第一章焊接與切割基礎知識第一節焊接與切割概述（了解）第二節金屬學與熱處理基本知識（了解）第三節常用金屬材料的一般知識（了解）第四節焊接工藝基礎知識（掌握）第一節焊接與切割概述（了解）一、焊接與切割的基本原理及分類（一）基本原理焊接是通過加熱或加壓，或兩者兼用，使焊件達到原子間結合并形成永久接頭的工藝過程。世界每年鋼材消耗量的50%都有焊接工序的參與，在現代制造工業中，廣泛應用于金屬結構件的生產。例如橋梁、船體、車廂、容器等，都可采用焊接而成。第一節焊接與切割概述（二）焊接方法的分類（熟悉）

焊接可分為三大類：熔化焊、壓力焊、釬焊。

第一節焊接與切割概述熔化焊：將要焊接的工件局部加熱至融化，冷凝后形成焊縫而使構件連接在一起的加工方法。包括電弧焊、氣焊、電渣焊、電子束焊、激光焊等。熔焊是廣泛采用的焊接方法，大多數的低碳鋼、合金鋼都采用熔焊方法焊接。特種熔焊還可以焊接陶瓷、玻璃等非金屬。第一節焊接與切割概述手工電弧焊氣焊第一節焊接與切割概述壓力焊：焊接過程中必須要施加壓力，可能加熱也可能不加熱才能完成的焊接。其加熱的主要目的是為使金屬軟化，靠施加壓力使金屬塑變,讓原子接近到相互穩固吸引的距離，這一點與熔焊時的加熱有本質的不同。包括電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、冷壓焊、爆炸焊、擴散焊、磁力焊。其特點是焊接變形小、裂紋少、易實現自動化等特點。電阻點焊機

超聲波焊機電阻對焊機第一節焊接與切割概述釬焊：將熔點比被焊金屬低的釬料加熱至融化，但加熱溫度低于母材的熔點，用融化的釬料填充焊縫、潤濕母材并與母材相互擴散形成一體的焊接方法。釬焊分兩大類：硬釬焊和軟釬焊。第一節焊接與切割概述硬釬焊的加熱溫度大于450度，抗拉強度大于200MPa，經常用銀基、銅基釬料，適于工作應力大，環境溫度高的場合，比如硬質合金車刀、地質鉆頭的焊接。軟釬焊的加熱溫度小于450度，抗拉強度小于70MPa

適于應力小，工作溫度低的環境。比如電路的錫基釬焊。第一節焊接與切割概述（三）切割的方法和分類（熟悉）按照金屬切割過程中加熱方法的不同大致可以把切割方法分為火焰切割、電弧切割和冷切割三類。第一節焊接與切割概述1、火焰切割是鋼板粗加工的一種常用方式。火焰切割是最老的熱切割方式，其切割金屬厚度從1毫米到1米，但是當您需要切割的絕大多數低碳鋼鋼板厚度在20毫米以下時，應采用其他切割方式。火焰切割是利用氧化鐵燃燒過程中產生的高溫來切割碳鋼，火焰割炬的設計為燃燒氧化鐵提供了充分的氧氣，以保證獲得良好的切割效果。火焰切割設備的成本低并且是切割厚金屬板唯一經濟有效的手段，但是在薄板切割方面有其不足之處。與等離子比較起來，火焰切割的熱影響區要大許多,熱變形比較大。為了切割準確有效，操作人員需要擁有高超技術才能在切割過程中及時回避金屬板的熱變形。第一節焊接與切割概述（1）氣割用氧-乙炔火焰產生的熱能將工件切割處預熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使金屬劇烈氧化并放出熱量，利用切割氧流把熔化狀態的金屬氧化物吹掉，而實現切割的方法。第一節焊接與切割概述（2）液化石油氣切割液化石油氣切割的原理與氣割相同。不同的是液化石油氣的燃燒特性與乙炔氣不同，所使用的割炬也有所不同：它擴大了低壓氧噴嘴孔徑及燃料混合氣噴口截面，還擴大了對吸管圓柱部分孔徑。第一節焊接與切割概述（3）氫氧源切割利用水電解氫氧發生器，用直流電將水電解成氫氣和氧氣，其氣體比例恰好完全燃燒，溫度可達2800～3000℃，可以用于火焰加熱。第一節焊接與切割概述（4）氧熔劑切割氧熔劑切割是在切割氧流中加入純鐵粉或其它熔劑，利用它們的燃燒熱和廢渣作用實現氣割的方法為氧熔劑切割。第一節焊接與切割概述2．電弧切割電弧切割按生成電弧的不同可分為：

(1)等離子弧切割等離子弧切割是利用高溫高速的強勁的等離子射流，將被切割金屬部熔化并隨即吹除、形成狹窄的切口而完成切割的方法。

(2)碳弧氣割碳弧氣割是使用碳棒與工件之間產生的電弧將金屬熔化，并用壓縮空氣將其吹掉，實現切割的方法。空氣等離子切割機第一節焊接與切割概述3．冷切割切割后工件相對變形小的切割方法有：

(1)激光切割激光切割是利用激光束把材料穿透，并使激光束移動而實現切割的方法。

(2)水射流切割水射流切割是利用高壓換能泵產生出200～400MPa的高壓水的水束動能，來實現材料的切割。激光切割機水射流切割系統第一節焊接與切割概述二、焊接與切割的發展概況及應用（了解）(一)焊接與切割技術的發展概況我國是最早應用焊接技術的國家之一。沈括與《夢溪筆談》

第一節焊接與切割概述二、焊接與切割的發展概況及應用(一)焊接與切割技術的發展概況宋應星與《天工開物》第一節焊接與切割概述氣焊大約是在1892年前后出現，那時使用的是氫氣－氧氣混合氣體。氫氧混合氣體的燃燒溫度最高能達到2000℃左右，因此，只能焊接較薄的工件，而且使用氫氣很不安全，容易發生爆炸事故。所以，在工業上未被廣泛采用。到了1895年，發明了用電爐制造碳化鈣(俗稱電石)的方法之后，又發現了乙炔氣(電石與水接觸后產生的氣體)和氧氣混合燃燒，可以得到更高的溫度(3200℃)，在1903年，氧氣一乙炔氣火焰被運用到金屬焊接上去，奠定了氣焊技術的基礎。第一節焊接與切割概述近代主要的焊接技術－電弧焊，是在電能成功地應用于工業生產之后發展起來的。20世紀初，作為焊接設備的正式產品——手工電弧焊機問世。20年代后期電阻焊和40年代后期埋弧焊、惰性氣體保護焊相繼獲得應用，50年代CO2氣電焊、電渣焊、摩擦焊、電子束焊、超聲波焊和60年代等離子弧焊、激光焊、光束焊相繼出現，使焊接技術達到了新的水平。近年來，太陽能焊機、冷壓焊機等新型焊接設備開始研制，特別是在焊接生產自動化及電子計算機在焊接切割生產中的應用方面有很大發展，將會使焊接切割技術的發展達到一個新階段。第一節焊接與切割概述(二)焊接與切割的應用焊接是一種應用范圍很廣的金屬加工方法，與其它熱加工方法相比，它具有生產周期短、成本低，結構設計靈活，用材合理及能夠以小拼大等一系列優點，從而在工業生產中得到了廣泛的應用。如造船、電站、汽車、石油、橋梁、礦山機械等行業中，焊接已成為不可缺少的加工手段。在世界主要的工業國家里每年鋼產量的45％左右要用于生產焊接結構。第一節焊接與切割概述在制造一輛小轎車時，需要焊接5000～12000個焊點，一艘30萬噸油輪要焊1000km長的焊縫，一架飛機的焊點多達20～30萬個。第一節焊接與切割概述此外，隨著工業的發展，被焊接的材料種類也愈來愈多，除了普通的材料外，還有如超高強鋼、活性金屬、難熔金屬以及各種非金屬的焊接。同時，由于各類產品日益向著高參數(高溫、高壓、高壽命)、大型化方向發展，焊接結構越來越復雜，焊接工作量越來越大，這對于焊接生產的質量，效率等提出了更高的要求。同時也推動了焊接技術的飛速發展，使它在工業生產中的應用更為廣闊。第一節焊接與切割概述三、學習焊接切割安全技術的必要性隨著生產的發展，焊接技術的應用愈來愈廣泛，與此同時，伴隨出現的各種不安全、不衛生的因素嚴重地威脅著焊工及其它生產人員的安全與健康。為切實保護工人的安全與健康，國家經貿委于1999年發布的第13號主任令《特種作業人員安全技術培訓考核管理辦法》和國家標準GB5306—85《特種作業人員安全技術考核管理規則》中都明確規定：金屬焊接(氣割)作業是特種作業，直接從事特種作業者，稱特種作業人員。特種作業人員，必須進行與工種相適應的、專門的安全技術理論學習和實際操作訓練，并經考核合格取得國家經貿委統一制作的安全技術操作證后方準獨立作業。

