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1、第二章 金属焊接和切割技术基本知识,第一节 概 述,一、焊接与切割的基本原理和分类 1、基本原理 焊接就是通过加温或者加压使之造成原子或分子间的结合或者扩散（融化），从而达到不可拆卸的连接。 2、焊接的分类,3、切割的方法和种类,（一）熔化焊,1、气焊 气焊主要应用于薄钢板、低熔点材料（有色金属及其合金）、铸铁件和硬质合金刀具等材料的焊接，以及磨损、报废车件的补焊、构件变形的火焰矫正等。 2、电弧焊 手工电弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。另外由于电弧焊设备轻便，搬运灵活，可以在任何有电源的地方进行焊接作业。适用于各种金属材料、各种厚度和各种结构形状的焊接。 埋弧焊SAW一般只适
2、用于平焊位置，不适于焊接厚度小于 1mm的薄板。 由于埋弧焊熔深大，生产率高，机械化操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属，如镍基合金、钛合金和铜合金等。,3、气电焊 用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称气电焊。 气电焊通常按照电极是否熔化和保护气体不同，分为不熔化极（钨极）惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊，氧化混合气体保护焊、CO2气体保护焊和管状焊丝气体保护焊。 从被焊件材质上看，CO2气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢；从焊接位置上看，可以进行全位置焊接，也可以进行
3、平焊、横角焊及其他空间位置的焊接。 钨极惰性气体保护焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于焊接铝、镁、钛和铜等有色金属，以及不锈钢和耐热钢等。 钨极惰性气体保护焊 所焊接的板材厚度范围，从生产率考虑以3mm以下为宜。对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件（如压力容器及管道），为了保证高的焊接质量，也采用钨极惰性气体保护焊。 熔化极气体保护除具备不熔化极气体保护焊的主要优点（可进行各种位置的焊接；适用于有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢绝大多数金属的焊接）外，同时也具有焊接速度较快，熔敷效率较高等优点。,4、等离子弧焊 等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。能够焊接更细、
4、更薄（如 1mm以下极薄金属的焊接）的工件 。 5、电渣焊 电渣焊可以焊接各种碳素结构钢、低合金高强度钢、耐热钢和中合金钢，现已广泛应用于锅炉、压力容器、重型机械、冶金设备和船舶等的制造中。另外，用电渣焊可进行大面积堆焊和补焊。 6、激光焊 激光焊可以焊接各种金属材料和非金属材料如碳钢、硅钢、铝和钛等金属及其合金、钨、钼等难熔金属及异种金属以及陶瓷、玻璃和塑料等。特别适于焊接微型、精密、排列非常密集、对热敏感性强的工件，适于焊接厚度小于0.5mm的薄板、直径小于0.6mm的金属丝。,7、电子束焊 电子束焊设备复杂，价格贵，使用维护要求高；焊件装配要求高，尺寸受真空室大小限制；需防护X射线。电子
5、束焊可以用来焊接绝大多数金属及合金以及要求变形小、质量高的工件等。目前电子束焊已广泛应用于精密仪器、仪表和电子工业等。,（二）压力焊,1、电阻焊 电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊和对焊。 点焊适用于可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3 mm的冲压、轧制的薄板构件。 缝焊广泛应用于油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱的薄板焊接。 凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。板件凸焊最适宜的厚度为054mm。 2、超声波焊 超声波焊接原则上适于焊接大多数热塑性塑料。,（三）钎焊,1、火焰钎焊 火焰钎焊适于碳素钢、铸铁以及铜及其合金等材料的钎焊。氧乙炔焰是常用的火焰。 2、电阻钎焊 电阻钎
6、焊分为直接加热及间接加热两种方式。间接加热电阻钎焊适宜于热物理性能差别较大和厚度差别较大焊件的钎焊。 3、感应钎焊 感应钎悍的特点是加热快、效率高、可进行局部加热，且容易实现自动化。按照保护方式可以分为空气中感应钎焊、保护气体中感应钎焊和真空中感应钎焊。,二 、焊接与切割的发展概况及应用,1、焊接与切割的发展概况 焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近。 战国时期制造的刀剑，刀
7、刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。 古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。,2、焊接方法的应用,在工业部门中，采用金属型材、板材和管材等，通过焊接技术制造各种金属结构件， 例如：锅炉、压力容器、管道、船舶、桥梁、飞机、火箭、起重机、海洋结构、冶金设备等,3、学习焊接和切割技术的必要性,1
8、、生产和生活的需要 2、安全和健康的需要 3、法律和法规的需要,4、焊工证有哪些及情况说明,焊工证目前总共有五种： 1）特种作业人员操作证（也叫IC卡证、磁卡证）： 属于安全生产监督管理局颁发的，是焊工进行焊接工作的一个操作证、上岗证，主要范围是除锅炉压力容器压力管道以外的相应钢构件、焊接件的焊接工作。证书全国通用；适用范围较广。,5、职业等级的划分：,共设五个等级，分别为初级（国家职业资格五级）、中级（国家职业资格四同级）、高级（国家职业资格三级）、技师（国家职业资格二级）、高级技师（国家职业资格一级）。 1、初级工以手工电弧焊、气焊气割方法为主，以焊接低合金钢为主； 2、中级工以埋弧焊、气
