(初训)4、金属焊接与切割基础知识

1、图图11 机械联接机械联接(a)螺栓联接(b)铆钉联接概念：焊接就是通过加热或加压（或两者并用），用（或不用）填充材料，使工件达到结合的方法。图图12 永久性联接永久性联接 焊接焊接二、焊接方法的分类1、熔化焊：是利用局部加热的方法将联接处的金属加热至熔化状态而完成的焊接方法。如：气焊、电弧焊、电渣焊、气体保护焊、等离子弧焊 。2、压力焊：是利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法。如：锻焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊 。3、钎焊：是把比被焊金属熔点低的钎料金属加热至熔化液态，然后使其渗透到被焊金属接缝的间隙中而达到结合的方法。如：锡焊、铜焊 。 三、切割的方法和种类切割火焰切割电弧切割冷切割气 割

2、液化石油气割氢氧源切割氧熔剂切割等离子弧切割碳弧切割激光切割水射流切割非晶体：原子是杂乱无章的堆积 在一起无规则可循。晶体：原子在三维空间排列有规 律,有熔点,各向异性。固体物质一、纯金属的构造一、纯金属的构造（一）、基本概念1、晶体与非晶体晶体与非晶体的根本区别：在于其内部原子的排列是否规则。说明：在自然界中，玻璃、松香、石蜡等属于非晶体；食盐和所有固体金属都是晶体。2、 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）。3、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。4

3、、晶格：把原子看成一个结点，然后用假想的线条将这些结点连结起来，便构成了一个有规律性的空间格架称晶格。见下图1、体心立方晶格 体心立方晶格如图所示。在晶胞的八个角上各有一个金属原子，构成立方体。在立方体的中心还有一个原子，所以叫作体心立方晶格。属于这类晶格的金属有铬、钒、钨、钼和-铁（温度低于912的铁）等。 体心立方晶格晶胞中的原子数n = 1 + 8 X 1/8 = 2面心立方晶格晶胞中的原子数n = 6 X 1/2 + 8 X 1/8 = 43、密排六方晶格 密排六方晶格如下图所示。 在晶胞的十二个角上各有一个原子，构成六方柱体。上下底面中心各有一个原子。晶胞内部还有三个原子，所以叫做密

4、排六方晶格。属于这类晶格金属有铍、镁、锌、-钛和-铬等。 密排六方晶格晶胞中的原子数n = 3 + 2 X 1/2 + 12 X 1/6 = 61、结晶概念：金属由液态转变为固态晶体的过程称为结晶。（三）、（三）、液体金属的结晶过程 纯金属结晶过程示意图纯金属结晶过程示意图2、结晶过程：当液态金属冷却到熔点以后，金属内部就有一些原子开始稳定下来，成为结晶的核心。温度继续下降，一方面在已经产生的晶核附近，原子按一定的几何规律凝结排列起来，长大为晶粒；另一方面又出现许多新的晶核，并陆续长大，直到全部液态金属完全凝固为止。这就是金属的结晶过程。见下图A、晶核的形成方式自发形核 ：在结晶过程中，如果晶

5、核完全是由液体中瞬时短程有序的原子团形成，称为自发形核，又称均匀形核。非自发形核：如果是依靠液体中存在的固体杂质或容器壁形核，则称为非自发形核，又称非均匀形核。B 、晶核的长大方式均匀长大：当过冷度很小时，结晶以均匀长大方式进行。树枝状长大：当冷却速度较大时，结晶以树枝形式长大 。 3、结晶过程是由晶核形成和晶核长大两个基本过程组成的， 4、晶粒边界（晶界）：晶粒与晶粒的交界面叫做晶粒边、晶粒边界（晶界）：晶粒与晶粒的交界面叫做晶粒边界界。二、合金的晶体构造及铁碳平衡相图 （一）合金的晶体构造1、合金概念：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的、具有金属特征的物质称为合金。 2、合