第一節焊接與切割概述特種作業是指容易發生人員傷亡事故，對操作者本人、他人及周圍設施的安全有重大危害的作業。特種作業人員的安全技術素質及行為對于安全狀況是至關重要的，許多重大、特大事故就是因為這些作業人員的違章造成的。《勞動法》、《礦山安全法》、《煤炭法》等法律法規都對特種作業人員的培訓、考核、管理提出了要求。原勞動部曾發布了《特種作業人員安全技術培訓考核管理規定》(勞安字[1991]31號)、《礦山特種作業人員安全操作資格考核規定》(勞部發[1996]35號)等規章。第一節焊接與切割概述職工在焊接切割工作過程中需要與各種易燃易爆氣體、壓力容器和電機電器接觸。焊接過程中會產生有毒氣體、有害粉塵、弧光輻射、高頻電磁場、噪聲和射線等。上述危害因素在一定條件下可能引起爆炸、火災、燙傷、急性中毒(錳中毒)、血液疾病、電光性眼炎和皮膚病等職業病癥。此外還可能危及設備、廠房和周圍人員安全，給國家和企業帶來不應有的損失。第一節焊接與切割概述學習焊接安全技術的目的在于使有關的管理人員、操作工人掌握焊接操作的基本原理，操作安全及防護的方法，嚴格執行國家標準《焊接與切割安全》(GB9448—88)及各項有關安全操作規程，保證安全生產以及遇到緊急情況時能及時做出適當的處理，從而保護操作者自己和周圍人員及廠房設備不遭到損害。焊接工人只有詳細地了解焊接生產過程的特點和焊接工藝、工具及操作方法，才能深刻地理解和掌握焊接安全技術的措施，嚴格地執行安全規程和實施防護措施，從而保證安全生產，避免發生事故。第二節金屬學及熱處理基本知識（了解）一、金屬晶體結構的一般知識化學元素83種金屬22種非金屬固態金屬特性：不透明、有光澤、有延展性、有良好的導電性和導熱性。隨著溫度升高，金屬的導電性降低，電阻率增大。常見的金屬元素有鐵、鋁、銅、鉻、鎳、鎢等。隨著溫度的升高，非金屬的電阻率減小，導電性提高。常見的非金屬元素有碳、氧、氫、氮、硫、磷等。第二節金屬學及熱處理基本知識一、金屬晶體結構的一般知識我們所焊接的材料主要是金屬，尤其是鋼材，鋼材的性能不僅取決于鋼材的化學成分，而且取決于鋼材的組織，為了了解鋼材的組織及對性能的影響，我們必須先從晶體結構講起。第二節金屬學及熱處理基本知識(一)晶體的特點晶體有三個特征：

(1)晶體有整齊規則的幾何外形；

(2)晶體有固定的熔點，在熔化過程中，溫度始終保持不變；

(3)晶體有各向異性的特點。鎵,一種很容易結成大塊單晶的金屬食鹽、水結成的冰，一般的固態金屬及合金都是晶體。玻璃、松香不是晶體，而屬于非晶體。第二節金屬學及熱處理基本知識晶體通常呈現規則的幾何形狀，就像有人特意加工出來的一樣。其內部原子的排列十分規整嚴格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內部原子的排列則是雜亂無章的。準晶體是最近發現的一類新物質，其內部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。

第二節金屬學及熱處理基本知識(二)典型的金屬晶體結構圖1—4典型的金屬晶體結構(a)體心立方晶格(b)面心立方晶格

金屬的原子按一定方式有規則地排列成一定空間幾何形狀的結晶格子，稱為晶格。金屬的晶格常見的有體心立方晶格和面心立方晶格，如圖1—4所示。體心立方晶格的立方體的中心和八個頂點各有一個鐵原子，而面心立方晶格的立方體的八個頂點和六個面的中心各有一個鐵原子。第二節金屬學及熱處理基本知識鐵屬于立方晶格，隨著溫度的變化，鐵可以由一種晶格轉變為另一種晶格。這種晶格的轉變，稱為同素異晶轉變。純鐵在常溫下是體心立方晶格(稱為α-Fe)；當溫度升高到910℃時，純鐵的晶格由體心立方晶格轉變為面心立方晶格(稱為γ-Fe)；再升溫到1390℃時，面心立方晶格又重新轉變為體心立方晶格(稱為δ-Fe)，然后一直保持到純鐵的熔化溫度。純鐵的這種特性非常重要，是鋼材所以能通過各種熱處理方法來改變其內部組織，從而改善性能的內在因素之一，也是焊接熱影響區中各個區域與母材相比，具有不同組織和性能的原因之一。第二節金屬學及熱處理基本知識二、合金的組織、結構及鐵碳合金的基本知識(一)合金的組織由兩種或兩種以上的金屬或非金屬所組成的具有金屬特性的物質。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。根據組成元素的數目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。中國是世界上最早研究和生產合金的國家之一，在商朝(距今3000多年前)青銅(銅錫合金)工藝就已非常發達；公元前6世紀左右(春秋晚期)已鍛打(還進行過熱處理)出鋒利的劍(鋼制品)。常見合金有球墨鑄鐵、錳鋼、不銹鋼、黃銅、青銅、白銅、焊錫、硬鋁、18K黃金、18K白金。第二節金屬學及熱處理基本知識(1)固溶體固溶體是一種物質的原子均勻地溶解在另一種物質的晶格內，形成單相晶體結構。根據原子在晶格上分布的形式，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。兩種元素的原子大小差別愈大，形成固溶體后所引起的晶格扭曲程度越大。扭曲的晶格增加了金屬塑性變形的阻力，所以固溶體比純金屬硬度高、強度大。第二節金屬學及熱處理基本知識圖1—5固溶體示意圖(a)置換固溶體；(b)間隙固溶體

