第一章 焊接基础.doc

第一章 焊接基本常识
主讲：董文宁 陈国余
第一节 焊接在国民经济建设中的作用

机械制造工业是国民经济的基础工业，它决定着整个国家的工业生产能力和水平。焊接技术则是机械制造工业中的关键技术之一。例如很多工业产品以及能源工程、海洋工程、航空航天工程、石油化工工程等，无不依靠机械制造工业提供装备。对于各种压力容器、核反应堆器件、宇航运载工具等产品，如不采用焊接技术，产品就不可能制造出来。随着近代科学技术的迅猛发展，对结构和材料的要求越来越高，如造船和海洋工程要求解决大面积拼板、大型立体框架结构自动焊及各种低合金高强钢的焊接问题；石油化学工业要求解决各种耐高温、耐低温及耐各种腐蚀性介质的压力容器焊接；航空航天工业中要求解决铝、钛等轻合金结构的焊接；重型机械工业中要求解决大截面构件的拼接；电子及精密仪表制造工业要求解决微型精密焊件的焊接。可见，现代工业及科学技术的发展促进了焊接技术的发展，同时为焊接技术的发展提供了广阔的空间天地。
一、焊接的优点
焊接与螺钉联接、铆接，铸件及锻件相比，具有下列优点：
（1）节省金属材料，减轻结构重量，经济效益好。
（2）简化加工与装配工序，生产周期短，生产效率高。
（3）结构强度高（接头能达到与母材等强度），接头密封性好。
（4）为结构设计提供较大的灵活性。例如，按结构的受力情况可优化配置材料，按工况需要，在不同部位选用不同强度、不同耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等的材料。
（5）焊接工艺过程容易实现机械化和自动化。
二、焊接的缺点
（1）焊接结构容易引起较大的残余变形和焊接内应力。由于绝大多数焊接方法都采用局部加热，经焊接后的焊件，不可避免地在结构中会产生一定的焊接应力和变形，从而影响结构的承载能力、加工精度和尺寸稳定性。同时，在焊缝与焊件交界处还会引起应力集中，对结构的脆性断裂有较大的影响。
（2）焊接接头中易存在一定数量的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣、焊透、未熔合等。缺陷的存在会降低强度、引起应力集中、损坏焊缝致密性，是造成焊接结构破坏的主要原因之一。
（3）焊接接头具有较大的性能不均匀性。由于焊缝的成分及金相组织与母材不同，接头各部位经历的热循环不同，使不同区域接头的性能不同。
（4）焊接过程中产生高温、强光及一些有毒气体，对人体有一定的损害，故需加强劳动保护。

第二节 焊接方法的定义和分类

一、焊接的定义
焊接是通过加热或加压或两者兼用，可以用或不用填充材料，使焊件达到原子间结合的一种加工方法。
焊接的本质是使两个分离的物体产生原子间结合，使之连接成一体的连接方法。焊接与其他连接方式主要的区别在于：焊接构件不可分离，不可拆分；铆接和螺丝连接可拆分。
二、焊接的分类
金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊3大类，见下图1 ：

熔化焊：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊（MIG/MAG/CO2）
电弧焊
非熔化极：钨极氩弧焊、等离子弧焊
熔焊
气焊
电子束焊
激光焊

焊接 电阻焊：点焊、缝焊、对焊

压焊 高频焊

爆炸焊

钎焊：火焰钎焊、烙铁钎焊、炉中钎焊、感应钎焊等

图1：焊接方法分类
华恒公司主要从事电弧焊，即钨极氩弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊。这些焊接方法都要在两极形成电弧，由电弧产生的能量来熔化待焊金属和填充材料，从而达到连接金属的目的。
电弧是在两电极之间的气体介质产生强烈而持久的放电现象。气体放电主要依靠两电极之间的气体电离和阴极电子发射这两个物理过程来实现。

