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工程材料与热加工
复 习 资 料

第1章 材料的力学性能
一、选择题
1．金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力称为__C____。
A. 塑性 B. 硬度 C. 强度 D. 弹性
2．在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是___C___。
A. HBS B. HRC C. HV D. HBW
3．做疲劳试验时，试样承受的载荷为__B_____。
A. 静载荷 B. 交变载荷 C. 冲击载荷 D. 动载荷
二、填空题
1．金属塑性的指标主要有断后伸长率和断面收缩率两种。
2．金属的性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能。
3．常用测定硬度的方法有压入法、刻划法和回跳法测试法。
4．材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理性等。
5．零件的疲劳失效过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂三个阶段。
三、判断题
1．用布氏硬度测试法测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。 ( √ )
2．材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的，材料的宏观裂纹就会扩展而导致材料的断裂。 ( × )
四、概念及思考题
1．硬度，硬度的表示方法。
答：（1）硬度：材料在表面局部体积内抵抗变形（特别是塑性变形）、压痕或刻痕的能力；（2）硬度的表示方法：①布氏硬度：HBS(钢头：淬火钢球)或HBW（钢头：硬质合金球）②洛氏硬度：HR ③维氏硬度:HV
2．韧性，冲击韧性。3．疲劳断裂4．提高疲劳强度的途径。
第2章 金属的晶体结构与结晶
一、名词解释
晶体：是指原子（离子、分子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物体；
晶格：是指原子（离子、分子）在空间无规则排列的物体；
晶胞：通常只从晶格中选取一个能完全反应晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元成为晶胞；
晶粒：多晶体中每个外形不规则的小晶体；
晶界：晶粒与晶粒间的界面；
共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程；
结晶：原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程。
二、问答题
1．金属中常见的晶体结构有哪几种？
答：（1）体心立方晶格 （2）面心立方晶格 （3）密排六方晶格
2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？
答：（1）点缺陷（2）线缺陷(3)面缺陷
3．固溶体的类型有哪几种?
答：（1）间隙固溶体（2）置换固溶体
4．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?
答：（1）晶核的形成（2）晶核的长大
5．何谓过冷现象和过冷度? 过冷度与冷却速度有何关系？
答：（1）过冷现象：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度；
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差；
（2）结晶时冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度就越低。
6．晶粒大小对金属的力学性能有何影响? 细化晶粒的常用方法有哪几种?
答：（1）一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好；
（2）①增加过冷度 ②变质处理 ③振动或搅拌
7．什么是共析转变？共晶转变与共析转变有何异同？
答：（1）共析转变：在恒定的温度下，由一个特定成分的固相同时分解成两个成分和结构均不同的新固相的转变
（2）①共晶反应母相是液相，而共析反应的是固相；②共析反应较共晶反应需要更大的过冷度：③共析反应常出现母相与子相的比容不同而产生容积的变化，从而引起大的内应力。
第3章 铁碳合金状态图（重点熟悉铁碳合金状态图）

一、名词解释
1．同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象
2. 铁素体（F）：铁素体是碳在α-Fe中形成的间隙固溶体，体心立方晶格。性能与纯铁相近，塑性、韧性好，强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。
奥氏体（A）：奥氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在γ-Fe中的溶解度较大，有很好的塑性。
渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。
珠光体（P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体呈层片状。珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。
莱氏体（Ld）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。

二、填空题
1．珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物共析组织)。
2．莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物(共晶组织)。
3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达2.11%，在727℃时碳的质量分数为0.77%。