某一元素晶格上的原子部分地被另一元素的原子所取代，稱為置換固溶體；如果另一元素的原子擠入某元素晶格原子之間的空隙中，稱為間隙固溶體。

第二節金屬學及熱處理基本知識(2)化合物兩種元素的原子按一定比例相結合，具有新的晶體結構，在晶格中各元素原子的相互位置是固定的，叫化合物。通常化合物具有較高的硬度，低的塑性，脆性也較大。第二節金屬學及熱處理基本知識(3)機械混合物固溶體和化合物均為單相的合金，若合金是由兩種不同的晶體結構彼此機械混合組成，稱為機械混合物。它往往比單一的固溶體合金有更高的強度、硬度和耐磨性；塑性和壓力加工性能則較差。第二節金屬學及熱處理基本知識(二)鋼中常見的顯微組織(1)鐵素體(F)：鐵素體是少量的碳和其它合金元素固溶于α-鐵中的固溶體。α-鐵為體心立方晶格，碳原子以填隙狀態存在，合金元素以置換狀態存在。鐵素體溶解碳的能力很差，在723℃時為0．02％，室溫時僅0．006％。鐵素體的強度和硬度低，但塑性和韌性很好，所以含鐵素體多的鋼(如低碳鋼)就表現出軟而韌的性能。第二節金屬學及熱處理基本知識(2)滲碳體(Fe3C)滲碳體是鐵與碳的化合物，分子式是Fe3C，其性能與鐵素體相反，硬而脆，隨著鋼中含碳量的增加，鋼中滲碳體的量也增多，鋼的硬度、強度也增加，而塑性、韌性則下降。(3)珠光體(P)珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，含碳量為0．8％左右，只有溫度低于723℃時才存在。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間。第二節金屬學及熱處理基本知識(4)奧氏體(A)奧氏體是碳和其它合金元素在γ-鐵中的固溶體。在一般鋼材中，只有高溫時存在。當含有一定量擴大γ區的合金元素時，則可能在室溫下存在，如鉻鎳奧氏體不銹鋼則在室溫時的組織為奧氏體。奧氏體為面心立方晶格，奧氏體的強度和硬度不高，塑性和韌性很好。奧氏體的另一特點是沒有磁性。第二節金屬學及熱處理基本知識

(5)馬氏體(M)馬氏體是碳在α-鐵中的過飽和固溶體，一般可分為低碳馬氏體和高碳馬氏體。馬氏體的體積比相同重量的奧氏體的體積大，因此，由奧氏體轉變為馬氏體時體積要膨脹，局部體積膨脹后引起的內應力往往導致零件變形、開裂。高碳淬火馬氏體具有很高的硬度和強度，但很脆，延展性很低，幾乎不能承受沖擊載荷。低碳回火馬氏體則具有相當高的強度和良好的塑性和韌性相結合的特點。第二節金屬學及熱處理基本知識

(6)魏氏組織魏氏組織是一種過熱組織，是由彼此交叉約60°的鐵素體針嵌入基體的顯微組織。碳鋼過熱，晶粒長大后，高溫下晶粒粗大的奧氏體以一定速度冷卻時，很容易形成魏氏組織。粗大的魏氏組織使鋼材的塑性和韌性下降，使鋼變脆。第二節金屬學及熱處理基本知識(二)鐵—碳合金平衡狀態圖鋼和鑄鐵都是鐵碳合金。含碳量低于2．11％的鐵碳合金稱為鋼，含碳量2．11％～6．67％的鐵碳合金稱為鑄鐵。為了全面了解鐵碳合金在不同含碳量和不同溫度下所處的狀態及所具有的組織結構，可用Fe-C合金平衡狀態圖來表示這種關系，見下圖。第二節金屬學及熱處理基本知識

圖上縱座標表示溫度，橫座標表示鐵碳合金中碳的百分含量。例如，在橫座標左端，含碳量為零，即為純鐵；在右端，含碳量為6．67％，全部為滲碳體(Fe3C)。Fe-C平衡狀態圖

第二節金屬學及熱處理基本知識圖中ACD線為液相線，在ACD線以上的合金呈液態。這條線說明純鐵在1535℃凝固，隨碳含量的增加，合金凝固點降低。C點合金的凝固點最低，為1147℃。當含碳量大于4．3％以后，隨含碳量的增加，凝固點增高。AHJEF線為固相線。在AHJEF線以下的合金呈固態。在液相線和固相線之間的區域為兩相(液相和固相)共存。第二節金屬學及熱處理基本知識GS線表示含碳量低于0．8％的鋼在緩慢冷卻時由奧氏體開始析出鐵素體的溫度。ECF水平線，1147℃，為共晶反應線。液體合金緩慢冷卻至該溫度時，發生共晶反應，生成萊氏體組織。PSK水平線，723℃，為共析反應線，表示鐵碳合金在緩慢冷卻時，奧氏體轉變為珠光體的溫度。為了使用方便，PSK線又稱為A1線，GS線稱為A3線，ES線為Acm線。第二節金屬學及熱處理基本知識正點是碳在奧氏體中最大溶解度點，也是區分鋼與鑄鐵的分界點，其溫度為1147℃，含碳量為2．11％。S點為共析點，溫度為723℃，含碳量為0．8％。S點成分的鋼是共析鋼，其室溫組織全部為珠光體。S點左邊的鋼為亞共析鋼，室溫組織為鐵素體+珠光體；S點右邊的鋼為過共析鋼，其室溫組織為滲碳體+珠光體。第二節金屬學及熱處理基本知識C點為共晶點，溫度為1147℃，含碳量為4．3％。C點成分的合金為共晶鑄鐵，組織為萊氏體。含碳量在2．11％～4．3％之間的合金為亞共晶鑄鐵，組織為萊氏體+珠光體+滲碳體；含碳量在4．3％～6．67％之間的合金為過共晶鑄鐵，組織為萊氏體+滲碳體。萊氏體組織在常溫下是珠光體+滲碳體的機械混合物，其性硬而脆。第二節金屬學及熱處理基本知識現以含碳0．2％的低碳鋼為例，說明從液態冷卻到室溫過程中的組織變化。當液態鋼冷卻至AC線時，開始凝固，從鋼液中生成奧氏體晶核，并不斷長大；當溫度下降到AE線時，鋼液全部凝固為奧氏體；當溫度下降到GS(A3)線時，從奧氏體中開始析出鐵素體晶核，并隨溫度的下降，晶核不斷長大；當溫度下降到PSK(A1)線時，剩余未經轉變的奧氏體轉變為珠光體；從A1下降至室溫，其組織為鐵素體+珠光體，不再變化，見下圖。第二節金屬學及熱處理基本知識Fe—C合金平衡狀態圖對于熱加工具有重要的指導意義，尤其對焊接，可根據狀態圖來分析焊縫及熱影響區的組織變化，選擇焊后熱處理工藝等。低碳鋼由高溫冷卻下來的組織變化示意圖

第二節金屬學及熱處理基本知識三、鋼的熱處理將金屬加熱到一定溫度，并保持一定時間，然后以一定的冷卻速度冷卻到室溫，這個過程稱為熱處理。常用的熱處理工藝方法有以下幾種：(一)淬火(二)回火(三)正火(四)退火

第二節金屬學及熱處理基本知識(一)淬火將鋼(高碳鋼和中碳鋼等)加熱到A1(對過共析鋼)或A3(對亞共析鋼)以上30～70℃，在此溫度下保持一段時間，使鋼的組織全部變成奧氏體，然后快速冷卻(水冷或油冷)，使奧氏體來不及分解和合金元素的擴散而形成馬氏體組織，稱為淬火。淬火后可以提高鋼的硬度及耐磨性。在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區中可能發生淬火現象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設法防止的。第二節金屬學及熱處理基本知識(二)回火淬火后進行回火，可以在保持一定強度的基礎上恢復鋼的韌性。回火溫度在A1以下。按回火溫度的不同可分為低溫回火(150～250℃)、中溫回火(350～450℃)、高溫回火(500～650℃)。低溫回火后得到回火馬氏體組織，硬度稍有降低，韌性有所提高。中溫回火后得到回火屈氏體組織，提高了鋼的彈性極限和屈服強度，同時也有較好的韌性。高溫回火后得到回火索氏體組織，可消除內應力，降低鋼的強度和硬度，提高鋼的塑性和韌性。鋼在淬火后再進行高溫回火，這一復合熱處理工藝稱為調質。調質能得到韌性和強度最好的配合，獲得良好的綜合力學性能。第二節金屬學及熱處理基本知識(三)正火將鋼加熱到A3或Acm以上50～70℃，保溫后，在空氣中冷卻，稱為正火。許多碳素鋼和低合金結構鋼經正火后，各項力學性能均較好，可以細化晶粒，常用來作為最終熱處理。對于焊接結構，經正火后，能改善焊接接頭性能，可消除粗晶組織及組織不均勻等。第二節金屬學及熱處理基本知識(四)退火將鋼加熱到A3以上或A1左右一定范圍的溫度，保溫一段時間后，隨爐緩慢而均勻地冷卻，稱為退火。退火可降低硬度，使材料便于切削加工，能消除內應力等。焊接結構焊接以后會產生焊接殘余應力，容易導致產生延遲裂紋，因此重要的焊接結構焊后應該進行消除應力退火處理。消除應力退火屬于低溫退火，加熱溫度在A1以下，一般采用600～650℃，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻。亦稱焊后熱處理。第三節常用金屬材料的一般知識一、金屬材料的性能金屬材料的性能通常包括物理性能、化學性能、力學性能和工藝性能等。(一)金屬材料的物理化學性能