第三节 焊条电弧焊方法介绍及特点

焊条电弧焊是药皮手工电弧焊的简称，代号SMAW。是手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。
它利用焊条与工件之间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部，在焊条端部迅速熔化的金属以细小熔滴经电弧弧柱过渡到工件已经熔化的金属中，并与之融合一起形成熔池，随着电弧向前移动，熔池的液态金属逐步冷却结晶形成焊缝。焊条的药皮经电弧高温分解和熔化而生成气体和熔渣，形成气渣联合保护焊缝金属。
电弧的中心温度在5000ºC以上，电弧电压在16～40V之间，焊接电流在20～500A之间。
工艺特点：
u 设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好，不受焊接位置和场所的限制；
u 可焊金属广，除难熔金属或极易氧化的金属外，大部分金属均能焊接；
u 待焊接头装配要求低，但对焊工操作技术要求高，焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作水平
u 劳动条件差，熔敷速度慢，生产效率低。焊接过程中要更换焊条，焊接烟尘大，焊后还要清渣。
u

第四节 钨极氩弧焊方法介绍和特点

在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件之间产生的电弧热熔化工件和填充焊丝的焊接方法称钨极氩弧焊或非熔化极气体保护焊，代号TIG或GTAW。
焊接时惰性气体经焊枪喷嘴连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止对钨极、熔池、热影响区的有害作用，从而获得优质焊缝。
保护气体可以是氩气、氦气或者两者混合气，有时焊接不锈钢加入少量的氢气。绝大多数场合下所用氩气纯度为99.99%，我们称工业纯氩，焊接极易氧化金属如锆合金时要用高纯氩，含量99.999%。
钨极是TIG的易耗材料，钨的熔点为3400ºC，是熔点最高的金属。在钨中加入微量逸出功小的稀土元素，能够显著提高电子发射能力，既利于引弧和稳弧，又能提高其电弧的载流能力。目前常采用钍钨和铈钨，由于钍钨中的钍具有放射性，所以工厂很少使用，常用铈钨极。钨极标记为钍钨端头涂有红色，铈钨涂有灰色。
钨极氩弧焊的工艺特点：
u 由于是在惰性气体保护下焊接，一方面可以获得高纯净的焊缝；另一方面几乎可以焊接所有的金属。
u 焊接工艺性能好。明弧观察，易于操作，电弧燃烧稳定，无飞溅，焊后不用去渣，焊缝成型美观；能进行全位置焊接，是实现单面焊背面成型的理想焊接方法。
u 能进行脉冲焊接，减少焊接热输入，很适合薄板或热敏感材料的焊接。
氩弧焊电源有直流和交流。除焊接铝、镁及其合金采用交流电源外，其余金属焊接皆用直流正接。
此外，电流波形还还分为直流和脉冲。脉冲主要用于薄板和全位置焊接。

第五节 等离子弧焊方法介绍及工艺特点

等离子(PAW)电弧是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种高能焊接方法。钨极氩弧焊是自由电弧，而等离子是压缩电弧。等离子电弧是由钨极缩到焊枪的喷嘴内部，并在喷嘴中通人等离子气体，强制电弧从喷嘴的孔道通过，这样电弧就受到三个压缩效应，即喷嘴的机械压缩、离子气冷气流的热收缩、弧柱自身电磁产生的磁收缩，从而导致电弧的横截面变小，电流密度增大，电弧温度增高。
等离子弧能量密度可达105～106W/cm2,比自由电弧（约105W/cm2以下）高，其温度可达18000～24000K，也高于自由电弧（约5000～8000K）很多。此外等离子弧挺度比自由电弧好，指向性好，喷射有力，熔透能力强，可比自由电弧一次焊透更厚的金属。
等离子电弧主要分为三种类型：
u 非转移型等离子电弧 主要用于非金属材料的焊接。
u 转移型等离子电弧 金属材料的焊接一般采用此电弧。
u 联合型电弧 主要用于电流小于30A以下的微束等离子焊接。
等离子基本焊接方法
按焊缝成型原理，等离子焊接有两种基本的焊接方法：小孔型等离子焊接及熔透型等离子焊接。
u 小孔型等离子焊接

利用小孔效应实现等离子焊接的方法称为小孔型等离子焊接。小孔型等离子焊接的主要优点在于可以单道焊接厚板，板厚的范围：1.6~9mm。小孔法一般用于平焊。由于小孔法产生较为对称的焊缝，焊接横向变形小。
u 熔透型等离子焊接
焊接过程只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子焊接方法。当离子气较小，弧柱受压缩的程度较弱时，这种等离子弧在焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应，焊缝成形原理与氩弧焊类似。主要用于薄板焊接及厚板多层焊。
等离子焊接的工艺特点：
u 穿透能力强，8mm以下板厚无须开坡口，大大减小了焊前准备时间。
u 电弧能量集中，焊接热影响区小，焊接变形小。
u 焊接速度快，等离子比手工氩弧焊减小4-5倍时间。
u 卓越的重复生产性。
u 弧柱刚性大，采用小孔效应，可以实现稳定的单面焊双面成型。
u 电极缩在喷嘴内，不易污染和烧损及电极寿命长，焊缝缺陷少。
u 焊接质量好，可焊材料多。
u 等离子弧具有良好的可控性和调节性等。

