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1、第二章熔化焊与热切割基础知识工业纯铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁第一节 焊接与热切割基础知识 焊接基本原理及分类：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零件零件零件螺栓 零件零件零件螺母铆 钉机械联接焊接 可拆卸联接永久连接焊 缝焊接方法分类：烙铁钎接高频感应钎接火焰钎接电阻钎接炉中钎接盐浴钎接爆炸焊冷压焊超声波焊气压焊电阻焊锻焊摩檫焊对焊滚焊点焊激光焊气电焊电子束焊电渣焊等离子弧焊铝热焊电弧焊气焊惰性气体保护焊活性气体保护焊自动埋弧焊手工
2、电弧焊硬钎焊软钎焊钎焊压力焊熔化焊焊接切割方法分类：切割方法火焰切割电弧切割冷切割氧乙炔气割液化石油气切割氢氧源切割氧熔剂切割等离子弧切割碳弧气割激光切割水射流切割气割碳弧气割等离子弧切割水射流切割激光切割焊接与切割技术的发展概况：我国是最早应用焊接技术的国家之一。 远在战国时期的一些金属制品就已采用了焊接技术。 在宋代科学家沈括所著的梦溪笔淡一书，就提到了焊接方法。 在明代科学家宋应星所著的天工开物一书中，对锻焊和钎焊技 术作了详细叙述。 1892年出现氧氢混和气焊（2000左右），由于温度较低只用于薄 板焊接。 1895年发明了电石后又发现了乙炔和氧气混和燃烧温度高 （3200 ），190
3、3年被广泛运用到金属焊接上。 20世纪初手工电弧焊问世。 20年代后期电阻焊获得应用。 40年代后期埋弧焊；惰性气体保护焊相继获得应用。 50年代CO2气电焊、电渣焊、摩擦焊、电子束焊、超声波焊发展应 用。 60年代等离子弧焊、激光焊、光束焊相继出现。 近年来，太阳能焊机、冷压焊机等新型焊机开始研制，焊接生产自 动化及计算机在焊接切割生产中有很大发展。 公元前3000多年埃及出现了 技术。 公元前2000多年中国的殷朝采用 制造兵器。 公元前200年前， 中国已经掌握了青 铜的 及铁器的 工艺。 1881年：法国人 阿尔萨斯 (De Meritens ) 发明了最早期的。 1888年：俄罗斯人
4、发明 。 1917年：第一次世界大战期间使用 修理了109艘从德国缴获的船用发动机， 并使用这些修理后的船只把50万美国士 兵运送到了法国。 大约1920年：第一艘使用 制 造的油轮波基普西（Poughkeepsie Socony）号在美国下水。 1930年：前苏联 罗比诺夫发明了。氩弧焊 焊缝1941年：美国人马里帝兹 (Meredith )发明了（氦弧焊）。氩弧焊焊 缝 1947年：前苏联Bopoe（沃罗舍维奇）发明 。1988年：焊接机器 人开始在汽车生产 线中大量应用。1993年：使用机器 人控制CO2激光器 成功的焊接了美国 陆军艾布拉姆 斯(Abrams)型主战 坦克。 1996年
5、：以乌克兰巴顿焊接研所洛博格维夫 (B.K.Lebegev)院士为首的三十多人的研制小组， 研究开发了。 2001年： 成功应用于临床。 焊接与切割的应用：焊接是一种应用范围很广的金属加 工方法。造船石油电站桥梁冶金航天汽车矿山 机械在世界主要的工业国家里每年钢产量的45 左右用于焊接结构。在制造一辆小轿车时，需要焊接500012000个焊点，一艘 30万吨油轮要焊1000km长的焊缝，一架飞机的焊点多达20 30万个。随着工业的发展，被焊接的材料种类也愈来愈多，除了普通的 材料外，还有如超高强钢、活性金属、难熔金属以及各种非金 属的焊接。由于各类产品日益向着高参数（高温、高压、高寿命）、大型
