第二章 焊接与切割基础知识

1、第二章第二章 金属焊接与切割基础知识金属焊接与切割基础知识l本课程的教学目的:1、了解金属学与热处理基本知识。2、了解常用金属材料的一般知识3、掌握焊接与切割的基本原理及工艺基础知识l焊接与切割的应用5000-12000个焊点30万吨油轮焊缝长1000km焊点多达2030万个1 焊接与切割概述焊接与切割概述l焊接的基本原理与分类焊接的基本原理与分类1 1、焊接就是通过、焊接就是通过加热或加压加热或加压，或两者并用或两者并用，并且并且使用或不使用或不用填充材料用填充材料，使工件达到结合的方法，使工件达到结合的方法2 2、按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点，可以将、按照焊接过程中金属所处的状

2、态及工艺的特点，可以将焊接的方法分为焊接的方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。熔化焊、压力焊和钎焊三大类。 3 3、按照金属切割过程中加热方法的不、按照金属切割过程中加热方法的不同大致可以把切割方法分为火焰切割、同大致可以把切割方法分为火焰切割、电弧切割和冷切割三类。电弧切割和冷切割三类。1 焊接与切割概述焊接与切割概述l焊接与切割的基本原理及分类焊接与切割的基本原理及分类（一）基本原理（一）基本原理可拆卸的联接可拆卸的联接联接联接永久性联接永久性联接焊接：用加热或加压，或者两者并用，并且焊接：用加热或加压，或者两者并用，并且 使用或者不用填充材料，使工件达到使用或者不用填充材料，使工件达到

3、结合的办法。结合的办法。判断题判断题：焊接是一种机械联接。（ ）焊接与切割的基本原理及分类2 金属学及热处理基本知识金属学及热处理基本知识l一、金属晶体结构的一般认识 以上图形是在电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构。 不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。l一、金属晶体结构的一般认识一、金属晶体结构的一般认识二、铁碳合金的组织结构二、铁碳合金的组织结构1、金属的组织与结构 在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。2、碳钢的基本组织、碳钢的基本组织碳在铁中的存

4、在形式有固溶体、化合物和机械混合物三种。 固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。 （二）钢中常见的纤维组织（二）钢中常见的纤维组织1 1、铁素体、铁素体 碳溶于碳溶于 -Fe-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体中形成的间隙固溶体称为铁素体, ,常用符号常用符号F F表示。表示。 铁素体特点：铁素体特点：体心立方晶格体心立方晶格碳在碳在 -Fe-Fe中的溶解度也较小中的溶解度也较小塑性、韧性较好，强度、硬度较低塑性、韧性较好，强度、硬度较低2 2、奥氏体、奥氏体 碳溶于碳溶于-Fe-Fe中成的间隙固溶体称为奥氏体，

5、用符中成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号号A A表示。表示。奥氏体特点：奥氏体特点：面心立方晶格面心立方晶格溶碳能力较强溶碳能力较强硬度较低、塑性较高，适用于压力加工成型。硬度较低、塑性较高，适用于压力加工成型。3 3、渗碳体、渗碳体 铁与碳形成的金属化合物铁与碳形成的金属化合物Fe3CFe3C称为渗碳体，称为渗碳体，用用Fe3CFe3C表示。表示。 渗碳体特点：渗碳体特点： c c=6.69=6.69，熔点为，熔点为12271227晶体结构：复杂的间隙化合物。晶体结构：复杂的间隙化合物。硬度很高，但塑性和韧性几乎硬度很高，但塑性和韧性几乎等于零。等于零。三次渗碳体三次渗碳体珠光体珠光体莱氏体莱

6、氏体温度/。CAECFPSKDG室温00.772.114.36.67 C%LL+A Fe C3AA+FP+Fe C3+Le+LeA+Fe C3F+Fe C3F+PP+Fe C3A+Fe C+Le Fe C3+LeLeLe912727153816001147P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3L+ Fe C3 铁碳合金相图分析 ACD ACD 线线液相线液相线AECFAECF 线线固相线固相线ACAC 线线奥氏体结晶奥氏体结晶开始线开始线AEAE 线线奥氏体结晶奥氏体结晶终了线终了线GSGS 线线铁素体析出铁素体析出开始线开始线GPGP 线线铁素体析出铁素体