6、金晶体结构的类型固溶体 。一种物质均匀地溶解在另一种固体物质之中，所形成的熔合体叫固溶体。分为置换固溶体和间隙固溶体两种：见下图金属化合物： 合金中的两种元素，按一定的原子数量之比相化合，而形成一种新的化合物，叫金属化合物。如碳钢中的Fe3C（渗碳体） 。共析体：是由两种或两种以上的晶体结构混合而成的，在显微镜下呈非均匀组织结构。如：常温下铁素体和渗碳体，是互相不溶解的两种晶体结构，它们在钢中形成一种共析体，称为珠光体。（二）（二）金属的同素异构转变金属在固态下由一种晶格转变为另一种晶格的转变过程称为同素异构转变。如铁（Fe）、钴（Co）、钛（Ti）、锡（Sn）等。以铁为例以铁为例意义：没有这

7、一转变，铁碳合金（钢和铸铁）就不可能通过多种热处理来改变其组织和性能。 - Fe- Fe- Fe1394OC912OC（三）、铁碳平衡状态图（三）、铁碳平衡状态图铁碳平衡相图是研究碳钢组织、确定其热加铁碳平衡相图是研究碳钢组织、确定其热加工工艺的重要依据。工工艺的重要依据。按组织标注的铁碳相图见下图1、铁碳平衡相图中，各点的含义、铁碳平衡相图中，各点的含义 ABCD线为线为液相线液相线，AHJECF为为固相线固相线，E点为区分点为区分钢钢和和铁铁的分界点；的分界点；S点常成为共析点。点常成为共析点。S点左边的钢成为点左边的钢成为亚共析钢，其组织结构为珠光体亚共析钢，其组织结构为珠光体+铁铁素体

8、。素体。S点右边的钢成为过共析钢，点右边的钢成为过共析钢，其组织结构为珠光体其组织结构为珠光体+渗碳体。渗碳体。 PQ线：表示铁素体在线：表示铁素体在0727之间时所能溶解碳的最大量，或称为之间时所能溶解碳的最大量，或称为碳在铁素体中的固溶线。碳在铁素体中的固溶线。 PG线：表示铁素体在线：表示铁素体在727912之间时之间时,所能溶解碳的最大量。所能溶解碳的最大量。温度在温度在920时，铁素体本身转变为时，铁素体本身转变为奥氏体。奥氏体。 PSK线；称为共析线，相当于线；称为共析线，相当于727。它表示含碳量它表示含碳量0.77%的钢在缓慢冷却时，奥的钢在缓慢冷却时，奥氏体全部转变为珠光体的

9、温度。反之则缓慢氏体全部转变为珠光体的温度。反之则缓慢加热时，它又为珠光体全部转变为奥氏体的加热时，它又为珠光体全部转变为奥氏体的温度。此线又称温度。此线又称A1线线。 GS线：是碳钢奥氏体的转变温度线，即线：是碳钢奥氏体的转变温度线，即在缓慢加热时，铁素体向奥氏体转变温度。在缓慢加热时，铁素体向奥氏体转变温度。反之当缓慢冷却时，则是奥氏体向铁素体转反之当缓慢冷却时，则是奥氏体向铁素体转变的温度。变的温度。 GS线又叫A3线。线。 SE线：表示含碳量超过线：表示含碳量超过0.77%的钢，在的钢，在缓慢冷却时，由奥氏体内析出二次渗碳体的缓慢冷却时，由奥氏体内析出二次渗碳体的温度，常用温度，常用A

10、cm表示。表示。JE线：叫固相线。表示含义为钢在加热时，线：叫固相线。表示含义为钢在加热时，开始熔化的临界温度，或冷却时，液体合金开始熔化的临界温度，或冷却时，液体合金全部凝固为奥氏体的温度。全部凝固为奥氏体的温度。 BC线：叫液相线。表示碳钢加热时，线：叫液相线。表示碳钢加热时，全部转变为液体合金的全部转变为液体合金的临界温度临界温度，或冷却时，或冷却时，液体开始结晶的温度。由此可看出，液体开始结晶的温度。由此可看出，含碳量含碳量越高的钢，其凝固点（或熔点）越低越高的钢，其凝固点（或熔点）越低。 NJ线：表示奥氏体开始转变为线：表示奥氏体开始转变为铁的温度铁的温度 NH线：表示奥氏体完全转变