第六节 熔化极气体保护焊方法介绍及工艺特点

熔化极气体保护焊(GMAW)是以可熔化的金属焊丝作电极，并由气体作保护的电弧焊。其焊接过程是利用焊丝和工件之间的电弧来熔化焊丝和工件，形成熔池，熔池凝固后即为焊缝金属。气体通过喷嘴喷出，保护处于高温下的焊丝和熔池以及热影响区周围空气的有害作用。焊丝由专门的送丝机构送出，所以熔化极气体保护焊又称半自动或自动焊。
作为填充金属的焊丝，有实芯和药芯焊丝两种。实芯和TIG用焊丝类似，药芯焊丝中的药芯成分和焊条的药皮相似。
根据所用气体成分不同，熔化极气体保护焊又分熔化极惰性气体保护焊，简称MIG，其气体成分为氩气、氦气或二者混合气；熔化极活性气体保护焊，简称MAG，其气体成分为氩气中一定比例的活性气体，如O2、CO2等；二氧化碳气体保护焊，简称CO2。

熔化极气体保护焊工艺特点：
u 焊接效率高，因是连续送丝，没有更换焊条工序，焊道之间无须清渣，节省时间，通过焊丝的电流密度大，因而提高了熔敷速度。
u 在相同电流下，熔深比焊条电弧焊的大
u 焊接变形小
u 明弧观察，易于操作
u 焊缝质量高，容易实现机械自动化
u 烟雾少，焊接区域粉尘少，减轻了劳动强度
熔化极气体保护焊可分为普通和脉冲两种方式。

第七节 埋弧焊方法介绍和工艺特点

埋弧焊（SAW）是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。焊剂漏斗在焊接区前方不断地输送焊剂于待焊工件的表面上，焊丝经送丝机构保证焊丝不断地向焊接区输送，焊丝经导电嘴而导电，保证焊丝于工件之间形成电弧，电弧热熔化焊丝、工件和焊剂，焊丝和工件熔化形成焊缝，焊剂熔化形成气渣联合保护焊缝金属，免受空气对焊接区域的污染，整个焊接过程是在焊剂层下进行，操作者看不道电弧，因而得名埋弧焊。
根据焊丝直径埋弧焊可分为细丝（焊丝直径﹤3mm）和粗丝（≥3mm）埋弧焊；根据焊丝个数可分为单丝、双丝和多丝埋弧焊。按电极形状可分为丝极埋弧焊和带极埋弧焊，后者主要用于金属表面堆焊。

埋弧焊工艺特点：
u 生产效率高，焊丝从导电嘴伸出长度短，可以提高焊接电流，一般可提高手工焊的4～5倍。因此熔透能力和焊丝的熔敷效率大大提高。
u 由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧的热散失少，可提高焊接速度，单丝埋弧焊速度可达30～50m/h.
u 焊缝质量高，焊缝表面光洁平直，内部缺陷少，对焊工技术水平要求不高。
u 节省焊接材料和能源。
u 劳动条件好，由于焊接过程的机械化和自动化，焊工劳动强度大大降低，没有弧光和辐射，以及焊接时放出的烟尘和有害气体少，改善了焊工的劳动条件。

