯度3100℃），但安全性较低；丙烷温度较氧化金属切割质量受操作技术影响氧气，金属快速氧化并放出大量热，形低（约2800℃），但安全稳定大，切口较粗糙，需后续加工成连续切割氧气与可燃气体的比例需根据切割材料气割存在火灾爆炸风险，使用时应远离设备包括气瓶（氧气和可燃气体）、减和厚度调整切割厚板时，氧气压力需易燃物，保持通风氧气瓶和乙炔瓶必压器、软管、割炬和切割嘴可燃气体提高，切割嘴直径需增大乙炔与氧气须分开存放，避免阳光直射和高温操常用乙炔、丙烷或天然气现代设备已的混合比通常为1:1至1:

1.5，丙烷与氧气作人员需佩戴护目镜、防护手套等防护发展为数控气割系统，可实现精确切比为1:4至1:5装备，并严格遵循安全操作规程割等离子弧切割工作原理设备组成质量控制等离子弧切割利用高温等离子设备包括电源（直流）、切割切割质量受多因素影响切割弧（15,000-30,000℃）熔化枪、气源系统和冷却系统现电流、气体压力、切割速度和金属并以高速气流吹除熔融金代等离子切割机多为数控系喷嘴高度现代系统采用自动属等离子体是气体在电弧高统，可实现精确轨迹控制等高度控制技术保持最佳切割距温下电离形成的导电气体混合离子气体常用氮气、空气、氩离先进技术如精细等离子、物电弧通过收缩喷嘴集中，气或氩氢混合气体，辅助气体高定义等离子大幅提高了切割形成高温高速的等离子射流，用于保护切口免受污染高精精度和表面质量，切口垂直度实现高效切割度系统采用水箱设计，减少噪可控制在3°以内，表面粗糙度显音和烟尘著改善与气割比较相比气割，等离子切割具有以下优势切割速度快（可达气割的6倍）；适用于各种导电金属，包括不锈钢、铝、铜等；热影响区小，变形少；操作简单，易于自动化局限性包括设备成本高；切割厚度有限（通常不超过80mm）；耗材更换频繁激光切割技术激光切割是利用高能量密度激光束作为热源的精密切割技术激光束聚焦至微小光斑（直径约

0.1-

0.3mm），功率密度可达10⁶-10⁸W/cm²，瞬间使金属熔化或气化，辅助气体吹除熔融金属，形成切口常用激光类型包括CO₂激光器、光纤激器和固体激光器激光切割的主要优势在于精度高（±