1．密度物質單位體積所具有的質量稱為密度，用符號P表示。利用密度的概念可以幫助我們解決一系列實際問題，如計算毛坯的重量，鑒別金屬材料等。常用金屬材料的密度如下：鑄鋼為7．8g／cm3，灰鑄鐵為7．2g／cm3，鋼為8．9g／cm3，黃銅為8．63g／cm3，鋁為2．7g／cm3。第三節常用金屬材料的一般知識2．導電性金屬傳導電流的能力叫做導電性。各種金屬的導電性各不相同，通常銀的導電性最好，其次是銅和鋁。3．導熱性金屬傳導熱量的性能稱為導熱性。一般說導電性好的材料，其導熱性也好。若某些零件在使用中需要大量吸熱或散熱時，則要用導熱性好的材料。如凝汽器中的冷卻水管常用導熱性好的銅合金制造，以提高冷卻效果。第三節常用金屬材料的一般知識4．熱膨脹性金屬受熱時體積發生脹大的現象稱為金屬的熱膨脹。例如，被焊的工件由于受熱不均勻而產生不均勻的熱膨脹，就會導致焊件的變形和焊接應力。衡量熱膨脹性的指標稱為熱膨脹系數。第三節常用金屬材料的一般知識5．抗氧化性金屬材料在高溫時抵抗氧化性氣氛腐蝕作用的能力稱為抗氧化性。熱力設備中的高溫部件，如鍋爐的過熱器、水冷壁管、汽輪機的汽缸、葉片等，易產生氧化腐蝕。一般用作過熱器管等材料的抗氧化腐蝕速度指標控制在≤0．1mm／a。第三節常用金屬材料的一般知識6．耐腐蝕性金屬材料抵抗各種介質(大氣、酸、堿、鹽等)侵蝕的能力稱為耐腐蝕性。化工、熱力設備中許多部件是在腐蝕條件下長期工作的，所以選材時必須考慮鋼材的耐腐蝕性。第三節常用金屬材料的一般知識(二)金屬材料的力學性能金屬材料受外部負荷時，從開始受力直至材料破壞的全部過程中所呈現的力學特征，稱為力學性能。它是衡量金屬材料使用性能的重要指標。力學性能主要包括強度、塑性、硬度和韌性等。第三節常用金屬材料的一般知識1．強度金屬材料的強度性能表示金屬材料對變形和斷裂的抗力，它用單位截面上所受的力(稱為應力)來表示。常用的強度指標有屈服強度及抗拉強度等。

(1)屈服強度鋼材在拉伸過程中，當拉應力達到某一數值而不再增加時，其變形卻繼續增加，這個拉應力值稱為屈服強度，以σs表示。σs值越高，材料的強度越高。

(2)抗拉強度金屬材料在破壞前所承受的最大拉應力，以σb表示。σb值越大金屬材料抵抗斷裂的能力越大，強度越高。強度的單位是MPa(兆帕)。第三節常用金屬材料的一般知識2．塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產生塑性變形的能力。表示金屬材料塑性性能有伸長率、斷面收縮率及冷彎角等。

(1)伸長率金屬材料受拉力作用破斷時，伸長量與原長度的百分比叫做伸長率，以δ表示。

式中L0——試樣的原標定長度，mm；

L1——試樣拉斷后標距部分的長度，mm。第三節常用金屬材料的一般知識(2)斷面收縮率金屬材料受拉力作用破斷時，拉斷處橫截面縮小的面積與原始截面積的百分比叫做斷面收縮率，以甲表示。式中F——試樣拉斷后，拉斷處橫截面面積，mm2；

F0——試樣標距部分原始的橫截面面積，mm2。第三節常用金屬材料的一般知識(3)冷彎角冷彎角也叫彎曲角，一般是用長條形試件，根據不同的材質、板厚，按規定的彎曲半徑進行彎曲，在受拉面出現裂紋時試件與原始平面的夾角，叫做冷彎角，以α表示。冷彎角越大，說明金屬材料的塑性越好。第三節常用金屬材料的一般知識3．沖擊韌性沖擊韌性是衡量金屬材料抵抗動載荷或沖擊力的能力，沖擊試驗可以測定材料在突加載荷時對缺口的敏感性。沖擊值是沖擊韌性的一個指標，以ak表示。ak值越大說明該材料的韌性越好。式中Ak——沖擊吸收功，J；

F——試驗前試樣刻槽處的橫截面積，cm2；

ak——沖擊值，J／cm2。第三節常用金屬材料的一般知識4．硬度金屬材料抵抗表面變形的能力。常用的硬度有布氏硬度HB、洛氏硬度HR、維氏硬度HV三種。第三節常用金屬材料的一般知識(三)金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能是指承受各種冷熱加工的能力。1．切削性能切削性是指金屬材料是否易于切削的性能。切削時，若切削刀具不易磨損，切削力較小且被切削工件的表面質量高，則稱此材料的切削性能好。一般灰口鑄鐵具有良好的切削性，鋼的硬度在HB180～200范圍內時具有較好的切削性能。第三節常用金屬材料的一般知識2．鑄造性能金屬的鑄造性能主要是指金屬在液態時的流動性以及液態金屬在凝固過程中的收縮和偏析程度。金屬的鑄造性能是保證鑄件質量的重要性能。3．焊接性能焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成按規定設計要求的構件，并滿足預定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、構件類型及使用要求四個因素的影響。第三節常用金屬材料的一般知識焊接性評定方法有很多，其中廣泛使用的方法是碳當量法。這種方法是基于合金元素對鋼的焊接性不同程度的影響，而把鋼中合金元素(包括碳)的含量按其作用換算成碳的相當含量。可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標。碳當量法用于對碳鋼和低合金鋼淬硬及冷裂傾向的估算。第三節常用金屬材料的一般知識常用碳當量的計算公式式中元素符號表示它們在鋼中所占的百分含量，若含量為一范圍時，取上限。第三節常用金屬材料的一般知識經驗證明：當CE<0．4％時，鋼材的淬硬傾向不明顯，焊接性優良，焊接時不必預熱；當CE＝0．4％～0．6％時，鋼材的淬硬傾向逐漸明顯，需采取適當預熱和控制線能量等工藝措施；當CE>0．6％時，鋼材的淬硬傾向強，屬于較難焊的材料，需采取較高的預熱溫度和嚴格的工藝措施。第三節常用金屬材料的一般知識二、鋼材和有色金屬的分類、編號及性能隨著生產和科學技術的發展，各種不同焊接結構的金屬材料越來越多。為了保證焊接結構安全可靠，焊工必須掌握常用金屬材料的基本性能和焊接特性。第三節常用金屬材料的一般知識

(一)鋼材的分類鋼和鐵是黑色金屬的兩大類，都是以鐵和碳為主要元素的合金。含碳量在2．11％以下的鐵碳合金稱為鋼，含碳量2．11％～6．67％的鐵碳合金稱為鑄鐵。鋼中除了鐵、碳以外還含有少量其它元素，如錳、硅、硫、磷等。錳、硅是煉鋼時作為脫氧劑而加入的，稱為常存元素；硫、磷是由煉鋼原料帶入的，稱為雜質元素。第三節常用金屬材料的一般知識1．按化學成分分類