4. 根据室温组织的不同，钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。 ．共析钢的室温组织为珠光体；亚共析钢的室温组织为铁素体+珠光体；过共析钢的室温组织为珠光体+Fe3CⅡ。
6．碳的质量分数为0.77%的铁碳合金称为共析钢，其奥氏体冷却到S点(727℃)时会发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物，称为珠光体。
7．奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为莱氏体，其碳的质量分数为6.69%。
8．亚共晶白口铸铁碳的质量分数为2.11%~4.3%，其室温组织为P+Fe3CⅡ+Ld‘。
9．过共晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%~6.69%，其室温组织为Ld’+Fe3CⅠ。
10．过共析钢碳的质量分数为0.77%~2.11%，其室温组织为P+Fe3CⅡ。
11．亚共析钢碳的质量分数为0.0218%~0.77%，其室温组织为F+P。
三、选择题
1．铁素体为____A____晶格，奥氏体为__B_____晶格。
　 A. 体心立方 B. 面心立方 C. 密排六方 D. 复杂的
2．Fe-Fe3C状态图上的ES线，用代号__B____表示，PSK线用代号__A___表示。
　A. A1 B. Acm C. A3
3．Fe-Fe3C状态图上的共析线是____C______，共晶线是____A_____。
A. ECF线 B. ACD线 C. PSK线
四、判断题
1．金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。 ( × )
2．渗碳体中碳的质量分数为6.69%。 ( √ )
3．Fe-Fe3C状态图中，A3温度是随碳的质量分数增加而上升的。 ( × )
4．碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。 ( × )
第4章 钢的热处理（重点掌握C曲线中各区域和温度点的意义）
1．何谓钢的热处理？常用的热处理工艺有哪些？
答：（1）将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织与性能的工艺。（2）①整体热处理：退火、正火、淬火和回火;②表面热处理:感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火； ③化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等
2．简述共析钢加热时奥氏体形成的过程。
答：共析钢加热时奥氏体的形成过程可分为以下4个阶段：①奥氏体晶核的形成 ②奥氏体的长大 ③残余渗碳体的溶解 ④奥氏体成分的均匀化
3．为什么要控制奥氏体晶粒大小？如何控制奥氏体晶粒的大小？
答：（1）奥氏体晶粒的大小将影响冷却形成后钢的组织和性能（2）①钢在加热过程中，加热温度和保温时间必须限制在一定的范围内，以获得更细小而均匀的奥氏体晶粒；②快速加热和短时间保温
4．解释下列名词：
• (1) 索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体；
索氏体：在650~600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
托氏体：在600~550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
贝氏体：在含碳量过饱和的α相基体上弥散分布的细小的碳化物亚稳组织；
马氏体：奥氏体以大于νc的冷却速度冷却时，过冷奥氏体直接冷却到Ms线以下，奥氏体就转变为了马氏体。
• (2) 过冷奥氏体、残余奥氏体；
过冷奥氏体：当温度降到A1以下的时候，处于过冷状态的奥氏体
残余奥氏体：Mf转变结束后剩余的奥氏体。
•
• (3) 退火、正火、淬火、回火、表面淬火；
退火：将钢加热到适当的温度后，保温一定的时间，然后缓慢冷却，以获得近似平衡组织的热处理工艺；
正火：将工件加热到ACc3或ACcm以上30~50℃，保温一定时间后从炉中取出在空气中冷却的热处理工艺。
淬火：将钢加热到临界温度以上的适当温度，经保温后，以大于该钢的淬火临界冷却速度进行冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。
回火：将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
表面淬火：通过对零件表面的快速加热，使其很快达到淬火温度，在热量尚未充分传到心部时立即进行淬火。
• (4)淬透性、淬硬性；
淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。
淬硬性：钢在淬火后获得最高硬度的能力。
•

5．珠光体类型组织有哪几种？它们的形成条件和性能方面有何特点？
答：（1）三种。分别是珠光体、索氏体和屈氏体。
（2）珠光体:是A1至650℃之间范围内等温转变所获得的粗层片状的渗碳体和铁素体构成的共析体；
索氏体：是在650~600℃温度之间等温转变所得的层片较细的珠光体。
屈氏体：是在600~550℃温度范围内形等温转变所获得的更细的层片状珠光体。
珠光体片间距越小，相界面积越多，塑性变形的抗力越大，即强度、硬度越高，同时，塑性和韧性也有所改善。
6．简述贝氏体的性能特点。
答：上贝氏体：强度、硬度较高，较易引起脆断；
下贝氏体：强度、硬度、塑性和韧性均高于上贝氏体，具有良好的综合力学性能
7．生产中常用的退火方法有哪几种？各适用于什么场合？
答：（1）生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火 。
（2）①完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材；有时也用于焊接结构。②球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。③扩散退火主要用于合金钢铸锭和铸件；④去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。
8．举例说明钢的淬透性、淬硬深度和淬硬性三者之间的区别。
9．回火的目的是什么？淬火钢在回火过程中显微组织发生哪些变化?