6、 化方向发展，焊接结构越来越复杂，焊接工作量越来越大，这 对于焊接生产的 质量，效率等提出了更高的要求。同时也推 动了焊接技术的飞速发展，使它在工业生产中的应用更为广阔 。 随着生产的发展，焊接技术的应用愈来与广 泛，与此同时，伴随出现的各种不安 全、不卫生的 因素严重地威胁着焊工及其它生产人员的安全与健 康。学习焊接切割安全技术的必要性为切实保护工人的安全与健康，国家经贸委于1999年发 布的第13号主任令特种作业人员安全技术培训考核管理 办法和国家标准GB530685特种作业人员安全技术 考核管理规则中都明确规定：金属焊接（气割）作业是 特种作业，直接从事特种作业者，称特种作业人员。特种作
7、业人员，必须进行与工种相适应的、专门的安全 技术理论学习和实际操作训练，并经考核合格取得国家 安全生产监督管理总局统一制作的安全技术操作证后方 准独立作业。学习焊接切割安全技术的必要性 特种作业是指容易发生人员伤亡事故，对操作者本人 、他人及周围设施的安全有重大危害的作业。直接从事这 些作业的人员，即特种作业人员的安全技术素质及行为对 于安全状况是至关重要的，许多重大、特大事故就是因为 这些作业人员的违章造成的。鉴于特种作业人员在安全生 产中的重要性，劳动法、矿山安全法、煤炭法 等法律法规都对特种作业人员的培训、考核、管理提出 了要求。原劳动部曾发布了特种作业人员安全技术培训 考核管理规定（劳
8、安字【1991】31号）、矿山特种作 业人员安全操作资格考核规定（劳部发【1996】35号） 等规章。特种作业人员的培训、考核发证工作，已经成为 安全生产监督管理的一项基本内容。学习焊接切割安全技术的必要性锰中毒的树身斑点 职工在焊接切割工作过程中需要与各 种易燃易爆气体、压力容器和电机电器 接触。焊接过程中会产生有毒气体、有 害粉尘、弧光辐射、高频电磁场、噪声 和射线等。上述危害因素在一定条件下 可能引起爆炸、火灾、烫伤、急性中毒 （锰中毒）、血液疾病、电光性眼炎和 皮肤病等职业病症。此外还可能危及设 备、厂房和周围人员安全，给国家和企 业带来不应有的损失。学习焊接切割安全技术的必要性 学习
9、焊接安全技术的目的在于使有关的管理人员、操 作工人掌握焊接操作的基本原理，操作安全及防护的方法 ，严格执行国家标准焊接与切割安全（GB944888） 及各项有关安全操作规程，保证安全生产以及遇到紧急情 况时能及时做出适当处理，从而保护操作者自己和周围人 员及厂房设备不遭到损害。随着焊接新技术的不断出现, 劳动保护的措施也要不断的发展才能适应安全工作的需要 .焊接安全技术研究的主要内容是防火、防爆、防触电以 及在尘毒、磁场、辐射等条件下如何保障工人的身心健康 实现安全操作。焊接工人只有详细地了解和掌握生产过程 的特点和焊接工艺、工具及操作方法,才能深刻地理解和 掌握焊接安全技术的措施，严格地执行
10、安全规程和实施防 护措施，从而保证安全生产，避免发生事故。第二节金属学及热处理基本知识 金属晶体结构的一搬知识：金属：世界上的元素按性质分两大类非金属：具有不透明、有光泽、有延展 性、 良好导电性和导热性。常见金属元素有铁、铝、铬、镍、钨等。特征与金属相反。常见非金属有 碳、氧、氢、氮、硫、磷等。晶体的特点食盐、水结成的冰都是晶体。固态金属及合金也是晶体。松香、玻璃之类不是晶体，属于非晶体。晶体与非晶的区别不在外形、而在内部的元子排列。在晶体中，原 子按一定规律排列很整齐。而在非晶体中，原子则是散乱分布，至 多有些局部的短程规则排列。 由于晶体与非晶体中原子排列不同，因此性能也不相同。食盐晶体