(1)碳素鋼這種鋼中除鐵以外，主要還含有碳、硅、錳、硫、磷等幾種元素，這些元素的總量一般不超過2％。按含碳量多少，碳素鋼又可分為：

1)低碳鋼含碳量小于0．25％。

2)中碳鋼含碳量為0．25％～0．60％。

3)高碳鋼含碳量大于0．60％。第三節常用金屬材料的一般知識(2)合金鋼這種鋼中除碳素鋼所含有的各元素外，尚還有其它一些元素，如鉻、鎳、鈦、鉬、鎢、釩、硼等。如果碳素鋼中錳的含量超過0．8％，或硅的含量超過0．5％時，這種鋼也稱為合金鋼。根據合金元素的多少，合金鋼又可分為：普通低合金鋼(普低鋼)，合金元素總含量小于5％；中合金鋼，合金元素總含量為5％～10％；高合金鋼，合金元素總含量大于10％。第三節常用金屬材料的一般知識此外，合金鋼還經常按顯微組織進行分類，如根據正火組織的狀態，分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼，有些含合金元素較多的高合金鋼，在固態下只有鐵素體組織，不發生鐵素體向奧氏體轉變，稱為鐵素體鋼。第三節常用金屬材料的一般知識2．按用途分類

(1)結構鋼

(2)工具鋼

(3)特殊用途鋼如不銹鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、磁鋼等。第三節常用金屬材料的一般知識根據需要，鋼材的幾種分類方法可以混合使用。按照使用性能和用途綜合分類如下：第三節常用金屬材料的一般知識(二)鋼材的編號

我國的鋼材編號方法是采用國際化學符號和漢語拼音字母并用的原則。即鋼號中的化學元素采用國際化學元素符號表示，如Si、Mn、Cr、W、Mo等，其中只有稀土元素由于含量不多但種類不少，不易全部一一標注出來，因此用“Re”表示其總含量。第三節常用金屬材料的一般知識鋼材的名稱、用途、冶煉和澆注方法等，則用漢語拼音字母表示，如沸騰鋼用“F”(沸)，鍋爐鋼用“g”(鍋)，容器用鋼用“R”(容)，焊接用鋼用“H”(焊)，高級優質鋼用“A”，特級優質碳素鋼用“E”等。第三節常用金屬材料的一般知識1．碳素鋼的編號

(1)碳素結構鋼一般結構鋼和工程用熱軋鋼板、型鋼均屬此類。按照GB700—88的規定，鋼的牌號由代表屈服強度的字母、屈服強度值、質量等級符號、脫氧方法符號等四部分按順序組成，如Q235—A．F，Q235—B等。第三節常用金屬材料的一般知識符號的規定為：

Q——鋼材屈服點(屈服強度)“屈”字漢語拼音首位字母；

A、B、C、D——分別為質量等級；

F——沸騰鋼；b——半鎮靜鋼；例如Q235，A．F的意義為：

第三節常用金屬材料的一般知識GBT00—88與GBT00—79所規定的碳素結構鋼的牌號、技術要求和內容形式均有變化，新舊GB700標準牌號對照如表1—1，供參考。表1—1新舊GB700標準牌號對照GB700—88GB700—79Q195不分等級，化學成分和力學性能(抗拉強度、伸長率和冷彎)均須保證，但軋制薄板和盤條之類產品，力學性能的保證項目，根據產品特點和使用要求，可在有關標準中另行規定。1號鋼Q195化學成分與本標準1號鋼的乙類鋼B1同，力學性能(抗拉強度、伸長率和冷彎)與甲類鋼A1同(A1的冷彎試驗是附加保證條件)。1號鋼沒有特類鋼。Q215A級

B級(做常溫沖擊試驗，V形缺口)A2C2Q235A級(不做沖擊試驗)

B級(做常溫沖擊試驗，V形缺口)

C級(作為重要焊接結構用)

D級(作為重要焊接結構用)A3(附加保證常溫沖擊試驗，U形缺口)C3(附加保證常溫或－20℃沖擊試驗，U形缺口)－－Q255A級

B級(做常溫沖擊試驗，V形缺口)A4C4(附加保證沖擊試驗，U形缺口)Q275不分等級、化學成分和力學性能均須保證C5第三節常用金屬材料的一般知識2．合金結構鋼的編號合金結構鋼的鋼號由三部分組成：數字+化學元素符號+數字。前面的兩位數字表示平均碳含量的萬分之幾，合金元素以漢字或化學元素符號表示，合金元素后面的數字，表示合金元素的百分含量。當元素的平均含量<1．5％時，則鋼號中只標出元素符號而不標注含量；其合金元素的平均含量≥1．5％、≥2．5％、≥3．5％……時，則在元素后面相應標出2、3、4、……如“16Mn”鋼，從鋼號可知：其平均含碳量為0．16％，平均含錳量為<1．5％。鋼中的一些特殊合金元素如V、Al、Ti、B、Re等，雖然它們的含量很低，但由于在鋼中起到很重要的作用，所以也標注在鋼號中。如“20MnVB”鋼的大致成分為：C：0．20％，Mn<1．5％，同時含有少量的釩和硼。第三節常用金屬材料的一般知識3．不銹鋼與耐熱鋼的編號化學元素符號前面的數字表示平均含碳量的千分之幾，如“9Cr17”表示平均含碳量為0．9％；“1Cr18Ni9”表示平均含碳量為0．1％，平均含鉻量18％左右，平均含鎳量9％左右。當碳含量小于0．03％時，在鋼號前標以“00”，如“00Cr19Ni10”鋼；當碳含量小于0．08％時，則在鋼號前冠以“0”，如“0Cr19Ni9”鋼等。第三節常用金屬材料的一般知識(三)鋼材的性能及焊接特點

1．低碳鋼的焊接特點低碳鋼由于含碳量低，強度、硬度不高，塑性好，所以應用非常廣泛。焊接常用的低碳鋼有Q235、20號鋼、20g和20R等。

第三節常用金屬材料的一般知識

由于低碳鋼含碳量低，所以焊接性好。其焊接具有下列特點：(1)淬火傾向小，焊縫和近縫區不易產生冷裂紋。可制造各類大型構架及受壓容器。

(2)焊前一般不需預熱，但對大厚度結構或在寒冷地區焊接時，需將焊件預熱至100～150℃左右。

(3)鎮靜鋼雜質很少，偏析很小，不易形成低熔點共晶，所以對熱裂紋不敏感。沸騰鋼中硫、磷等雜質較多，產生熱裂紋的可能性要大些。

(4)如工藝選擇不當，可能出現熱影響區晶粒長大現象，而且溫度越高，熱影響區在高溫停留時間越長，則晶粒長大越嚴重。

(5)對焊接電源沒有特殊要求，可采用交、直流弧焊機進行全位置焊接，工藝簡單。第三節常用金屬材料的一般知識2．中碳鋼的焊接特點中碳鋼含碳量比低碳鋼高，強度較高，焊接性較差。常用的有35、45、55號鋼。中碳鋼焊條電弧焊及其鑄件焊補的主要特點如下：

(1)熱影響區容易產生淬硬組織。含碳量越高，板厚越大，這種傾向也越大。如果焊接材料和工藝規范選用不當，容易產生冷裂紋。

(2)由于基本金屬含碳量較高，所以焊縫的含碳量也較高，容易產生熱裂紋。

(3)由于含碳量的增高，所以對氣孔的敏感性增加。因此對焊接材料的脫氧性，基本金屬的除油除銹，焊接材料的烘干等，要求更加嚴格。第三節常用金屬材料的一般知識3．高碳鋼的焊接特點高碳鋼由于含碳量高，焊接性能很差。其焊接有如下特點：