答：（1）回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。（2）①马氏体的分解（200℃以下）②残余奥氏体的转变（200~300℃）③碳化物的转变（300~450℃）④渗碳体的长大和铁素体的再结晶（450℃-Ac1）
10．什么叫回火脆性？生产中如何防止回火脆性?
答：（1）回火脆性：在某些温度范围内回火时，钢的韧性不仅没有提高，反而显著下降的脆化现象；（2）第一类回火脆性不可避免，只能在第二回火脆性中采取措施防止，即提高钢的纯度；小截面工件回火后采用快冷（油冷或水冷）；大截面工件加入一定量的钨和钼。
11．以下说法是否正确。
(1) 钢的淬火冷却速度愈快，所获得的硬度愈高，淬透性也愈好。 （×）
(2) 钢的合金元素越多，淬火后的硬度越高。 （×）
(3) 淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。　 （×）
12．何谓表面热处理？表面淬火的目的是什么? 常用的表面淬火有哪几种？
（1）表面热处理：仅对工件表层进行热处理，以改变表层组织和性能的工艺。
（2）表面淬火的目的是使工件表层得到强化，使它具有较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷的作用，应具备足够的塑性与韧性。
（3）常用的表面淬火方法有：1.感应加热表面淬火；2.火焰加热表面淬火3.激光加热表面热处理；4.电接触加热表面热处理。
13．渗碳的主要目的是什么？
答：主要目的：为了使零件表面具有高的硬度、耐磨性和耐疲劳性，以及心部具有较高的塑性、韧性和足够的强度。
14．渗氮后的性能特点是什么？
答：钢渗氮后可以获得极高的硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度、一定的耐腐蚀性和抗热性以及热处理变形小等性能特点
第5章 工业用钢
一、杂质元素与合金元素在钢中的作用
二、钢的分类
三、指出下列各钢牌号的名称及各符号的含义
08 45 65Mn T12A ZG230-450 Q235A Q345 40Cr 20CrMnTi 60Si2Mn GCr9 CrWMn 9SiCr Cr12MoV W6Mo5Cr4V2 3Cr2Mo 1Cr13 0Cr19Ni9 4Cr9Si2 ZGMn13
3．含碳量对钢的性能影响很大，低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为wc≤0.25%、wc=0.25%~0.60%、wc＞0.60%。
4．钢中常存的杂质元素为锰、硅、硫、磷，钢的质量等级主要以含硫量和含磷量的多少划分。
5．合金钢按主要用途可分为工程结构用工具钢、机械结构用工具钢、合金工具钢三大类。
五、问答题
1. 合金元素在钢中的存在形式有哪些？
答：（1）固溶体 （2）金属化合物
2. 刃具钢有哪些类型；高速钢的主要性能要求是什么？
答：（1）①碳素工具钢 ②低合金刃具钢 ③高速工具钢
（2）①红硬性高 ②硬度和耐磨性高
③淬透性优良 ④高速钢强度比碳素工具钢高30%~50%
5. 模具钢有哪些类型；冷作模具钢和热作模具钢的性能要求有什么不同？
答：（1）冷作模具钢；热做模具钢；塑料模具钢
（2）冷作模具钢较刃具钢需要更高的耐磨性、更高的强韧性，而且要求淬透性高，热处理变形应尽可能小。
热作模具钢的性能要求：①良好的综合力学性能 ②高的热疲劳抗力和耐磨性 ③淬透性高 ④导热性好，减少热应力并避免行腔表面温度过高。
第6章 铸铁
一、填空题
1．铸铁与钢相比，具有铸造性能好、减摩性能好、缺口敏感性低、耐磨性能好和价格低廉等优点。
2．碳在铸铁中主要有游离化合物和石墨_两种存在形式。
3．影响石墨化的因素是化学成分和冷却速度。
四、简答题
1．什么是铸铁? 它与钢相比有什么优点?
答：（1）铸铁：是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称；（2）铸造性能、减摩性能、吸振性能和切削加工性好，缺口敏感性低，铸件生产工艺简单、价格低廉，经合金化后还具有良好的耐热性和耐腐蚀性等
2．白口铸铁、麻口铸铁、灰口铸铁的概念。
答：白口铸铁：指碳主要是以游离碳化物形式出现的铸铁，断口呈白色；
麻口铸铁：指碳部分以游离碳化物、部分以石墨形式出现的铸铁，断口呈灰白相间；
灰口铸铁：指碳主要是以石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色，
3．灰口铸铁有哪些类型。
答：（1）灰口铸铁（2）可锻铸铁（3）球墨铸铁（3）蠕墨铸铁
4．影响铸铁石墨化的因素有哪些?
