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1、 绪 论专业课复习资料（最新版）专业课复习资料（最新版）封封面面一、焊接的本质和途径一、焊接的本质和途径焊接的概念：焊接的概念：是通过加热或加压，或者两者并用，使被焊材料达到原子间的结合。从而形成永久性连接的工艺。被焊材料是通过加热或加压，或者两者并用，使被焊材料达到原子间的结合。从而形成永久性连接的工艺。被焊材料母材（工件）母材（工件）焊接的本质：焊接的本质：微观上达到原子间的结合微观上达到原子间的结合实现焊接的途径：实现焊接的途径：加热或加压或两者并用加热或加压或两者并用。焊接的结果：。焊接的结果：宏观上形成永久的连接。宏观上形成永久的连接。二、焊接接头及其形成过程二、焊接接头及其形成过程
2、焊接接头焊接接头：被焊材料经焊接后发生组织和性能变化的区域。：被焊材料经焊接后发生组织和性能变化的区域。焊缝区焊缝区由熔化的被焊材料和填加材料经凝固后所形成的。由熔化的被焊材料和填加材料经凝固后所形成的。热影响区热影响区-受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域-受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域（过热区、正火区、部分相变区）（过热区、正火区、部分相变区）。热影响区中的。热影响区中的过热区过热区，对焊接接头有不利影响， 应使之尽可能减小。，对焊接接头有不利影响， 应使之尽可能减小。熔合区熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区
3、的过渡区。熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。熔合区熔合区成分不均，组织为粗大的过热组织 或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位。成分不均，组织为粗大的过热组织 或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位。焊缝热影响区焊缝热影响区焊接接头的形成焊接接头的形成加加 热热熔熔 化化冶金反应冶金反应凝固结晶凝固结晶固态相变固态相变 焊接接头的形成过程焊接热过程：包括加热和冷却过程固-液状态演变过程：发生在焊缝部位焊接化学冶金过程：金属、熔渣和气相在较高温度下发生的冶金反应过程固态相变过程：有同素异构的金属才会发生，可发生焊缝和热影响区。三、焊接方法的分类三、焊接方法的分类焊接方法分为三大类：焊接方
4、法分为三大类：熔焊、压焊、钎焊熔焊、压焊、钎焊熔焊熔焊：将待焊处的母材金属加热熔化以形成焊缝 的焊接方法。：将待焊处的母材金属加热熔化以形成焊缝 的焊接方法。钎焊钎焊：采用熔点比母材低的金属材料，熔化之后 润湿母材，填充接头间隙并与固态的母材相互扩 散形成连接的方法。：采用熔点比母材低的金属材料，熔化之后 润湿母材，填充接头间隙并与固态的母材相互扩 散形成连接的方法。压焊压焊：焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或 不加热）以完成焊接的方法。：焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或 不加热）以完成焊接的方法。焊接方法焊接方法压力焊压力焊摩擦焊超声波焊爆炸焊扩散焊高频焊摩擦焊超声波焊爆炸焊扩散焊高频
5、焊钎焊钎焊软钎焊硬钎焊软钎焊硬钎焊熔焊熔焊电弧焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊电弧焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊手弧焊气体保护焊埋弧焊手弧焊气体保护焊埋弧焊电阻焊电阻焊手工焊条 焊手工焊焊机手工焊焊机埋弧焊埋弧焊生产现场CO2气体保护焊钨极氩弧焊（TIG）熔化极氩弧焊（MIG）等离子焊与切割电阻点焊电阻缝 焊电阻电焊 机电阻缝焊机摩擦焊原理摩擦焊摩擦焊摩擦焊机爆炸焊原理摩擦螺旋焊接摩擦螺旋焊接Friction Stir Welding of aluminum alloy 四、焊接温度场和焊接热循环焊接温度场焊接温度场:焊接时焊接时,某一时刻工件上各点温 度的分布焊接热循环某一时刻工件上各点温