(1)導熱性差，焊接區和未加熱部分之間產生顯著的溫差，當熔池急劇冷卻時，在焊縫中引起的內應力，很容易形成裂紋。

(2)對淬火更加敏感，近縫區極易形成馬氏體組織。由于組織應力的作用，使近縫區產生冷裂紋。

(3)由于焊接高溫的影響，晶粒長大快，碳化物容易在晶界上積聚、長大，使焊縫脆弱，焊接接頭強度降低。

(4)高碳鋼焊接時比中碳鋼更容易產生熱裂紋。第三節常用金屬材料的一般知識4．普通低合金鋼的焊接特點普通低合金高強度鋼(簡稱普低鋼)。與碳素鋼相比，鋼中含有少量合金元素，如錳、硅、釩、鉬、鈦、鋁、鈮、銅、硼、磷、稀土等。鋼中有了一種或幾種這樣的元素后，使它具有強度高、韌性好等優點，由于加入的合金元素不多，故稱為低合金高強度鋼。常用的普通低合金高強度鋼有16Mn、16MnR、15MnVN等。第三節常用金屬材料的一般知識其焊接特點如下：

(1)熱影響區的淬硬傾向熱影響區的淬硬傾向，是普低鋼焊接的重要特點之一。隨著強度等級的提高，熱影響區的淬硬傾向也隨著變大。為了減緩熱影響區的淬硬傾向，必須采取合理的焊接工藝規范。影響熱影響區淬硬程度的因素有：材料及結構形式，如鋼材的種類、板厚、接頭型式及焊縫尺寸等；工藝因素，如工藝方法、焊接規范、焊口附近的起焊溫度(氣溫或預熱溫度)。焊接施工應通過選擇合適的工藝因素，例如增大焊接電流，減小焊接速度等措施來避免熱影響區的淬硬。第三節常用金屬材料的一般知識(2)焊接接頭的裂紋焊接裂紋是危害性最大的焊接缺陷，冷裂紋、再熱裂紋、熱裂紋、層狀撕裂和應力腐蝕裂紋是焊接中常見的幾種形態。某些鋼材淬硬傾向大，焊后冷卻過程中，由于相變產生很脆的馬氏體，在焊接應力和氫的共同作用下引起開裂，形成冷裂紋。延遲裂紋是鋼的焊接接頭冷卻到室溫后，經一定時間(幾小時，幾天甚至幾十天)才出現的焊接冷裂紋，因此具有很大的危險性。防止延遲裂紋可以從焊接材料的選擇及嚴格烘干、工件清理、預熱及層間保溫、焊后及時熱處理等方面進行控制。第三節常用金屬材料的一般知識(四)鑄鐵的分類及焊補特點工業中常用的鑄鐵含碳量在2．5％～4．0％還含有少量的錳、硅、硫、磷等元素。按碳存在的狀態及形式的不同，分為白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵及球墨鑄鐵等。鑄鐵在鑄造過程中經常產生氣孔、渣孔、夾砂、縮孔、裂縫、澆不足等缺陷和使用過程中產生超負荷、機械事故及自然損壞等現象，應根據鑄鐵的特點，采取相應焊補工藝進行修復。鑄鐵焊接很少應用。第三節常用金屬材料的一般知識鑄鐵焊補主要是灰鑄鐵的焊補。鑄鐵焊補特點：

(1)產生白口，使焊縫硬度升高，加工困難或加工不平，焊補區呈白亮的一片或一圈(指熔合區)。

(2)產生裂縫，包括焊縫開裂、焊件開裂或焊縫與基本金屬剝離。由于鑄鐵的焊接性很差，因此焊接方法和焊接材料的選擇、采用正確的焊補工：藝尤為重要。第三節常用金屬材料的一般知識焊補鑄鐵的方法有手弧焊、氣焊、釬焊、CO2氣體保護焊和手工電渣焊等。焊縫成分可分為鑄鐵型焊縫和非鑄鐵型焊縫，因而焊接材料可分為同質材料和異質材料，種類很多。根據鑄件預熱的溫度，可分為熱焊(600～700℃)、半熱焊(400℃)和冷焊。熱焊和半熱焊采用同質焊接材料，大電流連續焊或氣焊。冷焊要用異質焊接材料，小電流、斷續、分散焊、并采用焊后立即錘擊焊縫，消除焊接應力等工藝措施。另外可用栽絲法防止焊縫剝離。第三節常用金屬材料的一般知識(五)有色金屬及合金的分類及焊接特點有色金屬是指鋼鐵材料以外的各種金屬材料，所以又稱非鐵材料。有色金屬及其合金具有許多獨特的性能，例如比強度高、導電性好、耐蝕性及導熱性好等。所以有色金屬材料在機電、儀表，特別是在航空、航天以及航海工業中具有重要的作用。我們在此僅介紹常用的鋁、銅及其合金。第三節常用金屬材料的一般知識1．鋁及鋁合金的分類鋁及合金可分為：

(1)純鋁：純鋁按其純度分為高純鋁、工業高純鋁和工業純鋁三類。焊接主要是工業純鋁，工業純鋁的純度為99．7％～98．8％，其牌號有L1、L2、L3、L4、L5、L6等六種。第三節常用金屬材料的一般知識(2)鋁合金：往純鋁中加入合金元素就得到了鋁合金。根據鋁合金的加工工藝特性，可將它們分作形變鋁合金和鑄造鋁合金兩類。形變鋁合金塑性好，適宜于壓力加工。形變鋁合金按照其性能特點和用途可分為防銹鋁(LF)、硬鋁(LY)、超硬超(LC)和鍛鋁(LD)四種。鑄造鋁合金按加入主要合金元素的不同，分為鋁硅系(AL—Si)、鋁銅系(Al—Cu)、鋁鎂系(Al—Mg)和鋁鋅系(Al—Zn)四種。焊接結構中應用最廣泛的是防銹鋁(Al—Mg或Al—Mn合金)。第三節常用金屬材料的一般知識鋁及鋁合金的焊接特點是：

(1)表面容易氧化，生成致密的氧化膜，影響焊接。

(2)容易產生氣孔。

(3)容易產生熱裂紋。鋁及鋁合金焊接主要采用氬弧焊、氣焊、電阻焊等，其中氬弧焊(鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊)應用最廣泛。鋁及鋁合金焊前應用機械法或化學清洗法去除工件表面氧化膜。焊接時鎢極氬弧焊(TIG焊)采用交流電源，熔化極氬弧焊(MIG焊)采用直流反接，以獲得“陰極破碎”作用，清除氧化膜。第三節常用金屬材料的一般知識2．銅及銅合金的分類和焊接特點

(1)純銅：純銅常被稱作紫銅。它具有良好的導電性、導熱性和耐蝕性。純銅用字母“T”(銅)表示，如T1、T2、T3等。氧的含量極低，不大于0．01％的純銅稱為無氧銅，用TU(銅無)表示，如TU1、TU2等。

(2)黃銅：以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅用“H”(黃)表示如H80、H70、H68等。

(3)青銅：以前把銅與錫的合金稱作青銅，現在則把除了黃銅以外的銅合金稱作青銅。常用的有錫青銅、鋁青銅和鈹青銅等。青銅用“Q”(青)表示。第三節常用金屬材料的一般知識銅及銅合金的焊接特點是：

(1)難熔合及易變形

(2)容易產生熱裂紋

(3)容易產生氣孔銅及銅合金焊接主要采用氣焊、惰性氣體保護焊、埋弧焊、釬焊等方法。銅及銅合金導熱性能好，所以焊接前一般應預熱，并采用大線能量焊接。鎢極氬弧焊采用直流正接。氣焊時，紫銅采用中性焰或弱碳化焰，黃銅則采用弱氧化焰，以防止鋅的蒸發。第四節焊接工藝基礎知識（掌握）一、焊接接頭的種類及接頭型式焊接中，由于焊件的厚度、結構及使用條件的不同，其接頭型式及坡口形式也不同。焊接接頭型式有：對接接頭、T形接頭、角接接頭及搭接接頭等。