11、为线：表示奥氏体完全转变为铁的温度铁的温度2、铁碳合金的平衡组织 分三类见下表 名称 含碳量（%） 平衡组织 工业纯铁 0.02 铁素体 钢 亚共析钢共析钢过共析钢 0.020.770.770.772.11 铁素体+珠光体珠光体珠光体+二次渗碳体 白口铸铁 亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁 2.114.304.34.36.9 树状珠光体+二次渗碳体+共晶体共晶体（珠光体+渗碳体）板状一次渗碳体+共晶体 3、铁碳平衡相图各主要点说明 点的符号温度， 含碳量，% 说明 ABCDEFGHJKNPSQ 1535149511481227114811489121495149572713947277270

12、 00.504.306.692.116.6700.100.166.6700.020.770.006 纯铁熔点（凝固点）包晶反应时液态合金的浓度共晶点，LcAE+Fe3C渗碳体熔点（计算值）碳在Fe中的最大溶解度渗碳体a Fe同素异晶转变点（A3）碳在Fe中的最大溶解度包晶点，LB+HAJ渗碳体FeFe同素异构转变点（A4）碳在aFe中的最大溶解度共析点，AsFp+Fe3C碳在aFe中的溶溶解度 （一）钢的固态相变1、概念：钢在加热或冷却过程中，其金相组织产生的各种不同转变，叫固态相变。（1）加热时的转变 钢在热处理时要首先加热到A1线以上温度，其组织由珠光体P（珠光体是由铁素体F与渗碳体Fe3

13、C组成的机械混合物）转变为奥氏体A。 当加热温度超过A3线以上，并停留较长时间时，奥氏体晶粒会迅速长大，且从粗大的晶粒中析出针状铁素体，形成魏氏组织。 见图13三、钢的热处理形核形核 FeFe3 3C C 长大长大残余残余Fe3C溶解溶解奥氏体奥氏体 不均匀不均匀 均匀化均匀化T加热加热奥氏体奥氏体 珠光体珠光体 P（铁素体铁素体 +渗碳体Fe3C ）图13低碳钢加热形成奥氏体(2)冷却时的转变 以含碳02的低碳钢为例，说明从液态冷却到室温过程中的组织变化。当液态钢冷却至AC线时，开始凝固，从钢液中生成奥氏体晶核，并不断长大；当温度下降到AE线时，钢液全部凝固为奥氏体；当温度下降到GS(A3)

14、线时，从奥氏体中开始析出铁素体晶核，并随温度的下降，晶核不断长大；当温度下降到PSK(A1)线时，剩余未经转变的奥氏体转变为珠光体；从A1下降至室温，其组织为铁素体+珠光体，不再变化见图14。图图14 低碳钢由高温冷却下来的组织变化示意图低碳钢由高温冷却下来的组织变化示意图 黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。习惯上把碳含量2.11%的归类于铁， 碳含量2.11%的归类于钢。当铁中含C 在0.03%1.2%范围时则为钢， 含C在1.2%2.5%的钢缺乏实用性。（三）钢的分类1、按品质分类、按品质分类 (1)普通钢（P0

15、.045%，S0.055%） (2)优质钢（P、S 均0.035%） (3)高级优质钢（P0.035%，S0.030%） 2、按化学成份分类、按化学成份分类 (1)、碳素钢 a.低碳钢（C0.25%）； b.中碳钢（0.25 C 0.60%）； c.高碳钢（C0.60%）。 (2)、合金钢： a、低合金钢（合金元素总含量5% ) b、中合金钢（5 合金元素总含量 10% ） C、高合金钢（合金元素总含量10%）。（四）钢的热处理 1、概念：将金属加热到某一温度，在该温度下保持一定的时间。然后按一定的冷却速度冷却到室温。这一过程称为热处理。 2、热处理的方法（1）退火（又称预先热处理） A 、概

16、念 ： 将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。 钢的退火是将钢加热到A1或A3以上3050的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。 B、目的： 细化晶粒。 降低硬度。 消除内应力。（2）正火 A、概念：正火是将钢加热到临界温度以上（A3或A线以上4060 ），使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。 B、目的： 消除过共析钢的网状渗碳体。 细化钢的晶粒，提高钢的强度和硬度。（3）淬火 A、概念：淬火是将钢加热到临界温度以上（高于 A3 线3050），保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度急速冷却的热处理方法。 B、目的：增加钢的强度和硬度，减