6、 度的分布焊接热循环:在焊接热流作用时,焊件上某一 点P的温度随时间的变化过程叫作焊接热 循环焊接热 循环.通过焊接温度场和焊接热循环来研究焊接 方法、焊接规范参数、焊接材料等对焊 接过程的影响。通过焊接温度场和焊接热循环来研究焊接 方法、焊接规范参数、焊接材料等对焊 接过程的影响。（一）焊接传热的基本形式（一）焊接传热的基本形式传导、对流、辐射传导、对流、辐射热源传给焊件热源传给焊件辐射和对流辐射和对流获得热能的母材和焊条则以热传导为主获得热能的母材和焊条则以热传导为主 初始初始重点研究重点研究（二）焊接温度场的一般特征（二）焊接温度场的一般特征焊接温度场的每一点每一瞬时都在变化，而且是有规
7、律的变化。焊接温度场的每一点每一瞬时都在变化，而且是有规律的变化。重要特点：重要特点：可以表示为：可以表示为： T = f（x，y，z，t） 温度场温度场位置因数位置因数时间因数时间因数可以用等温线和等温面来表示可以用等温线和等温面来表示 图0-10 等温线和温度梯度等温线或等温面：把焊 件上瞬时温度相同的各点连 接起来形成的线或面。 等温线（面）之间的 温度差: 温度梯度 等温线或等温面：把焊 件上瞬时温度相同的各点连 接起来形成的线或面。 等温线（面）之间的 温度差: 温度梯度 某一个方向的温度梯度 某一个方向的温度梯度 某一个方向的温度梯度某一个方向的温度梯度 各个方向的温度梯度不同各个
8、方向的温度梯度不同 增加为正，降低为负增加为正，降低为负 稳定温度场稳定温度场温度场各点温度不随时间而变动温度场各点温度不随时间而变动非稳定温度场非稳定温度场温度场各点随时间而变动温度场各点随时间而变动 准稳定温度场准稳定温度场温度随时间暂时不变动，热饱温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。和状态；或随热源一起移动。三维温度场三维温度场空间传热 厚大件空间传热 厚大件 二维温度场二维温度场平面传热 薄板，一次焊透平面传热 薄板，一次焊透 一维温度场一维温度场线性传热 线材电阻焊、摩擦焊，焊条、焊丝线性传热 线材电阻焊、摩擦焊，焊条、焊丝图0-12 温度场的分类（三）影响温度场的主
9、要因素（三）影响温度场的主要因素（1）热源的性质（1）热源的性质热源越集中，温度场越小。激光束、离子束、电子束很小，电弧较大，气焊大。（2）焊接线能量 电弧焊 热源功率q / 焊接线速度v 温度场分布当q=常数时，随v的增加，等温线的范围变小，温度 场的形状变的细长；当v=常数时，随q增加，温度场的范围随之增大；当q/v保持定值，等比例改变q及v时，等温线拉长 温度场的范围拉长。（3）被焊金属的热物理性质（3）被焊金属的热物理性质热导率（热导率（） 比热容（比热容（c） 容积比热容（容积比热容（c ） 热扩散率（热扩散率（a） 热焓（热焓（H） 表面散热系数（）表面散热系数（） 温度场温度场1
10、）热导率（）热导率（）热导率与材料的成分和温度有关热导率与材料的成分和温度有关在室稳时差别很大，在室稳时差别很大，800oC以上，差别不大，介于以上，差别不大，介于 0.25 0.34W/cm. oC 2）比热容（）比热容（c）比热容与材料、种类温度有关。在磁性变态附近 变化大。比热容与材料、种类温度有关。在磁性变态附近 变化大。可以取平均值。钢铁材料在可以取平均值。钢铁材料在20 1500oC之间，平 均比热容为之间，平 均比热容为0.67 0.76J/g. oC。 3）容积比热容（）容积比热容（c ）温度的函数。一般钢铁为温度的函数。一般钢铁为4.83 6.9 4）热扩散率（）热扩散率（a