(一)對接接頭

兩件表面構成大于或等于135°，小于或等于180°夾角的接頭，叫做對接接頭。在各種焊接結構中它是采用最多的一種接頭型式。第四節焊接工藝基礎知識鋼板厚度在6mm以下，除重要結構外，一般不開坡口。厚度不同的鋼板對接的兩板厚度差(δ—δ1)不超過表1—2規定時，則焊縫坡口的基本形式與尺寸按較厚板的尺寸數據來選取；否則，應在厚板上作出如圖1—8所示的單面或雙面削薄；其削薄長度L≥3(δ—δ1)。第四節焊接工藝基礎知識圖1—8不同厚度板材的對接(a)單面削薄，(b)雙面削薄表1-2較薄板厚度δ1≤2～5>5～9>9～12>12允許厚度差(δ—δ1)1234第四節焊接工藝基礎知識(二)角接接頭

兩焊件端面間構成大于30°、小于135°夾角的接頭，叫做角接接頭，見圖1—9。這種接頭受力狀況不太好，常用于不重要的結構中。圖1—9角接接頭(a)I形坡口；(b)帶鈍邊單邊V形坡口第四節焊接工藝基礎知識(三)T形接頭

一件之端面與另一件表面構成直角或近似直角的接頭，叫做T形接頭，見圖1—10。圖1—10T形接頭第四節焊接工藝基礎知識(四)搭接接頭

兩件部分重疊構成的接頭叫搭接接頭，見圖1—11。圖1—11搭接接頭(a)I形坡口，(b)圓孔內塞焊；(c)長孔內角焊第四節焊接工藝基礎知識搭接接頭根據其結構形式和對強度的要求，分為不開坡口、圓孔內塞焊和長孔內角焊三種形式，見圖1—11。

I形坡口的搭接接頭，一般用于厚度12mm以下的鋼板，其重疊部分≥2(δ1+δ2)，雙面焊接。這種接頭用于不重要的結構中。當遇到重疊部分的面積較大時，可根據板厚及強度要求，分別采用不同大小和數量的圓孔內塞焊或長孔內角焊的接頭型式。第四節焊接工藝基礎知識二、焊縫坡口的基本形式與尺寸

(一)坡口形式（P36頁表1-3）根據坡口的形狀，坡口分成I形(不開坡口)、V形、Y形、雙Y形、U形、雙U形、單邊V形、雙單邊Y形、J形等各種坡口形式。

V形和Y形坡口的加工和施焊方便(不必翻轉焊件)，但焊后容易產生角變形。第四節焊接工藝基礎知識雙Y形坡口是在V形坡口的基礎上發展的。當焊件厚度增大時，采用雙Y形代替V形坡口，在同樣厚度下，可減少焊縫金屬量約1/2，并且可對稱施焊，焊后的殘余變形較小。缺點是焊接過程中要翻轉焊件，在筒形焊件的內部施焊，使勞動條件變差。

U形坡口的填充金屬量在焊件厚度相同的條件下比V形坡口小得多，但這種坡口的加工較復雜。第四節焊接工藝基礎知識(二)坡口的幾何尺寸

(1)坡口面待焊件上的坡口表面叫坡口面。

(2)坡口面角度和坡口角度待加工坡口的端面與坡口面之間的夾角叫坡口面角度，兩坡口面之間的夾角叫坡口角度，見圖1—12。

(3)根部間隙焊前在接頭根部之間預留的空隙叫根部間隙，見圖1—12。其作用在于打底焊時能保證根部焊透。根部間隙又叫裝配間隙。

(4)鈍邊焊件開坡口時，沿焊件接頭坡口根部的端面直邊部分叫鈍邊，見圖1—12。鈍邊的作用是防止根部燒穿。

(5)根部半徑在J形、U形坡口底部的圓角半徑叫根部半徑(見圖1—12)。它的作用是增大坡口根部的空間，以便焊透根部。第四節焊接工藝基礎知識圖1—12坡口的幾何尺寸

第四節焊接工藝基礎知識三、焊接位置種類根據GB／T3375—94《焊接術語》的規定，焊接位置，即熔焊時，焊件接縫所處的空間位置，可用焊縫傾角和焊縫轉角來表示。有平焊、立焊、橫焊和仰焊位置等。

焊縫傾角，即焊縫軸線與水平面之間的夾角，見圖1—13。圖1—13焊縫傾角第四節焊接工藝基礎知識焊縫轉角，即焊縫中心線(焊根和蓋面層中心連線)和水平參照面Y軸的夾角，見圖1—14。圖1—14焊縫轉角第四節焊接工藝基礎知識(1)平焊位置焊縫傾角0°，焊縫轉角90°的焊接位置，見圖1—15(a)。

(2)橫焊位置焊縫傾角0°，180°；焊縫轉角0°，180°的對接位置，見圖1—15(b)。圖1—15各種焊接位置(a)平焊(b)橫焊(c)立焊(d)仰焊(e)平角焊(f)仰角焊第四節焊接工藝基礎知識(3)立焊位置焊縫傾角90°(立向上)，270°(立向下)的焊接位置，見圖1—15(c)。(4)仰焊位置對接焊縫傾角0°，180°；轉角270°的焊接位置，如圖1—15(d)。此外，對于角焊位置還規定了另外兩種焊接位置。(5)平角焊位置角焊縫傾角0°，180°；轉角45°，135°的角焊位置，見圖1—15(e)。(6)仰角焊位置傾角0°，180°；轉角225°，315°的角焊位置，見圖1—15(f)。第四節焊接工藝基礎知識在平焊位置、橫焊位置、立焊位置、仰焊位置進行的焊接分別稱為平焊、橫焊、立焊、仰焊。T形、十字形和角接接頭處于平焊位置進行的焊接稱為船形焊。在工程上常用的水平固定管的焊接，由于在管子360°的焊接中，有仰焊、立焊、平焊，所以稱全位置焊接。當焊件接縫置于傾斜位置(除平、橫、立、仰焊位置以外)時進行的焊接稱為傾斜焊。第四節焊接工藝基礎知識四、焊縫形式及形狀尺寸

(一)焊縫形式焊縫按不同分類方法可分為下列幾種形式：

(1)根據GB／T3375—94的規定，按焊縫結合形式，分為對接焊縫、角焊縫、塞焊縫、槽焊縫和端接焊縫五種：

1)對接焊縫：在焊件的坡口面間或一零件的坡口面與另一零件表面間焊接的焊縫，第四節焊接工藝基礎知識

2)角焊縫：沿兩直交或近直交零件的交線所焊接的焊縫。

3)端接焊縫：構成端接接頭所形成的焊縫。

4)塞焊縫：兩零件相疊，其中一塊開圓孔，在圓孔中焊接兩板所形成的焊縫，只在孔內焊角焊縫者不稱塞焊。

5)槽焊縫：兩板相疊，其中一塊開長孔，在長孔中焊接兩板的焊縫，只焊角焊縫者不稱槽焊。第四節焊接工藝基礎知識(2)按施焊時焊縫在空間所處位置分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫及仰焊縫四種形式。(3)按焊縫斷續情況分為連續焊縫和斷續焊縫兩種形式。

斷續焊縫又分為交錯式和并列式兩種(圖1—16)，焊縫尺寸除注明焊腳K外，還注明斷續焊縫中每一段焊縫的長度l和間距e，并以符號“Z”表示交錯式焊縫.圖1—16斷續角焊縫(a)交錯式(b)并列式第四節焊接工藝基礎知識(二)焊縫的形狀尺寸焊縫的形狀用一系列幾何尺寸來表示，不同形式的焊縫，其形狀參數也不一樣。