答：（1）化学成分（2）冷却速度
5．球墨铸铁与相同基体的灰铸铁相比，其突出性能特点是什么?
答：（1）其突出的性能特点是：具有高的强度和良好的塑性与韧性；（2）还具有灰铸铁的减震性、减摩性和小的缺口敏感性等优良性能。
　　6．下列牌号各表示什么铸铁? 牌号中的数字表示什么意义?
(1) HT250：表示灰口铸铁，最低抗拉强度是250MPa;
(2) QT700-2:表示球墨铸铁，最低抗拉强度为700MPa，最低断后伸长率为2%；
(3) KTH330-08：表示黑心可锻铸铁，最低抗拉强度为330MPa，最低断后伸长率为8%；
　　(4) KTZ450-06：表示珠光体可锻铸铁，最低抗拉强度为450MPa，最低断后伸长率为6%；
(5) RuT420：表示蠕墨铸铁，最低抗拉强度为420MPa 。
第7章 非铁金属
一、填空题
　　1．白铜是铜和镍金属组成的的合金。
　　2．青铜是除____锌_____和____镍_____元素以外，铜和其它元素组成的合金。
　　3、目前常用的滑动轴承合金组织有软基体硬质点组织和硬基体软质点组织两大类。
　　4．通用硬质合金又称___万能硬质合金___。在钨钴类硬质合金中，碳化钨的含量越多，钴的含量越少，则合金的硬度、红硬性及耐磨性越___高__，但强度和韧性越___低___
三、问答题
1．铝合金分为那两大类，变形铝合金有哪4类，常用的铸造铝合金有哪些类型。
答：（1）变形铝合金和铸造铝合金 （2）变形铝合金分为：防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻铝合金 （3）常用的铸造铝合金有：铝硅铸造合金、铝铜铸造合金、铝镁铸造合金和铝锌铸造合金
2．铜按化学成分分为哪3大类，铜合金牌号的表示方法。H62、QSn4-3、
ZCuSn10P1的含义。
答：（1）同按化学成分可分为：黄铜、青铜及白铜
（2）加工铜合金：
①加工黄铜：汉字+数字 ②加工青铜：“Q”+第一主加化学元素符号及含量+其他合金元素含量
铸造铜合金：“Z”+铜元素化学符号+主加元素的化学符号及含量+其它合金元素符号及含量
（3）H62：表示质量分数为62%、余量为锌的加工黄铜；
QSn4-3：表示wsn=4%、其他合金元素wZn=3%、余量为铜的加工锡青铜。
ZcuSn10P1:表示锡含量为10%、含磷量为1%、余量为铜的铸造锡青铜
3．滑动轴承合金应具有怎样的性能和理想组织？
答：（1）应具有的性能：①良好的磨合性及较低的摩察系数：②足够的抗压强度、疲劳强度；③好的耐磨性；④足够的塑性和韧性；⑤良好的耐腐蚀性、导热性和小的热膨胀系数；⑥好的铸造性能。 （2）应具有的理想组织：软基体硬质点组织和硬基体软质点组织
4．制作刃具的硬质合金材料有哪些类别？常用硬质合金刃具的牌号。
答：①钨钴类硬质合金（YG+wCo） ②钨钴钛类硬质合金(YT+wTiC) ③通用硬质合金(YW+顺序号)

第9章 铸 造
一、名词解释
1. 铸造 2. 砂型铸造 3. 浇注系统 4. 流动性 4. 收缩性 5.分型面
6.起模斜度
二、填空题
1．收缩的三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。
2．型砂和芯砂主要由__砂__、粘结剂_和__水___组成。
3．造型材料应具备的性能有塑性、耐火性、透气性、退让性、溃散性等。
4．手工造型方法有：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、三箱造型和刮板造型等。
5．浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道、和内浇道组成。
三、问答题
1．铸造生产有哪些优缺点?
答：（1）较高的适应性；（2）具有良好的经济性；（3）铸件力学性能较差，质量不稳定。
2．选择铸件分型面时，应考虑哪些原则?