第八节 弧焊电源

弧焊电源是用来对焊接提供电能的一种专用设备，是电弧焊中的核心部位。和一般电力电源不同，弧焊电源的负载是电弧，它必须具有弧焊工艺所要求的电气性能，如合适的空载电压，一定形状的外特性，良好的动特性和灵活的调节特性等。
一、弧焊电源的类型
按输出电流的种类分；直流、交流、脉冲三大弧焊电源。
按输出外特性分：有恒流（垂直下降）外特性、恒压（平）外特性和介于二者之间的缓降外特性三大弧焊电源。
按调节方式和使用的关键元器件种类华恒公司电源分为：变压器抽头式、可控硅和逆变式三大弧焊电源。
二、对弧焊电源的基本要求
弧焊电源的负载是电弧，它不仅要为焊接提供能量，而且要保证引弧容易，电弧燃烧稳定，焊接工艺参数可调而且恒定。为此，弧焊电源必须具有下述的各项要求。
u 对弧焊电源外特性的要求
在稳定状态下弧焊电源的输出电压Uy和输出电流Iy之间的关系曲线——Uy=f(Iy)称为弧焊电源的外特性。它对电弧的稳定燃烧和焊接参数的稳定有着密切关系。各种焊接方法要求的电源外特性不同，这主要和各焊接方法下电弧的静特性有关。
所谓电弧的静特性是指一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压U与I之间的关系，Uf =f（If）。其曲线呈“U”形，钨极氩弧焊、等离子弧焊电弧工作在水平段，熔化极气体保护焊工作在微上升段，埋弧焊也工作在水平断。
电弧稳定燃烧的条件：电弧静特性与电源外特性必须相交，且电弧静特性曲线在相交点的斜率必须大于电源外特性曲线在此点的斜率。因而钨极氩弧焊和等离子电源的外特性为垂降特性（恒流特性），即使弧长在很大范围内变化，电流基本不变；熔化极气体保护焊电源的外特性为平特性（恒压特性），即不管电流发生变化，电压基本不变；埋弧焊电源的外特性为缓降特性。
u 对弧焊电源空载电压的要求
空载电压越高越容易引弧，但是空载电压越高，设备额定容量大，体积增大，重量大，功率因数低，不经济，而且不安全，因而在确保引弧容易的情况下，尽可能用较低的空载电压。一般规定空载电压小于90V。
u 对弧焊电源动特性的要求
所谓动特性是指电弧负载状态发生突然变化时，弧焊电源输出电压和电流的响应过程，它说明弧焊电源对负载瞬变的适应能力。只有动特性合适，才能获得良好的引弧、燃弧、熔滴过渡状态（电弧稳定、飞溅少等），从而得到满意的焊缝质量。
u 对弧焊电源调节特性的要求
焊接时须按焊件材质、厚度、坡口形式、焊接位置等选用不同的焊接工艺参数。与弧焊电源有关的焊接工艺参数主要是电弧的工作电压和电流，弧焊电源应能保证在所需的宽度范围内均匀而且方便地调节这两个参数，并能满足电弧稳定，焊缝成型好的工艺要求。
三、弧焊电源的负载持续率
电源在长时间使用过程中会发热引起温升，从而破坏电源的绝缘，甚至烧毁电气元件，造成焊机受损。
弧焊电源的温升取决焊接电流大小和电源的负荷状态。电源的负荷状态是用负载持续率FS表示。
第九节 焊接材料

焊接材料根据焊接方法不同,主要有电焊条、焊丝、焊剂、焊接保护气体、电极。
一、 电焊条的介绍
电焊条由条芯和药皮两部分组成。电焊条直径从φ1.6至φ12mm，但常用的是φ2.4、φ3.2、φ4、φ5mm。
电焊条按熔渣的碱度分酸性和碱性两大类，酸性焊条工艺性能好，即电弧稳定，焊缝处表美观，但由于氧化性强，合金元素烧损较多，因而焊缝的塑性、韧性较低，抗裂性差，一般用在要求不高的场合。碱性焊条又称低氢型焊条，熔渣脱硫能力强，抗热裂性好，焊缝中含氧和氢含量低，塑性、韧性较高，抗冷裂性能好，因而焊缝性能好，但工艺性能差，因而常用于要求较高的场合，如压力容器和锅炉制造行业。较常用的酸性焊条J422、（E4303），碱性焊条J507（E5016）。
纤维素焊条药皮中含15%以上的有机物，30%左右的氧化钛，焊接工艺性能良好，电弧稳定，电弧吹力大，熔深大，熔渣少，脱渣容易。可作立向下焊，深溶焊单面焊、双面焊成型焊接、立仰焊工艺性好。适合于管道打底焊接。常用牌号J505、J505G、（E5O10-G）。
二、 焊丝和焊剂的介绍
1、 焊丝
焊丝是埋弧焊、气体保护焊、气焊等用的主要焊接材料，其作用主要是填充金属或同时用来传导焊接电流。此外，有时通过焊丝向焊缝过渡合金元素，对于自保护药芯焊丝，在焊接过程中还起到保护、脱氧和去氮等作用。
按焊丝的结构分实芯和药芯两大类，按适用的对象分有低碳钢焊丝、低合金钢焊丝、不锈钢焊丝、铜及铜合金焊丝、铝及其铝合金焊丝、钛合金焊丝等。
药芯焊丝中又分有保护和自保护两种，后者靠药芯的造渣剂、造气剂进行自我保护。
焊丝选用的一般为等强匹配原则，即焊缝强度与母材相当或略高，成份与母材相近，以下表格列出我们常用的TIG、MAG/MIG/CO2/SAW埋弧焊及焊丝
实芯焊丝选用一览表
母材材质
焊丝牌号
母材材质
焊丝牌号
碳素结构钢如10#、20#
H08A/H08MnA
ER50-6
不锈钢304/304L
(0Cr18Ni9)
ER308L/ER308
合金结构钢16Mn、16MnR
H08Mn2SiA/H10Mn2
ER50-6
不锈钢316/316l
(0Cr17Ni14Mo2)
ER316L/ER316
纯铝
SAL-3/HS301
不锈钢309
不锈钢/碳钢
ER309L/ER309
铝镁防锈铝
HS331/ER5356
不锈钢321
ER347L/ER347
铝锰防锈铝
HS321
紫铜
HS201
其它铝合金
HS311/ER4043
钛及钛合金
与母材同质的材料，但为改善塑性，可采用比母材合金化程度稍低的焊丝，如TC4可用TC3焊丝
镀铝板
MIG钎焊用ERCuAl8
镀锌板
MIG钎焊用ERCuSi3