0.1mm以内）、切口窄（

0.1-

0.5mm）、切口质量好、变形小、速度快、无工具磨损可实现复杂形状切割，特别适合精密零件制造局限性包括设备成本高、反光金属（铝、铜）切割困难、厚度受限（通常不超过25mm）随着光纤激光技术的发展，切割效率、成本和适用性不断提高，成为现代制造业的重要工艺水射流切割原理与特点设备与工艺参数水射流切割利用超高压水流（通常为400-600MPa）通过细小喷嘴形成高速水射主要设备包括超高压泵、切割头、工作台和控制系统关键工艺参数包括水压（影流，以3-4倍音速冲击材料表面实现切割纯水射流主要用于非金属材料，而添加响切割能力）、磨料流量（影响切割速度）、喷嘴直径（影响切割宽度）和切割速磨料（如石榴石）的磨料水射流可切割几乎所有材料切割时无热影响，无热变度切割头与工件的距离通常保持在2-3mm现代系统采用数控技术，可实现精形，无化学反应，属于冷切割技术确轨迹控制和动态调整切割参数适用材料与应用优势与局限性水射流切割适用范围极广，包括各种金属、复合材料、陶瓷、石材、玻璃等特别主要优势无热影响区，不改变材料性能；切割质量高，表面光滑；可切割几乎所适合对热敏感材料、易变形材料和复合材料的切割在航空航天、汽车、电子、石有材料；无有害气体产生；节约材料，切口窄；可实现近净成形加工局限性设材加工等领域有广泛应用可切割的厚度范围大，从薄膜到200mm厚的钢板均备成本和运行成本较高；切割速度相对较慢，特别是对厚材料；磨料消耗大；工作可具有环保优势，使用的磨料通常可回收再利用环境潮湿，需做好防水措施；易磨损部件（如高压密封、喷嘴等）需定期更换第六部分焊接冶金与质量控制35-30关键环节秒级热循环焊接热循环、金相组织控制、缺陷防治是焊接质量控典型焊接热循环在5-30秒内完成，包括快速加热和冷制的三大核心要素焊接过程中的温度变化直接影响却阶段这种快速温度变化导致金属组织发生复杂变接头的组织结构和性能，正确理解和控制这些过程是化，形成特殊的热影响区组织，可能带来硬化、软化获得高质量焊接的关键或组织缺陷15+种类缺陷焊接过程中可能出现气孔、夹渣、裂纹、未熔合等15种以上的常见缺陷这些缺陷的防治需要从材料选择、工艺设计到操作执行的全过程控制，建立完善的质量检测和评定体系焊接冶金学是焊接工艺与材料科学的交叉学科，研究焊接过程中材料的组织演变和性能变化掌握焊接冶金知识对于理解焊接现象、解决焊接问题和提高焊接质量至关重要本部分将系统介绍焊接热循环特点、接头组织特征、常见缺陷及其预防措施和质量检测方法焊接热循环焊接接头的金相组织熔合区组织铸造组织，晶粒粗大，存在柱状晶和等轴晶过热区晶粒粗大的高温相变组织，强度高但韧性低细晶区完全相变区域，组织细化，综合性能良好局部相变区不完全相变区域，组织混杂，性能复杂焊接接头的金相组织具有明显的区域性特征熔合区经历完全熔化再凝固过程，形成典型的铸造组织，具有明显的柱状晶结构柱状晶从熔合线向焊缝中心生长，其方向与热流方向垂直熔合区的晶粒大小、形态和取向直接影响焊缝性能热影响区的组织变化复杂，在碳钢中，靠近熔合线的过热区经历高温奥氏体化，冷却后可能形成魏氏组织或马氏体；细晶区组织细化，性能良好；局部相变区组织不均匀，可能成为薄弱区域通过控制焊接热输入、冷却速度、添加合金元素和后续热处理可以优化焊接接头组织，提高整体性能常见焊接缺陷气孔与夹渣裂纹未熔合与未焊透气孔是焊缝中的气体空洞，主要由热裂纹在凝固过程中高温下产生，未熔合是指焊缝与母材或焊道间未金属熔化过程中气体溶解度变化、多与合金元素偏析、晶界液膜和凝形成冶金结合的缺陷，常因电流过焊条潮湿或表面污染物引起气孔固收缩应力有关；冷裂纹在焊后冷小、焊接速度过快或坡口角度不足降低焊缝的有效截面积，影响强度却到较低温度时产生，主要由高硬引起未焊透是指焊缝根部未完全和密封性夹渣是熔渣未及时浮出度组织（如马氏体）、氢扩散和拉熔合，多由电流过小、间隙过小或而被卷入焊缝的非金属夹杂物，通应力共同作用导致裂纹是最危险操作不当导致这些缺陷形成明显常由操作不当或多层焊接清理不彻的焊接缺陷，会严重降低接头的承的力学不连续，是应力集中源和裂底造成载能力和疲劳性能纹起点变形与应力集中焊接变形是由于不均匀加热和冷却引起的热膨胀和收缩不一致导致的永久变形，包括角变形、纵向收缩和扭曲等残余应力是材料内部自平衡的内应力系统，可能导致尺寸不稳定、应力腐蚀开裂和过早失效大的残余拉应力将降低构件的疲劳强度和抗断裂性能焊接缺陷的预防措施合理选择焊接材料焊接材料应与母材成分和性能匹配，避免有害元素积累焊条、焊丝应符合标准要求，保持干燥（特别是低氢型焊条，必要时进行烘干）焊接方法和材料的选择需考虑工件材质、厚度、接头形式和服役条件等因素优化工艺参数科学设计焊接工艺，合理选择电流、电压、焊接速度等参数，确保足够的熔深和良好的焊缝成形控制焊接热输入量，避免过热或热量不足多层焊接时，合理安排焊接顺序和道间温度，减小变形和残余应力对于厚板焊接，应选择适当的焊接层数和道次焊前预热与焊后热处理预热可减缓冷却速度，降低硬度，减少氢扩散，预防冷裂纹预热温度取决于材料成分、厚度和约束条件，通常为100-350℃焊后热处理包括应力消除退火、正火或调质处理，目的是降低残余应力、改善组织和性能对于高强钢和特殊合金，焊后热处理尤为重要正确的操作技术焊前充分清理焊接区域，除去油污、锈蚀和水分保持正确的焊接姿势和运条技术，控制电弧长度和角度多层焊接时，彻底清除每层焊缝表面的熔渣和飞溅采用合适的防变形措施，如点焊固定、反变形预置、均匀焊接和交替焊接等技术操作人员应经过专业培训和资格认证焊接质量检测方法外观检查无损检测破坏性检测与标准最基本且经济的检测方法，用于评估焊用于探测内部缺陷而不破坏工件的方通过破坏试样评估焊接接头性能常见缝表面质量检查内容包括焊缝尺寸法射线检测（RT）利用X射线或γ射线方法包括拉伸试验（测强度和延伸（宽度、高度、喉厚）、表面缺陷（气穿透能力探测气孔、夹渣和裂纹，适合率）、弯曲试验（评估塑性和韧性）、孔、裂纹、夹渣、咬边）、焊缝成形各种金属和接头形式超声波检测冲击试验（测低温韧性）、硬度测试（均匀性、过渡平滑度）和变形情况（UT）利用声波反射探测缺陷位置和大（评估硬化程度）和金相检查（分析微小，特别适合厚壁构件检测观组织）外观检查可使用放大镜、焊缝规和量具质量评定标准因行业和应用差异而不等辅助工具数字化技术如3D扫描和机磁粉检测（MT）利用漏磁场原理探测表同常用标准包括GB/T、ISO、AWS和器视觉系统正在提高外观检查的精度和面及近表面裂纹，仅适用于铁磁性材ASME等，规定了各类缺陷的允许限度效率外观检查是所有其他检测前必须料渗透检测（PT）利用毛细现象检测不同服役环境（如静载、动载、低温、进行的基础工作表面开口缺陷，适用于各种材料先进高温或腐蚀环境）有不同的验收标准，技术如相控阵超声波和计算机断层扫描安全关键部件通常采用更严格的标准提高了缺陷检出率和定位精度第七部分不同材料的焊接与切割不锈钢碳钢与低合金钢含铬量大于