7、析出终了线终了线PQPQ 线线Fe3CFe3C析出析出线线ESES 线线Fe3CFe3C析出析出线线PSKPSK 线线共析线共析线CDCD 线线一次渗碳体一次渗碳体结晶开始线结晶开始线ECF ECF 线线共晶线共晶线铁碳合金相图铁碳合金相图三、钢的热处理三、钢的热处理 钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。1、退火和正火、退火和正火退火退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却。目的目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。正火正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧

8、性可显著提高。 铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。2、淬火和回火、淬火和回火加热至淬火温度(临界点以上3070)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。 淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。淬火淬火l钢的热处理温度lA1、A3 与Ac1、Ac3、Ar1 Acm l铁碳合金铁碳相图有几条温度线l-727 度,1148 度,1495 度 回火回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。回火回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。在150250范围内的回火称“低温回火”。回火马氏体有较

9、高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。 2、淬火和回火、淬火和回火回火回火3 常用金属材料的一般知识常用金属材料的一般知识l一、常用金属材料的物理、化学和力学性能一、常用金属材料的物理、化学和力学性能1、物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性。2、化学性能：热稳定性、耐腐蚀性、化学稳定性。3、力学性能：强度（屈服强度、抗拉强度）、塑性（延伸率、断面收缩率）、冲击韧性、硬度、疲劳强度、蠕变。3 常用金属材料的一般知识常用金属材料的一般知识l二、钢材和有色金属的分类、编号及性能二、钢材和有色金属的分类、编号及性能1、钢材分类：含碳量在2.11%以下的

10、铁碳合金叫钢，含碳量在2.11%-6.67%的叫铸铁。2、钢材编号：我国钢材编号采用国际化学符号和汉语拼音字母并用的原则。（1）碳素结构钢例：Q235-AF的含义是：Q代表屈服点的字母，235代表钢的屈服强度为235MPa，A代表质量等级，F代表是沸腾钢。3 常用金属材料的一般知识常用金属材料的一般知识l（2）合金结构钢：钢号由数字、化学元素符号和数字组成。前面两位数字表示平均含碳量的万分之几。l（3）不锈钢与耐热钢的编号：化学元素符号前面的数字表示平均含碳量的千分之几。如：1Cr18Ni9表示平均含碳量为0.1%,平均含铬量18%左右,平均含镍量9%左右。4 焊接与切割工艺基础焊接与切割工艺

11、基础一、焊接接头的种类及主要的接头形式一、焊接接头的种类及主要的接头形式l（1）对接接头：采用最多的一种接头形式。l（2）角接接头：常用于不重要的结构中。l（3）T形接头l（4）搭接接头：两件部分重叠构成的接头。一、焊接接头的种类及接头型式一、焊接接头的种类及接头型式 1、对接接头、对接接头 两件表面构成大于或等于135，小于或等于180夹角的接头，叫做对接接头。2 2、角接接头、角接接头两焊件端面间构成大于30、小于135夹角的接头，叫做角接接头 (a)I形坡口(b)带钝边单边V形坡口一、焊接接头的种类及接头型式一、焊接接头的种类及接头型式3、T形接头形接头一件之端面与另一件表面构成直角或近

12、似直角的接头，叫做一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头，叫做T T形接头形接头4 4、搭接接头、搭接接头两件部分重叠构成的接头叫搭接接头两件部分重叠构成的接头叫搭接接头T形接头形接头 搭接接头搭接接头(a)I形坡口形坡口(b)圆孔内塞焊圆孔内塞焊(c)长孔内角焊长孔内角焊1、坡口的形式：I形、V形、Y 形、双Y形、U形等各种形式。2、坡口的几何尺寸：坡口面，坡口面角度及坡口角度、根部间隙、钝边（钝边的作用）、根部半径。二、焊缝坡口的基本形式与尺寸二、焊缝坡口的基本形式与尺寸三、焊接位置种类三、焊接位置种类 根据GBT337594焊接术语的规定，焊接位置，即熔焊时，焊件接缝所处的空间位

13、置，可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。u焊缝倾角焊缝倾角，即焊缝轴线与水平面之间的夹角u焊缝转角焊缝转角，即焊缝中心线(焊根和盖面层中心连线)和水平参照面Y轴的夹角 三、焊接位置种类三、焊接位置种类(1)(1)平焊位置平焊位置 焊缝倾角焊缝倾角0 0，焊缝转角，焊缝转角9090的焊接位置，图的焊接位置，图(a)(a) (2)(2)横焊位置横焊位置 焊缝倾角焊缝倾角0 0180180焊缝转焊缝转角角0 0180180的对接位置，图的对接位置，图(b)(b)。(3)(3)立焊位置立焊位置 焊缝倾角焊缝倾角9090( (立向上立向上) )，270270( (立向下立向下) )的焊接位置，图的焊接位置，图