药芯焊丝牌号以“EF”开头，也有以“Y”开头，只是使用的标准不同而已，具体牌号选用可查阅相关厂家资料，目前国内主要焊材生产厂家有天泰焊材(昆山)、锦泰焊材(锦州)、大西洋焊材(自贡)、天津大桥焊材等.国外有林肯、伊萨、霍伯特等。
2、 焊剂
埋弧焊时，焊剂起稳弧，造渣、造气、过渡合金元素等到作用。
按制造方法分熔炼焊剂、非熔炼焊剂，非熔炼焊剂又分粘结焊剂和烧结焊剂（700~1000℃），熔炼焊剂以“HJ”开头，HJ431表示为高锰、高硅低氟型埋弧焊熔炼焊剂，烧结焊剂以“SJ”开头。
重要低碳钢可选用HJ431，不锈钢可用HJ151/HJ260。
三、 焊接用保护气体
焊接用保护气体是指在焊接过程中用于保护金属熔滴、焊接熔池及焊接区的高温金属免受外界有害气体侵袭的气体。
气体分惰性和活性气体两大类，惰性气体有Ar、He，活性气体有氧化性的CO2、O2及还原性的H2等。
焊接用气瓶颜色见下表
氩气Ar
氧气O2
氢气H2
氮气N2
二氧化碳CO2
混合气
蓝灰色
天蓝色
深绿色
黑色
银灰色
标有“混合气”字样，并含有成份说明
焊接方法及保护气体
钨极惰性气体保护焊
熔化极气体保护焊
等离子弧焊
Ar用于所有的金属
He用于要求能量更高的场合
Ar+He用于要求能量更高的场合
Ar+H2用于不锈钢
实芯焊丝
药芯焊丝
Ar用于所有的金属
Ar+H2用于不锈钢
惰性气体保护
活性气体保护焊MAG
二氧化碳气体CO2
Ar用于铝、铜及其合金
Ar+He用于铝、及其合金
Ar+2% O2用于不锈钢
Ar（80-82%）+CO2（20-18）用于碳钢
Ar+CO2+O2（80-15-5）钢焊
CO2用于碳钢、不锈钢等
Ar+CO2用于碳钢