10.5%的钢，具有优良的耐腐蚀最常见的工程材料，焊接性从良好到中等不性，焊接需注意防止晶间腐蚀和热变形1等，根据碳含量和合金元素存在不同挑战铝合金轻质高强材料，焊接困难，表面氧化膜和高导热性是主要挑战特种金属铸铁如钛、镍、铜及其合金，应用于特殊领域，焊接要求高，需专门工艺含碳量高（2%）的铁基合金，焊接性差，易产生裂纹，需特殊工艺不同材料由于化学成分、物理性质和热力学特性的差异，焊接与切割工艺存在明显区别掌握各类材料的特性和适用工艺，是焊接技术人员的核心能力本部分将详细介绍常见工程材料的焊接与切割技术要点碳钢与低合金钢的焊接不锈钢的焊接不锈钢的分类与特性不锈钢是含铬量大于

10.5%的铁基合金，形成钝化膜提供耐腐蚀性主要分为奥氏体型（

304、316等）、铁素体型（430等）、马氏体型（420等）和双相不锈钢奥氏体不锈钢焊接性最好，热膨胀系数大，热导率低；铁素体不锈钢焊接时易晶粒粗大；马氏体不锈钢焊后易硬化开裂；双相不锈钢需控制相比例焊接材料与方法选择焊接材料应考虑成分匹配和服役条件为提高抗晶间腐蚀性，通常选用低碳或含钛/铌的稳定化焊材奥氏体不锈钢常用TIG焊、MIG焊和覆盖电弧焊；铁素体和马氏体不锈钢宜选用TIG焊并控制热输入保护气体应选用高纯氩气或氩氦混合气，避免空气污染导致氧化、氮化或碳化防止晶间腐蚀的措施晶间腐蚀是不锈钢焊接的主要问题，当在500-850℃区间停留时，晶界碳化物析出导致铬贫区形成防止措施包括选用低碳（