11、）温度传播的速度，温度传播的速度，a = / c。随温度而变化， 低碳钢的平均值为随温度而变化， 低碳钢的平均值为0.07 0.10。 5）热焓（）热焓（H） 低碳钢低碳钢0-1500，H=1331.4J/g 6）表面散热系数（）表面散热系数（）散热体与周围介质每相差散热体与周围介质每相差1，单位时间内单位 面积散失的热量。主要是辐射。，单位时间内单位 面积散失的热量。主要是辐射。 q = (T T0)（4）焊件的板厚及形状（4）焊件的板厚及形状影响很大焊件板厚影响很大焊件板厚几何形状几何形状所处状态所处状态传热过程传热过程温度场分布温度场分布环境温度、预热及后热等环境温度、预热及后热等 1）
12、厚板焊接结构2）薄板焊接结构1）厚板焊接结构2）薄板焊接结构1） 厚 板 焊 接 结 构1） 厚 板 焊 接 结 构2） 薄 板 焊 接 结 构2） 薄 板 焊 接 结 构1.试述熔化焊、压力焊和钎焊在本质上有何区别？2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？6.什么是焊接，其物理本质是什么1.试述熔化焊、压力焊和钎焊在本质上有何区别？2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？4.焊接电弧加热区的特
13、点及其热分布？5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？6.什么是焊接，其物理本质是什么？8.温度场定义，分类及其影响因素8.温度场定义，分类及其影响因素思考题第1章 焊接电弧1.1 焊接电弧的物理本质及其引燃1.1 焊接电弧的物理本质及其引燃研究意义研究意义：弧焊电源是电弧能量的供应者，其电特性影响 到电弧燃烧的稳定性，从而直接影响到焊缝的质量。：弧焊电源是电弧能量的供应者，其电特性影响 到电弧燃烧的稳定性，从而直接影响到焊缝的质量。焊接电弧：在电极与工件之间的气体中，产生持久、强烈的自持放电现象。 特性：电压低、电流大、温度高、发光强。要使两电极之间的气体导电必须焊接电弧：
14、在电极与工件之间的气体中，产生持久、强烈的自持放电现象。 特性：电压低、电流大、温度高、发光强。要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件具备两个条件：(1) 两电极之间有带电粒子 (2) 两电极之间有电场(1) 两电极之间有带电粒子 (2) 两电极之间有电场 非自持放电非自持放电：气体导电所需要的带电粒子不能通过导 电过程本身产生，而需要外加措施来产生带电粒子 （加热、施加一定能量的光子等等）。气体导电所需要的带电粒子不能通过导 电过程本身产生，而需要外加措施来产生带电粒子 （加热、施加一定能量的光子等等）。 自持放电自持放电：当电流大于一定值时，一旦放电开始，气 体导电过程本身就可以产生维持
15、导电所需要的带电粒 子。当电流大于一定值时，一旦放电开始，气 体导电过程本身就可以产生维持导电所需要的带电粒 子。a) 气体放电b)金属导电电弧是低压、大电流、产生高温、强光的一种自持气体放电现象a) 气体放电b)金属导电电弧是低压、大电流、产生高温、强光的一种自持气体放电现象1.1.1气体原子的激发、电离 和电子发射1.1.1气体原子的激发、电离 和电子发射 1气体原子的激发1气体原子的激发+-气体原子得到外加能 量电子从低能级跃迁 到高能级，这时原子 处于气体原子得到外加能 量电子从低能级跃迁 到高能级，这时原子 处于“激发激发”状态电子完全脱离原子核 的束缚形成自由电子 的过程程称为状态
16、电子完全脱离原子核 的束缚形成自由电子 的过程程称为“电离电离”激发电离 激发电离由原子形成正离子所需要的能量称为由原子形成正离子所需要的能量称为电离能电离能2气体原子的电离2气体原子的电离 （1）（1）撞击电离撞击电离：在：在电场电场中，被加速的带电质点（电子、 离子）和中性质点（原子）碰撞后发生的电离。 （2）中，被加速的带电质点（电子、 离子）和中性质点（原子）碰撞后发生的电离。 （2）热电离热电离：在：在高温高温下，具有高动能的气体原子（或 分子）互相碰撞而引起的电离。 （3）下，具有高动能的气体原子（或 分子）互相碰撞而引起的电离。 （3）光电离光电离：气体原子（或分子）吸收了光射线的：气体原子（或分子）吸收了光射线的光 子能光 子能而产生的电离。而产生的电离