第十节 金属材料的分类

一、 碳钢的分类
碳钢又称碳素钢，是铁和碳的合金。
碳钢中除以碳作为主要合金元素之处，还有少量锰和硅有益元素，此外还有S、P等杂质，碳钢性能主要取决于碳含量。
1、 按含碳量分 典型用途 焊接性
低碳钢
WC%≤0.25%
特殊钢板、型钢、薄板
优良
中碳钢
0.25%~0.60%
机械零件和工具
中等
高碳钢
≥0.60%~1.00%
弹簧、模具、导轨
差
随着含碳量增加，强度增加，硬度增加，焊接性变差。
2、 按品质分
普通碳素钢
WS≤0.050%
WP≤0.045%
优质碳素钢
WS≤0.035%
WP≤0.035%
高级优质碳素钢
WS≤0.030%
WP≤0.035%
3、 常用几种碳钢成分及机械性能
材料种类
C（%）
Mn（%）
Si（%）
S（%）
P（%）
抗拉强度Mpa
伸长率δ5%
屈服强度Mpa
Q235
0.12-0.20
0.30-0.70
0.30
0.045
0.045
375-460
26
235
10
0.07-0.13
0.35-0.65
0.17-0.37
0.035
0.035
335
31
205
20
0.17-0.23
0.35-0.65
0.17-0.37
0.035
0.035
410
25
245
20R
≤0.20
0.4-0.9
0.15-0.40
≤0.030
≤0.030
500
25
245
20g
≤0.20
0.5-0.9
0.15-0.30
≤0.035
≤0.035
400-536
25
230
45
0.42~0.50
0.50~0.80
0.17~0.37
0.035
0.035
600
16
355
二、合金结构钢及其分类
合金结构钢是在碳素钢的基础上有目的地加入一种或几种合金元素的钢，常用的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等，加入合金元素可使钢的性能产生预期的变化,如提高其强度改善其韧性，或使其具有特殊的物理、化学性能，如耐热性和耐蚀性。
1、 按合金元素总含量的多少分
低合金钢
一般W（Me）＜5%
中合金钢
5%~10%
高合金钢
＞10%
2、 按用途和性能分有
强度用钢：能承受静载和动载的机械零件和工程结构。
特殊用途钢：能耐高温、耐低温、耐腐蚀的机械零件和工程结构。
3、 普通几种合金结构钢牌号及性能
牌号
C(%)
Mn(%)
Si(%)
其它
P(%)
S(%)
供货状态
16MnR
≤0.20
1.2-1.6
0.20-0.55

0.35
0.030
热轧、正火
09MnVDR
≤0.020
1.2-1.6
0.15-0.50

0.30
0.025
正火
合金结构钢可分热轧正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢、耐热钢、低温钢等。
三、耐热钢
在高温下使用的钢叫耐热钢，实际上它是抗氧化钢和热强钢的总称。一般用于制造运动机械（内燃机、汽轮机）、锅炉、工业炉、及石油、化工设备等长期在高温工作的零部件。
主要是在碳钢的基础上加入抗氧化和合金元素。如Cr、Ni、Si、V、Mo等，主要是Cr、Mo、V、Ni等。常用材料有12CrMoV、T91等。
四、不锈钢
不锈钢是指耐空气、水、酸、碱等及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的，是有高强度化学稳定性的钢。这类钢要求有优良的耐蚀性能外，还要有优良的力学性能，工艺性能以及很大的工作温度范围（269℃至~1050℃）。
1、 按组织分有以下几种
铁素体 Wcr13~30%不含Ni
马氏体 Wcr≥13% W(C)0.1~0.4% 12Cr
奥氏体 18-8 18-12 25-20
铁素体+奥氏体
沉淀硬化型 17－4PH
2、 奥氏体不锈钢的性能
与碳钢比热导率小，而线膨胀率大和电阻率大，热导率为碳钢的1/3左右，线膨胀率又比碳钢大50%，焊后变形大，电阻是碳钢的5倍，奥氏体不锈钢是非磁性。
3、 常用几种奥氏体不锈钢牌号 σb Mpa　　　　　　σs Mpa　　　　　δ5
0Cr18Ni9Ti 321 500左右 200 40
0Cr18Ni12Mo2 316 (L)
0Cr19Ni9 304 (L)
“L”代表超低碳，C%≤0.030% ，低碳“C”≤0.08%
五、铸铁
强度低、塑性较差，但都是有优良的耐磨性、吸震性铸造性和切削性，但焊接性较差。W（C）＞2%的铁碳合金
分类有：白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
六、铝及其合金
纯Al是银白色的轻金属，ρ=2.7×103kg/m3，约为钢的1/3，热导率约比钢大两倍左右。所以焊接时散热较快，熔点658℃，熔化时颜色无明显变化。塑性和冷热压力加工性能好，但强度低。
纯Al的化学活泼性强，与空气接触时，致密的Al2O3溥膜，纯Al中加入其它合金元素时，就形成铝合金。
（一）、分类
高纯铝
1、 纯铝 LXXX
工业铝
名称：工业铝、 高纯铝、 防锈铝、 硬铝。
牌号： L LG LF LQ。
名称： 锻铝 超硬铝 特殊铝 硬钎锻铝
牌号： LD LC LT LQ
变形铝合金：非热处理化、热处理化又可分，硬铝、锻铝、超硬铝。
防锈铝：铝镁 LF2 ~LF6
铝锰 LF21 3A21（良好的塑性、压力加工、焊接性）。
AI-Mg系列（目前应用量广）。
2XXXg铝—铜 3XXXg铝—锰 （3A21） 1.0~1.6Mn%
4XXXg铝—硅 5XXXg铝—镁 LF2-2-3% 5A02、LF6 (6-6.8%) 5A06
6XXXg铝—镁—硅 7XXXg铝—锌—镁—铜 8XXXg(其它)
七、铜及其合金
根据金属的颜色和成份，可分为纯铜（紫铜）、黄铜（Cu-Zn）青铜（Cu-Sn合金Cu-Al）白铜（Cu-Ni）四种。
1、 纯铜
Cu≥99.9%熔点1087℃，ρ =8.89*103kg/m3。良好的导电、导热性能，塑性好。
牌号T1 、T2 、T3。
2、 黄铜
表面随Zn增加由黄红色变成淡黄色，故称黄铜。
H62 Zn38%，与紫铜相比，强度增加，但Zn会蒸发，焊接性较差。
八、钛及其合金
纯Ti银白色，是有色金属，比重小，密度4.5×103kg/m3，熔点1668℃。钛突出特点，熔点高、导热性差、线膨胀系数小、电阻率大。化学性质活泼，与氧有很大的亲和力，在室温下，清洁表面也会迅速形成稳定而坚韧的氧化膜，起保护作用，在化工、航空、航天、船泊工业中广泛应用。钛合金分为α+β、β、TA、TC、TB、TA1、TC4、TI-6AL-4V。