0.03%C）或稳定化不锈钢；控制热输入，避免长时间在敏化温度区域；使用含钛或铌的焊材；焊后进行固溶处理（1050-1100℃快速加热后水冷）；采用双相不锈钢提高抗应力腐蚀性能常见问题与解决方案热裂纹是奥氏体不锈钢焊接常见问题，主要由高热输入、严格约束和杂质元素（S、P）引起解决方案包括控制化学成分，焊缝金属含2-10%铁素体；控制热输入和层间温度；采用小电流多道焊；减少接头约束其他问题包括变形控制（预变形、夹具固定、焊接顺序优化）和氧化防止（使用背面保护气体）铝合金的焊接与切割铝合金焊接的难点表面存在难熔氧化膜Al₂O₃（熔点2050℃，远高于铝的660℃）；热导率高，导致热量迅速散失；热膨胀系数大，易产生变形和热裂纹；熔化状态下氢溶解度急剧增加，冷却时形成气孔；某些合金热敏感，焊接区强度下降显著这些特性使铝合金成为难焊材料，需采取专门措施专用焊接材料与工艺焊接方法首选TIG焊（纯铝和薄板）和MIG焊（厚板和高效率要求），脉冲电流技术有助于控制热输入焊丝选择应考虑合金类型5XXX系（Al-Mg）用ER5XXX焊丝；6XXX系（Al-Mg-Si）多用ER4043或ER5XXX；2XXX和7XXX高强铝用专用焊丝保护气体用高纯氩气或氦氩混合气，清洁程度要求高表面氧化物的处理化学清洗碱洗（去除油污），酸洗（去除氧化膜），最后用清水冲洗；机械清洗使用不锈钢丝刷（普通钢丝会污染铝表面）或专用磨料清除氧化膜；交流电弧（AC TIG）焊接利用正半周期的阴极清洁作用破坏氧化膜；焊剂钎焊时使用含氟化物和氯化物的焊剂溶解氧化膜清洗后应立即焊接，避免再次氧化质量控制措施预热控制轻度预热（100-150℃）有助于减少气孔和热裂纹；严格控制填充材料保持干燥，避免污染；合理设计接头考虑热膨胀和收缩，减少约束；控制焊接参数避免过热或过冷，保持适当热输入；适当后处理某些热处理铝合金可通过焊后时效恢复部分强度；无损检测X射线或超声波检测发现内部缺陷，尤其是气孔和裂纹铸铁的焊接1铸铁焊接的困难铸铁含碳量高（2%），以石墨和碳化物形式存在焊接过程中石墨化、白口化和热裂纹是主要问题高碳含量导致焊缝硬脆；高硅含量增加氧化倾向；热膨胀系数小但热导率低，形成陡峭温度梯度；多为复杂铸件，应力分布不均匀这些特性使铸铁成为最难焊接的材料之一冷焊工艺特点是不预热或低温预热（150℃），使用镍基或铜基焊条，控制热输入，短焊道断续焊接优点是变形小，操作简单，适合现场修复；缺点是焊缝与母材强度差异大，接头可能有硬化区，应力集中适用于非承重部位的缺陷修复，如气孔、砂眼等表面缺陷的填补3热焊工艺特点是高温预热（300-600℃），使用镍基、铁基或铸铁焊条，焊后缓慢冷却优点是减轻淬硬和应力集中，接头性能匹配；缺点是操作复杂，耗时长，能耗高，易变形适合重要承载部位和大型缺陷的修复，特别是灰铸铁重要铸件焊后需进行石墨化退火处理（850-900℃保温后缓冷）焊后处理焊接区埋入干砂或保温材料，实现缓慢冷却；应力消除退火（500-550℃保温2-3小时后炉冷）；石墨化退火（850-900℃保温3-5小时后炉冷）改善组织和减少白口层；球化退火对球墨铸铁尤为重要；机械加工去除表面硬化层；渗透检测确认无裂纹良好的后处理对保证铸铁焊接质量至关重要第八部分焊接与切割安全4主要风险领域焊接与切割作业存在电气、火灾、辐射和有害物质四大类风险因素安全生产要求全面控制这些风险，确保人员健康和设备安全30+有害物质种类焊接烟尘含有30多种金属氧化物和复合物，其中铬、镍、锰等重金属对人体危害较大长期暴露可导致尘肺病、金属烟雾热等职业病100K紫外线强度电弧焊接产生的紫外线强度可达阳光的100,000倍，不仅伤害眼睛，还会导致皮肤灼伤正确使用防护面罩和防护服是必要的安全措施0安全事故目标尽管焊接作业存在多种风险，但通过严格执行安全规程、使用合格防护装备和加强安全培训，可以实现零事故目标，确保作业安全焊接作业的危害因素电气危险电弧焊接使用高电流（通常为100-500A）和开路电压（50-80V），存在触电风险潮湿环境、汗湿工作服、狭窄空间内的金属接触增加触电危险电击可导致肌肉痉挛、呼吸困难、心脏骤停甚至死亡二次电路故障和绝缘损坏是常见电气事故原因辐射危害电弧产生强烈的可见光、紫外线和红外线辐射紫外线引起眼部灼痛（电光性眼炎）和皮肤灼烧；红外线导致晶状体混浊；强光引起视觉疲劳焊接电弧的辐射强度随电流增加而增大，钨极氩弧焊的辐射特别强烈长期暴露可能导致视力损伤和皮肤问题有毒气体与烟尘焊接烟尘含有金属氧化物、氟化物和复合物，其组成取决于母材、焊材和涂层有害气体包括臭氧（O₃）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和光气（COCl₂，涂层含氯时产生）镀锌钢、不锈钢和含镉材料的焊接产生特别有害的烟尘长期吸入可导致金属烟雾热、尘肺病和神经系统损伤火灾与爆炸风险焊接火花和熔滴能飞溅到6-10米远，温度高达1600℃，足以点燃易燃物氧气浓度提高时，许多材料燃烧性显著增强气瓶泄漏或处理不当可能导致爆炸特别是乙炔瓶受热超过65℃可能引发分解爆炸密闭容器焊接前未彻底清理可能导致爆炸废油桶、管道和油箱等都是高风险对象焊接安全防护措施工作环境要求设备安全检查个人防护与应急程序工作区域应通风良好，最好配备局部排电焊机必须有可靠接地，电缆绝缘完好焊工必须穿戴完整防护装备防护面罩风系统直接捕集烟尘；有条件时安装过无破损定期检查电气连接，确保紧固（符合标准的滤光镜片）、防火工作滤净化系统地面应防火处理，周围6米无松动切断电源后才能移动设备或更服、耐高温手套、护腿、安全鞋和防护范围内不得堆放易燃物高处作业需设换焊接部件气瓶必须直立固定，远离帽在粉尘浓度高的环境需佩戴适当的置防护栏和防火布，防止火星飞溅危及热源和电气设备呼吸防护装置下方人员气体管路应定期检查密封性，避免气体建立健全应急响应程序，包括火灾扑电焊设备应安装在干燥处，远离水源和泄漏减压器和压力表应完好无损，正救、触电急救和烧伤处理流程所有工潮湿区域工作场地应有足够照明，配确安装自动设备需配备紧急停止装作人员应接受安全培训，熟悉急救知识备消防器材和紧急出口特殊环境如密置使用前应进行全面安全检查，发现和逃生路线配备急救箱和洗眼器，发闭空间、潮湿场所和高空作业需采取额问题立即解决，不合格设备禁止使用生事故时能及时处理严重事故需立即外安全措施，如安全监护人、通风设备维护记录应完整保存，确保设备定期维就医，轻微伤害也应记录在案定期组和救援装置护织安全演练，确保应急反应及时有效切割作业安全要点设备安全操作规程气体安全存储与使用防火防爆措施严格遵循设备操作手册进行操作，未氧气瓶和燃气瓶必须分开存放，距离切割区周围6米范围内清除易燃物，不经培训不得使用设备切割前检查设至少5米或用防火墙隔开气瓶应竖直能移动的易燃物须用防火布遮盖地备完好性，确保防护装置正常使用固定，避免倾倒，远离热源和阳光直面应防火处理或放置不燃材料接收火激光切割设备时，必须配备相应波长射严禁用油脂接触氧气设备，防止花切割前检查工件是否含有易燃物的防护眼镜，防止激光散射伤害眼燃爆启用气瓶时，应缓慢开启阀或曾盛装易燃物，如油桶、管道等必睛设备启动和关闭应按正确顺序操门，站在侧面定期检查气管接头密须彻底清洗置换水下切割需特别注作，异常情况立即停机检查封性，防止泄漏使用完毕，关闭气意氢气积聚的爆炸危险工作场所配瓶总阀，排空管道内残余气体备适当类型的灭火器，人员熟知使用方法个人防护要求佩戴符合标准的防护面罩，滤光片应根据切割工艺选择合适的遮光度穿着阻燃工作服、防火手套和安全鞋，避免皮肤暴露根据切割方法选择适当的听力保护装置，激光和等离子切割产生的噪音较大在空间狭窄或通风不良处切割时，必须佩戴呼吸防护装置长时间作业注意休息，防止疲劳导致事故第九部分自动化与智能焊接技术焊接机器人技术现代多关节焊接机器人可实现复杂轨迹的精确焊接，重复精度可达±