11、水结成冰晶体松香玻璃晶体的外观 典型的金属晶体结构金属的原子按一定方式有规则地排列成一定空间几何形状的结晶格 子，称为晶体。常见金属晶格有体心立方晶格和面心立方晶格。体心立方晶格面心立方晶格体心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个角上和立方体的中心各有一个原子。面心立方晶格：晶胞是一个正六方体，立方体的八个角上和立方体的六个面的中心各有一个原子。 铁属于立方晶格，随着温度的变化，铁可以由一种 晶格转变为另一重晶格。这种晶格的转变，称为同 素异晶转变。纯铁在常温下是体心立方晶格（称为 Fe）；当温度升高到910时，纯铁的晶格由体 心立方晶格转变为面心立方晶格（称为Fe）；再升温度到1390
12、时，面心立方晶格又重新转变为 体心立方晶格（称为Fe），然后一直保持到纯铁的熔化温度。 纯铁的这种特性非常重要,是钢材所以能通过各种 热处理方法来改变其内部组织，从而改善性能的内 在因素之一，也是焊接热影响区中各个区域与母材 相比，具有不同组织和性能的原因之一。典型的金属晶体结构合金的组织和结构合金的组织 两种或两种以上的元素（其中至少一种是金属元素），组合成的金 属，叫做合金。根据两种元素相互作用的关系，以及形成晶体结构 和显微组织的特点可将合金的组织分为三类：（）固溶体 固溶体是一种物质的原子均匀地溶解在另一种物 质的晶格内，形成单相晶体晶结构。根据原子在晶格上分布的形式 ，固溶体可分为置
13、换固溶体和间隙固溶体。合金的组织和结构（2）化合物 两种元素的原子按一定比例相结合，具有新的晶 体结构，在晶格中各元素原子的相互位置是固定的，叫化合物。通常化合物具有较高的硬度，低的塑性，脆性也较大。渗碳体晶格合金的组织和结构（3）机械混合物 固溶体和化合物均为单相合金，若合金是 由两种不同的晶体结构彼此机械混和组成，称为机械混合物。它往往比单一的固溶体合金有更高的强度、硬度和耐磨；塑性和压 力加工性能则较差。工业上使用的大多数 合金属于机械混合物 ，如钢、生铁、铝合 金、黄铜、青铜等。XCE金4相显微镜JVC彩色摄像机计算机图像 采集设备铁碳合金的基本知识钢中常见的显微组织（1）铁素体（F）
14、 铁素体是少量的碳和其它合金元素固溶于 Fe中的固溶体。-铁为铁为 体心立方晶格，碳原子以填隙状态存在，合 金元素以置换状态存在。其性能是强度、硬度很低，塑性、韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。填隙状态置换状态铁素体显微组织铁碳合金的基本知识 钢中常见的显微组织（2）渗碳体（Fe3C） 渗碳体是铁与碳的化合物，分子式是 Fe3C。其性能与铁素体相反，硬而脆，随着钢中含碳量的增加，钢中渗碳 体的量也增多，钢的硬度、强度也增加，而塑性、韧性则下降。渗碳体二次渗碳体三次渗碳体铁碳合金的基本知识铁碳合金的基本知识珠光体铁碳合金的基本知识钢中常见的显微组织（4）奥氏体（A） 奥氏体是碳和其它合金元素在
15、-Fe中的固溶 体。奥氏体为面心立方晶格。奥氏体奥氏体的强度和硬度不高,塑性和韧性很好。另一特点无磁性。铁碳合金的基本知识钢中常见的显微组织（5）马氏体（M） 马氏体是碳在-Fe中的过饱过饱 和固溶体。一般 可分为低碳马氏体和高碳马氏体。奥氏体转变为马氏体时体积要膨胀。 高碳淬火马氏体具有很高的硬度和强度，但很脆，延展性很低。 低碳回火马氏体则具有相当高的强度和良好的塑性和韧性相结合的 特点。马氏体显微组织(a) 低碳钢中的板条马氏体 (X80) (b) 高碳钢中的针状(片状)马氏体 (X400)铁碳合金的基本知识钢中常见的显微组织（6）魏氏组织 魏氏组织是一种过热组织,是由彼此交叉的60 的铁素体针嵌入基体组织。碳钢过热，晶粒长大后，高温下晶粒粗大的奥氏体以一定的速 度冷却时，很容易形成魏氏组织。粗大的魏氏组织使钢材 的塑性和韧性下降，使钢变脆。亚共析钢中的魏氏组织铁素体 过共析钢中的魏氏组织渗碳体有色金属的基本知识 有色金属 除钢铁材料以外的各种金属材料，又称 非铁材料。 有色金属的特点 强