答：(1)应减少分型面的数量，最好使得铸件位于下型中；
(2)尽量采用平直面作为分型面，少采用曲面作为分型面
(3)尽量使铸件的主要加工面和加工基准面位于同一个沙箱中
(4)分型面一般都取在铸件的最大截面处，充分利用沙箱的高度，不要使模样在一箱内过高。
3. 铸件上产生缩孔的根本原因是什么? 顺序凝固为什么能避免缩孔缺陷？
答：（1）金属的收缩 （2）顺序凝固是指铸件按“薄壁→厚壁→冒口”的顺序进行凝固的过程。按照这个凝固顺序，使铸件各个部位均能得到金属液的充分补缩，最后将缩孔转移到冒口之中，即可得到无缩孔的致密铸件。
4. 冒口和冷铁有什么作用？如何设置冒口和冷铁？
答：（1）冒口是用以贮存补缩金属液的空腔；冷铁是用铸铁、钢或铜等金属材料制成的，用增大铸件局部冷却速度的激冷物；（2）①冒口的尺寸应保证冒口中的金属液比铸件需要补偿部位的凝固得晚，并有足够量的金属液；②冒口的数目应根据有效补缩距离和铸件上需要补缩部位的多少而定；③为增大冒口的有效补偿距离L，常与冷铁配合用，或采用补贴工艺。
第10章 锻 压
一、名词解释
1.冷变形强化 2. 再结晶 5. 可锻性 6. 锻造流线 7. 锻造比
二、填空题
1．塑性与变形抗力是衡量锻造性优劣的两个主要指标，塑性愈高，变形抗力愈小，金属的可锻性就愈好。
２． 随着金属冷变形程度的增加，材料的强度和硬度升高，塑料和韧性下降，使金属的可锻性变差。
３． 金属塑性变形过程的实质就是位错面沿着滑移面运动的过程。随着变形程度的增加，位错密度增大，塑性变形抗力下降。
４．模锻分为：锤上模锻、胎模锻造。
三、判断题
1．细晶粒组织的可锻性优于粗晶粒组织。 ( √ )
2．非合金钢(碳素钢)中碳的质量分数愈低，可锻性就愈差。 ( × )
3．零件工作时的切应力应与锻造流线方向一致。 ( × )
4．常温下进行的变形为冷变形，加热后进行的变形为热变形。 ( × )
5．因锻造之前进行了加热，所以任何材料均可以进行锻造。 ( × )
四、简答题
1．锻压加工的特点
答：（1）能够改善金属的内部组织，提高金属的力学能；（2）可以节约金属材料和机械加工工时，提高材料的利用率；（3）成本较高
2．为什么要“趁热打铁”？
答：金属材料的强度与温度有关，温度越高强度越低，所以锻造时要在高温下进行，温度低了，变形抗力太大，不容易产生塑性变形
3．冷变形强化对锻压加工有何影响？如何消除？
答：（1）冷变形强化会使金属材料的强度和硬度提高，但塑性、韧性则会下降
（2）可采用热处理予以消除
4．试比较自由锻、锤上模锻、胎模锻造的优缺点。
答：与自由锻相比，模锻件尺寸精度高，机械加工含量小。锻件的纤维组织分布更为合理。可进一步提高零件的使用寿命，模锻生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。但设备投资大，锻模成本高，生产准备周期长，且模锻件的重量受模锻设备吨位的限制，因而适用于中、小型锻件（一般小于150kg）的成批和大量生产。
第11章 焊 接
1．焊接分为哪三大类？
（1）熔化焊接（2）压力焊接（3）钎接
2．手工电弧焊的工艺特点
答：优点：
（1）工艺灵活、适应性强；（2）接头质量好；（3）设备简单、操作方便；（4）易于通过工艺调整来控制焊接变形和改善应力
缺点：
（1）对焊工要求高（2）工人劳动条件差（3）生产率低
3．焊条由药皮和焊芯两部分组成。
4．焊接电弧包括阳极区、阴极区和弧柱区三部分。
5．按焊条熔渣的碱度，可以将焊条分为酸性焊条和碱性焊条两大类。
6．焊接电源的种类：电源有交流和直流两类。
7．按照钎料的熔点不同，可以将钎焊分为硬钎焊和软钎焊两类。
8．气体保护焊的保护气体有：(CO2、氩气)。
9．常用的电阻焊方法有：(a) 对焊；(b) 点焊；(c) 缝焊