第十一节焊接应力与变形

焊接应力与变形是焊接时不均匀加热引起,它影响着产品的制造质量和使用性能。在没有外力作用的情况下，平衡于物体内的应力称内应力，由焊接而产生的内应力称焊接应力。
1、 焊接应力产生的原因：
（1） 热应力：焊体内部温度有差异所引起的应力，称温差应力。热应力是引起热裂纹的力学原因。
（2） 相变应力：焊接过程中局部金属发生相变，其比容增大或减少而引起的应力。
（3） 塑变应力：金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后所引起的内应力，焊接过程中，在近缝高温区的金属热胀和冷缩受阻便产生这种塑性变形，从而引起焊接内应力。
2、 焊接变形的特点和分类
焊件由于焊接而产生的变形称焊接变形。
焊接变形与焊件形状、尺寸、材料的热物理性能及加热条件等因素有关，焊接是不均匀的加热过程，热源只集中在焊接部位，且以一定速度向前移动。局部受热金属的膨胀能引起整个焊件发生平面内或平面外的各种形态的变形。
板平面内的变形有：横向收缩、纵向收缩、回转变形。
板平面外的变形有：横向弯曲变形（角变形）、纵向弯曲变形、压曲产生的波浪变形、扭曲变形。
3、 减少焊接应力和变形的措施
由于焊接应力和变形的存在，会导致焊接构件发生低应力脆断，降低材料的疲劳极限，会改变构件形状及尺寸稳定性，在有腐蚀介质时还会导致应力腐蚀开裂等，因此我们要加强预防措施和矫正。
预防措施有设计和工艺两方面，如选择合适的坡口型式及尺寸、选择合理的焊接顺序，采取焊前预热，焊后均匀缓冷，采用热处理工艺等。
矫正焊接变形常用的方法有机械械方法、加热方法等。

第十二节 焊接缺陷

常见的焊接缺陷分内部缺陷及外部缺陷。
内部缺陷有气孔、裂纹、夹渣、未熔合等。
外部缺陷有气孔、裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤、咬边、内凹、焊缝尺寸不符合要求、烧穿等。
焊接缺陷的补焊有严格的要求，一般规定同一处缺陷不允许补焊超过3次。