14、(c)(c)。(4)(4)仰焊位置仰焊位置 对接焊缝倾角对接焊缝倾角0 0，180180；转角；转角270270的焊接位，图的焊接位，图(d)(d)(5)(5)平角焊位置平角焊位置 角焊缝倾角角焊缝倾角0 0180180；转角转角4545135135的角焊位置，图的角焊位置，图(e)(e)。(6)(6)仰角焊位置仰角焊位置 倾角倾角0 0180180转角转角225225315315的角焊位置，图的角焊位置，图(f)(f)四、焊缝形式及形状尺寸四、焊缝形式及形状尺寸 焊缝形式：焊缝形式：焊缝按不同分类方法可分为下列几种形式：1、根据、根据GBT 337594的规定，按焊缝结合形式，分为对接焊缝、

15、角的规定，按焊缝结合形式，分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种：焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种：u对接焊缝对接焊缝：在焊件的坡口面间或一零件的坡口面与另一零件表面间焊接的焊缝，u角焊缝：角焊缝：沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝。u端接焊缝：端接焊缝：构成端接接头所形成的焊缝。u塞焊缝：塞焊缝：两零件相叠，其中一块开圆孔，在圆孔中焊接两板所形成的焊缝，只在孔内焊角焊缝者不称塞焊。u槽焊缝：槽焊缝：两板相叠，其中一块开长孔，在长孔中焊接两板的焊缝，只焊角焊缝者不称槽焊。四、焊缝形式及形状尺寸四、焊缝形式及形状尺寸2、按施焊时焊缝在空间所处位、按施焊时焊缝在空间所处位置分为平

16、焊缝、立焊缝、横焊置分为平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。缝及仰焊缝四种形式。3、按焊缝断续情况分为连续焊、按焊缝断续情况分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。缝和断续焊缝两种形式。断续焊缝又分为交错式和并列式两种，焊缝尺寸除注明焊脚K外，还注明断续焊缝中每一段焊缝的长度l和间距e，并以符号“Z”表示交错式焊断续角焊缝：断续角焊缝：(a)交错式 (b)并列式 四、焊缝形式及形状尺寸四、焊缝形式及形状尺寸焊缝的形状尺寸焊缝的形状尺寸焊缝的形状用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝，其形状参数也不一样。1焊缝宽度焊缝宽度焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度2余高余高超出

17、母材表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的最大高度叫余高，在静载下它有一定的加强作用，所以它又叫加强高。但在动载或交变载荷下，它非但不起加强作用，反而因焊趾处应力集中易于促使脆断。所以余高不能低于母材但也不能过高。手弧焊时的余高值为03mm。 焊缝宽度焊缝宽度 余高余高 四、焊缝形式及形状尺寸四、焊缝形式及形状尺寸3熔深熔深在焊接接头横载面上，母材或前道焊缝熔化的深度叫熔深。 4焊缝厚度焊缝厚度在焊缝横截面中，从焊缝正面到焊缝背面的距离，叫焊缝厚度 5焊脚焊脚角焊缝的横截面中，从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离，叫做焊脚。在角焊缝的横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度叫焊脚

18、尺寸 练习题练习题l1.焊缝按结合形式的不同分为对接焊缝、（B角焊缝）端接焊缝、塞焊缝、槽焊缝5种l2.对接焊缝开坡口的目的是为了保障焊透，保证良好的焊缝成形和内在（B质量）l3.坡口形式的选择主要取决于板材（A厚度）、焊接方法和工艺过程及经济合理性l4坡口的加工（B质量），如平整度、直线度、尺寸精度等都影响焊缝的质量 l5大型板件的U形、双面U形、带钝边的U形坡口，可用（B电弧切割）加工l6表示焊缝焊脚尺寸的符号是（C K）l7.表示焊缝坡口深度的坡口尺寸符号是（A H）l8.不同厚度钢板对接焊时，对厚板削薄处理的目的，主要是避免接头处（C造成较大应力集中）l9.在面心立方晶格中，最密排的晶向是（c111）l10.硫易引起（B热脆）现象l11、强化金属材料有不同的手段，其考虑的出发点都是在于（c是位错是当的减少）l12.固溶体的晶格结构（D是