1．焊縫寬度

焊縫表面與母材的交界處叫焊趾。焊縫表面兩焊趾之間的距離叫焊縫寬度，如圖1—17。圖1—17焊縫寬度第四節焊接工藝基礎知識2．余高

超出母材表面焊趾連線上面的那部分焊縫金屬的最大高度叫余高，見圖1—18。在靜載下它有一定的加強作用，所以它又叫加強高。但在動載或交變載荷下，它非但不起加強作用，反而因焊趾處應力集中易于促使脆斷。所以余高不能低于母材但也不能過高。手弧焊時的余高值為0～3mm。圖1—18余高第四節焊接工藝基礎知識3．熔深

在焊接接頭橫載面上，母材或前道焊縫熔化的深度叫熔深，見圖1—19。圖1—19熔深(a)對接接頭熔深(b)搭接接頭熔深(c)T形接頭熔深第四節焊接工藝基礎知識4．焊縫厚度

在焊縫橫截面中，從焊縫正面到焊縫背面的距離，叫焊縫厚度，見圖1—20。圖1—20焊縫厚度及焊腳(a)凸形角焊縫(b)凹形角焊縫第四節焊接工藝基礎知識焊縫計算厚度是設計焊縫時使用的焊縫厚度。對接焊縫焊透時它等于焊件的厚度；角焊縫時它等于在角焊縫橫截內畫出的最大直角等腰三角形中，從直角的頂點到斜邊的垂線長度，習慣上也稱喉厚，見圖1—20。第四節焊接工藝基礎知識5．焊腳

角焊縫的橫截面中，從一個直角面上的焊趾到另一個直角面表面的最小距離，叫做焊腳。在角焊縫的橫截面中畫出的最大等腰直角三角形中直角邊的長度叫焊腳尺寸，見圖1—20。第四節焊接工藝基礎知識6．焊縫成形系數圖1—21焊縫成形系數的計算

第四節焊接工藝基礎知識熔焊時，在單道焊縫橫截面上焊縫寬度(B)與焊縫計算厚度(H)的比值(ф＝B／H)，叫焊縫成形系數，見圖1—21。該系數值小，則表示焊縫窄而深，這樣的焊縫中容易產生氣孔和裂紋，所以焊縫成形系數應該保持一定的數值，例如埋弧自動焊的焊縫成形系數ф要大于1．3。第四節焊接工藝基礎知識7．熔合比

是指熔焊時，被熔化的母材在焊道金屬中所占的百分比。各種接頭、坡口和焊縫的形式見表1—3。表1—3各種坡口、接頭及焊縫形式

第四節焊接工藝基礎知識五、焊縫符號表示法

焊縫符號一般由基本符號和指引線組成。必要時還可以加上輔助符號、補充符號和焊縫尺寸符號等。

(一)符號根據GB324—88《焊縫符號表示法》的規定，焊縫符號可以分為以下幾種：

(1)基本符號

基本符號是表示焊縫橫截面形狀的符號，見表1—4。表1—4基本符號注：1)不完全熔化的卷邊焊縫用I形焊縫符號來表示，并加注焊縫有效厚度S。第四節焊接工藝基礎知識(2)輔助符號

輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號，見表1—5。應用示例見表1—6。表1—5輔助符號表1—6輔助符號的應用示例第四節焊接工藝基礎知識

(3)補充符號

補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征而采用的符號，見表1—7。應用示例見表1—8。表1—7補充符號表1—8補充符號應用示例第四節焊接工藝基礎知識(二)符號在圖紙上的位置

1．基本要求完整的焊縫表示方法除了上述基本符號、輔助符號、補充符號以外，還包括指引線、焊縫尺寸符號及數據。

指引線一般由帶有箭頭的指引線(簡稱箭頭線)和兩條基準線(一條為實線，另一條為虛線)兩部分組成。如圖1—22所示。圖1—22指引線第四節焊接工藝基礎知識2．箭頭線和接頭的關系圖1—23和圖1—24給出的示例說明下列術語的含義：圖1—23帶單角焊縫的T型接頭(a)焊縫在箭頭側(b)焊縫在非箭頭側第四節焊接工藝基礎知識圖1—24雙角焊縫的十字接頭a．接頭的箭頭側；b．接頭的非箭頭側第四節焊接工藝基礎知識3．箭頭線的位置箭頭線相對焊縫的位置一般沒有特殊要求，見圖1—25(a)、(b)。但是在標注單邊V、單邊Y、J形焊縫時，箭頭線應指向帶有坡口一側的工件，見圖1—25(c)、(d)。必要時，允許箭頭線彎折一次，如圖1—26。圖1—25箭頭線的位置第四節焊接工藝基礎知識圖1—26彎折的箭頭線4．基準線的位置

基準線的虛線可以畫在基準線的實線下側或上側。基準線一般應與圖樣的底邊相平行，但在特殊條件下亦可與底邊相垂直。第四節焊接工藝基礎知識5．基本符號相對基準線的位置基本符號相對基準線的位置見圖1—27(a)、(b)、(c)、(d)；標注對稱焊縫及雙面焊縫時，不加虛線。圖1—27基本符號相對基準線的位置第四節焊接工藝基礎知識(三)焊縫尺寸符號及其標注位置

(1)焊縫尺寸符號，見表1—9。表1—9焊縫尺寸符號第四節焊接工藝基礎知識(2)焊縫尺寸符號及數據的標注原則，如圖1—28：

1)焊縫橫截面上的尺寸標在基本符號的左側；

2)焊縫長度方向尺寸標在基本符號的右側；圖1—28焊縫尺寸的標注原則第四節焊接工藝基礎知識3)坡口角度、坡口面角度、根部間隙等尺寸標在基本符號的上側或下側；4)相同焊縫數量符號標在尾部；5)當需要標注的尺寸數據較多又不易分辯時，可在數據前面增加相應的尺寸符號。當箭頭線方向變化時，上述原則不變。第四節焊接工藝基礎知識(3)關于尺寸符號的說明

1)在基本符號的右側無任何標注且又無其他說明時，表示焊縫在工件的整個長度上是連續的。

2)在基本符號在左側無任何標注且又無其他說明時，表示對接焊縫要完全焊透。

3)塞焊縫、槽焊縫帶有斜邊時，應該標注孔底部的尺寸。第四節焊接工藝基礎知識六、焊接工藝參數及其對焊縫形狀的影響

焊接時，為保證焊接質量而選定的各項參數(例如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等)的總稱叫焊接工藝參數。所謂線能量是指熔焊時，由焊接熱源輸入給單位長度焊縫上的能量焦爾／厘米或焦爾／毫米(J／cm或J／mm)，亦稱熱輸入。第四節焊接工藝基礎知識線能量的計算公式為：

式中Q——線能量，J／cm或J／

I——焊接電流，A；

U——電弧電壓，V；

V——焊接速度，cm／s或mm／s。第四節焊接工藝基礎知識例：某焊接性試驗的焊接工藝參數如下：焊條直徑4mm，焊接電流180A，電弧電壓24V，焊接速度150mm／min。試計算其線能量。解：線能量答：該試驗的線能量為1728J／mm。第四節焊接工藝基礎知識(一)焊接電流

當其它條件不變時，增加焊接電流，則焊縫厚度和余高都增加，而焊縫寬度則幾乎保持不變(或略有增加)，見圖1—29，這是埋弧自動焊時的實驗結果。圖1—29焊接電流對焊縫形狀的影響H—焊縫厚度B—焊縫寬度d—余高I—焊接電流第四節焊接工藝基礎知識分析這些現象的原因是：(1)焊接電流增加時，電弧的熱量增加，因此熔池體積和弧坑深度都隨電流而增加，所以冷卻下來后，焊縫厚度就增加。(2)焊接電流增加時，焊絲的熔化量也增加，因此焊縫的余高也隨之增加。如果采用不填絲的鎢極氬弧焊，則余高就不會增加。(3)焊接電流增加時，一方面是電弧截面略有增加，導致熔寬增加；另一方面是