0.1mm结合先进传感器系统，能够适应工件公差和焊接变形，确保焊缝质量稳定智能控制系统基于大数据和人工智能的焊接参数优化系统，能根据工件特性自动调整焊接参数，实现最佳焊接效果焊接过程监测系统可实时检测异常情况并进行自动调整数字化焊接工艺计算机模拟和虚拟现实技术用于焊接工艺开发和优化，大幅缩短研发周期数字化工艺管理实现从设计到生产的全流程可追溯性，提高质量管控能力自动化与智能焊接代表了焊接技术的发展方向，将传统焊接与现代信息技术、人工智能和机器人技术相结合，极大提高了焊接效率与质量，降低了人工成本和劳动强度焊接机器人技术发展现状与前景应用领域与效益分析当前发展趋势包括协作机器人技术，编程与操作方法焊接机器人广泛应用于汽车制造（车身可与人员安全共存；多机器人协同作机器人焊接系统组成传统的示教再现法通过手动引导机器人焊接）、工程机械、船舶制造、航空航业，提高复杂工件加工能力；人工智能现代焊接机器人系统由机器人本体、控到各个位置点并记录，形成焊接轨迹程天等领域适用于批量生产和重复性工和深度学习技术应用，增强自适应能制器、示教器、焊接设备、工装夹具和序离线编程技术基于CAD模型在计算作，特别是高精度要求和恶劣环境经力；数字孪生技术实现虚实结合未来辅助装置组成机器人通常为六轴或更机上编制程序，再传输到机器人，提高济效益体现在提高生产效率（可达人工焊接机器人将具备更高智能性、更强感多轴关节结构，确保灵活性和可达性编程效率现代系统支持参数化编程和的3-5倍）、降低劳动力成本、减少材知能力和自学习能力，与物联网和工业高精度伺服电机和传动系统确保运动精自适应轨迹生成，能根据工件变化自动料浪费和提高产品质量一致性社会效