17、少其塑性。 常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。（4）回火 A、概念：将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。 B、目的：消除淬火产生的内应力。 降低硬度和脆性。 C、分类：高温回火。 中温回火。 低温回火 。 三类。1、定义 焊接接头:指两个或两个以上零件用焊接方法连接的接头。包括：焊缝、熔合区和热影响区。 1）焊缝区接头金属及填充金属熔化后，又以较快的速度冷却凝固后形成。2）熔合区熔化区和非熔化区之间的过渡部分。 被焊缝区的高温加热造成组织和性能改变的区域。2、焊接接头图焊接接头型式主要有：对接接头、T形接头、角接接头、搭接接头四种。 （1）、对接接头）、对接接头

18、概念：两焊件相对平行的接头称为对接接头。种类：根据焊件厚度、焊接方法和坡口准备的不同，对接接头可分为不开坡口对接接头和开坡口对接接头两种。常见的接头型式见图31所示（2）T形接头 概念：一焊件端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头。2-300-255224-305510-402240-6022R1520 不开坡口的T形接头 开坡口的T形接头种类（3）角接接头 112-52212-30602220-4055224-3055不开坡口的角接接头开坡口的角接接头概念：两焊件端面间构成大于30、小于135夹角的接头。种类：（4）、搭接接头 概念： 两焊件部分重叠构成的接头。 种类：3-5 I形坡口

19、圆孔内塞焊 长孔内角焊 二、焊接位置种类二、焊接位置种类 见下图见下图图图15 各种焊接位置各种焊接位置 (a)平焊 (b)横焊 (c)立焊 (d)仰焊 (e)平角焊 (f)仰角焊（一）按焊缝在空间所处位置的不同分为 1、平焊缝：在水平面上任何方向上的焊缝，叫平焊缝。 2、立焊缝；在垂直平面上垂直方向上的焊缝，叫立焊缝。 3、横焊缝：在垂直平面上水平方向上的焊缝，叫横焊缝。 4、仰焊缝 ：在水平面底部任何方向上的焊缝，叫仰焊缝 。（二）按焊缝结合形式分为 1、对接焊缝：在焊件的坡口面间焊接的焊缝，叫对接焊缝。2、角焊缝：沿两直交或近直交零件的交 线所焊接的焊缝，叫角焊缝。（三）按焊缝断续情况分

20、为 1、定位焊缝：焊前，为装配和固定焊件位置而焊接的短焊缝，叫定位焊缝。 2、连续焊缝：沿接头全长不间断焊接的焊缝，叫连续焊缝。 3、断续焊缝 ：沿接头全长焊接具有一定间隔的焊缝，叫断续焊缝 。四、焊缝代号 概念：在图纸上，标注焊接方法、焊接形式和焊缝尺寸的符号称为焊缝代号。（一）焊缝符号 由基本符号、辅助符号、补充符号、指引线和焊缝尺寸符号组成。1、基本符号(表示焊缝横截面形状的 符号。) 见下表基本符号2、辅助符号 辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号。见下表3、辅助符号的应用示例见下表4、补充符号 补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号。见下表5、补充符号的应用示例 见下表1、

21、基本要求 引出线一般由带有箭头的指引线(简称箭头线)和两条基准线(一条为实线，另一条为虚线)两部分组成。如下图所示（二）引出线2、箭头线和接头的关系 见下图图图17 带单角焊缝的带单角焊缝的T型接头型接头(a)焊缝在箭头侧 (b)焊缝在非箭头侧3箭头线的位置箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求，见图18(a)、(b)。但是在标注单边V、单边Y、J形焊缝时，箭头线应指向带有坡口一侧的工件，见图18(c)、(d)。必要时，允许箭头线弯折一次，如图19。 图图18 箭头线的位置箭头线的位置图图19 弯折的箭头线弯折的箭头线5、基本符号相对基准线的位置 见下图 标注对称焊缝及双面焊缝时，不加虚线。焊接在接头的箭头侧4基准线的位置 基准线的虚线可以画在基准线的实线下侧或上侧。基准线一般应与图样的底边相平行。 图图110 基本符号相对基准线的位置基本符号相对基准线的位置(三