第十三节焊接接头

一、定义
焊接接头是指用焊接方法把金属材料连接起来的接头，简称接头。
二、熔焊接头的基本类型
焊接结构上的接头，按被连接构件之间的相对位置及其组成的几何形状可以归纳为下图中所示的五种类型。
对接接头
角接接头
T行接头
搭接接头
卷边接头

三、熔焊接头的组成
经熔焊所形成的各种接头都是由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成，见下图。
1
4
2 3

（1）焊缝 （2）熔合线 （3）热影响区 （4）母材
焊缝起着连接金属和传递力的作用，它是焊接过程中由填充金属和部分母材熔合后疑固而成，其性能决定于两者熔合后成分和组织。
热影响区是母材受焊接热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。焊后热影响区上有可能产生脆化、硬化和软化的不利现象。
四、焊接接头的基本特点
（1）几何不连续
（2）性能不均匀
（3）有残余应力和变形

五、焊缝各部分名称
余高
背面余高
焊趾
焊缝宽度
熔深
焊缝计
算厚度

凸度
熔深
焊趾
焊缝计算厚度
焊脚
焊脚
焊跟

第十四节 坡口类型

对接、T形接和角接接头中，为了保证焊透常在焊前对待焊边加工出各种形状的坡口。如何设计和选择这些坡口，主要取决于被焊构件的厚度、焊接方法、焊接位置、焊接工艺程序等。此外，还应尽量做到：
（1）填充材料应最少。
（2）具有好的可达性。
（3）坡口容易加工，且费用低。
（4）要有利于控制焊接变形。
一、常用坡口的类型
图形：
坡口形式：
符号：
Ⅰ型坡口
V型坡口
Y型坡口
双Y型坡口
单边Y型坡口
坡口形式：
双单边V型坡口
卷边
图形：
符号：
U形坡口
U形坡口带钝边
U形坡口带钝边
坡口形式：
图形：
符号：
J型坡口带钝边
双J型坡口带钝边

二、举例说明坡口尺寸
Y型坡口
U型坡口
钝边
钝边
间隙
间隙
坡口角度
厚度
厚度
坡口角度
根部半径

第十五节 焊接检验

为了保证焊接质量,使产品符合相关技术标准和使用性能,我们必须加强对产品进行质量检验。
1、焊接检验方法分类
（1）破坏性检验：检验过程须破坏被检验对象，包括力学性能试验、化学分析与试验、金相与断口分析试验。
（2）非破坏性检验：检验过程中不破坏被检验对象的结构和材料，包括外观检验、强度试验、致密性试验、无损检测试验。
（3）工艺性检验：在产品制造过程中为了保证工艺的正确性而进行的检验，包括材料焊接性试验、焊接工艺评定试验、预热、后热及焊后热处理检验等。
2、焊缝金属及焊接接头力学性能试验
主要包括拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、断裂韧度COD试验、疲劳试验。
3、压力试验
压力试验又称耐压试验，它包括水压或气压试验，用于评定锅炉、压力容器、管道等焊接构件的整体强度性能，变形量大小及无渗漏现象。
水压试验一般为设计压力的1.5倍。
4、 主要无损检测方法的适用性和特点

序号
检测方法
缩写
适用的缺陷类型
基本特点
1
超声波探伤法
UT
表面与内部缺陷
速度快、平面型缺陷灵敏度高
2
射线探伤法
RT
内部缺陷
直观、体积型缺陷灵敏度高
3
磁粉探伤法
MT
表面缺陷
仅适于铁磁性材料的构件
4
渗透探伤法
PT
表面开口缺陷
操作简单
5
涡流伤法
ET
表层缺陷
适用导体材料的构件
6
声发射检测法
AE
缺陷的萌生与扩展
动态检测与监测
射线探伤缺陷性质分四级：
Ⅰ级：焊接内应无裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣。
Ⅱ级：焊缝内应无裂纹、未熔合和未焊透。
Ⅲ级：焊缝内应无裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的未焊透。不加垫板的单面焊中的未焊透允许长度按条状夹渣长度的Ⅲ级评定。
Ⅳ级：焊缝缺陷超过Ⅲ级者。
5、受压元件一般检验步骤
在锅炉、压力容器制造中，首先进行焊接工艺评定，编写焊接工艺规程，产品制造完之后，一般进行如下检验步骤：
（1）外观检查。
（2）合格后进行射线探伤。
（3）合格后进行水压或气压试验。
（4）合格后出具检验报告。