4.0深度融合，推动智能制造发展应用度，重复定位精度可达±

0.05mm焊接调整焊接路径操作人员需掌握基本编益包括改善工作环境、降低职业伤害和领域将继续扩展到小批量、多品种生产设备与机器人控制系统集成，实现协同程、故障诊断和日常维护技能解决技术工人短缺问题和特殊材料焊接控制智能焊接技术自适应控制系统基于传感器反馈进行实时参数调整和优化焊缝跟踪与实时监控利用视觉、电弧及其他传感器进行焊缝定位与追踪质量在线检测焊接过程中自动进行质量评估与缺陷预警大数据与人工智能应用利用机器学习进行工艺优化与预测性维护智能焊接技术是当前焊接领域的发展前沿，它通过将传统焊接技术与现代信息技术、人工智能和自动控制技术相融合，实现焊接过程的智能化控制和质量管理自适应控制系统能够根据实时监测到的焊缝位置、间隙变化和热输入情况，自动调整焊接参数，保证焊缝质量的一致性先进的传感技术是智能焊接的基础，包括电弧传感、视觉传感、激光传感和声学传感等这些传感器获取的数据通过融合算法形成对焊接过程的全面感知基于深度学习的智能系统能够从大量历史数据中学习经验，不断优化焊接工艺参数，甚至预测可能出现的质量问题智能焊接正在从单一设备智能向系统智能和生产线智能方向发展，成为智能制造的重要组成部分总结与展望课程内容回顾技术发展趋势系统学习了焊接与切割的基本原理、主要工艺方法向智能化、精细化、绿色化、高效化方向快速发展与设备应用实践应用指导学习资源与进阶理论结合实际，不断积累经验，提升专业技能推荐专业书籍、在线课程与技能培训认证途径通过本课程的学习，我们全面了解了金属切割与焊接的基础理论、工艺特点、设备使用和安全要求焊接是一门融合了材料科学、热力学、电学和力学的综合技术，也是一门需要通过实践不断积累经验的技能现代焊接向着高效、高质、低成本、低污染的方向发展，对从业人员的技术要求也越来越高面向未来，焊接与切割技术将继续与新材料、新能源、智能制造深度融合激光和电子束等高能束焊接在精密制造领域的应用将进一步扩大；基于人工智能的智能焊接系统将显著提高生产效率和质量稳定性；轻量化材料连接技术将助力交通工具减重节能；环保型焊接工艺将减少污染物排放不断学习、实践与创新是掌握这一技术并跟上行业发展的关键。