9、体保护焊方法为主，以焊接低合金钢、不锈钢为主； 3、高级工以焊接铸铁及有色金属、异种金属为主； 4、技师以特种焊接方法（钎焊、激光焊等）和新型材料焊接（钛、镍等）为主。 等级越高，工作内容的难度越大。,6、技能要求,1、对手工电弧焊，在初级工中的技能要求主要是平板对接的单面焊双面成形，对其他位置则只要求能焊，但不要求单面焊双面成形。 2、中级工中则要求平板对接的立焊、横焊的单面焊双面成形以及垂直固定管对接的单面焊双面成形，对板的仰焊和管的水平固定中要求会焊。 3、高级工中则要求平板对接的仰焊和管的水平固定的单面焊双面成形，以及管的加障碍的单面焊双面成形等内容。 也就是说级别越高则要求能够掌握的
10、技能项目越多，而且难度也有所增加。,7、焊接方法的特点,1) 节省材料和工时 采用焊接方法制造金属结构，一般比铆接节省金属材料1020%。焊接加工快，工时少，生产周期短，采用焊接方法可以制成双金属结构，如不锈钢、刀具等，可获得优良的使用性能，又能节省大量昂贵的合金材料。此外，还可采用焊接方法修复已磨损或损坏的机器零部件等。 2) 简化工艺 在制造大型、复杂的结构和零件时，可用型材或板材先制成部件，然后再装焊成大构件，从而简化了制造工艺。,3) 连接性能好 焊缝具有良好的力学性能，能耐高温、低温、高压，具有良好的密封性、耐腐蚀性、耐磨性等。 但是，焊接技术尚有一些不足之处，对某些材料的焊接有一定
11、困难，焊接不当会产生焊接缺陷，焊接接头的组织和性能往往要变怀，要产生焊接残余应力和焊接变形，影响零部件的金属结构和形状、尺寸，增加工作时的应力，降低承载能力,第二节 金属材料,材料的分类,几个概念,金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。,金属材料性能,材料的使用性能包括：物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能（机械性能）。 材料的工艺性能指材料适应冷、热
12、加工方法的能力。,金属的机械性能,机械性能（力学性能）： 机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。 1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。 2、屈服点（s）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L时应力值，单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。 3、抗拉强度（b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。 4、延伸率（）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。 5、断面收缩率（）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分
13、比。 6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC） 7、冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2（J/cm2）.,指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂 的能力。,1. 定义,2. 应用,强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。,（一）强度的概念,金属的力学性能,（二）强度的测定拉伸实验,1. 拉伸试样（GB6397-86）,2. 力伸长曲线（以低碳钢试样为例）,3. 脆性材料的拉伸曲线,1. 拉伸试样（GB6397-86）,长试
14、样：L0=10d0,短试样：L0=5d0,2. 力伸长曲线,弹性变形阶段,屈服阶段,颈缩现象,拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。,强化阶段,3. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）,脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。,（三）强度指标,1.屈服点,在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力，用符号s表示。,脆性材料的屈服点：,试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长率达到试样标距长度的0.2%时的应力，用符号0.2表示。,应用：s和0.2常作为零件选材和设计的依据。,脆性材料的屈服点,L,F,0,F0.2,屈服点计算公式：,2.抗拉强度 材料在断裂前所能承受的最大应力，用
15、符号b表示。,应用：脆性材料制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。,计算公式：,（二）衡量指标,二、 塑 性,金属材料断裂前发生永久变形的能力。,断面收缩率：,伸长率：,试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。,（一） 定义,伸长率（ ）,l1试样拉断后的标距,mm;,l0试样的原始标距,mm。,断面收缩率（ ） 试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。,S0试样原始横截面积mm2,S1颈缩处的横截面积,mm2,（一）布氏硬度,（二）洛氏硬度,三、 硬 度,1. 原理,2. 应用,3. 优缺点,1. 原理,2. 应用,3. 优缺点,1. 原理,（一）布氏硬度,测量比
16、较软的材料。测量范围 HBS450、HBW650的金属材料。,3. 优缺点,2. 应用,压痕大，测量准确，但不能测量成品件。,1. 原理,（二）洛氏硬度,2. 应用范围,2067,1500N,120金刚石圆锥体,HRC,25100,1000N,1.588mm钢球,HRB,7085,600N,120金刚石圆锥体,HRA,常用洛氏硬度标度的试验范围,优点：操作简便、迅速，效率 高，可直接测量成品件 及高硬度 的材料。,3. 优缺点,缺点：压痕小，测量不准确， 需多次测量。,四、冲击韧性,金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。,（三）冲击试验原 理及方法,（一）定义,（二）冲击试样,计算公式 Ak=GH1 - GH2 =G（H1 - H2）,试验原理：试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功（Ak ）等于摆锤冲击试样前后的势能差。,试验过程如图所示。,冲击韧度（
