国际焊接工程师(高校中期辅导)

高校中期辅导电工学基础、弧焊电源电流种类弧焊电源直流电交流电三相交流电电流种类1)

正常运行情况下指的是手工焊和半自动焊2)

W-交流含量或谐波现象3)

存在较高触电危险的环境：由导电墙组成的狭窄空间，例如锅炉，在导电部件之间或附近的狭窄的范围里，在导电部件上活动受限制的情况下，以及在潮湿和炎热的空间里。

弧焊电源的安全

功率及功率因数视在功率S电路中总电压和电流有效值之间的乘积定义为电路的视在功率。有功功率P是S的一部分，它被转换成“非电”功率，被转换成热量（电弧）或者机械功（马达）的功率，从电网中取出的有功功率是不可逆转的。无功功率Q理想电感元件虽然不消耗电能，但它与电源之间不断进行能量互换;无功功率Q是建立电场或磁场用的电功率，当电场或磁场的能量衰减时，又把它提供回网路。功率因数cosφ：有功功率与视在功率的比值。电离与热解离：电弧是由两电极和其间的气体空间组成，电弧中的带电粒子主要依靠气体空间中气体的电离和电极的电子发射产生。电弧不同保护气体下电弧的性能氩气与二氧化碳气体的工艺性能存在差异，如密度、热传导性和电弧特性。接线位置、焊接位置及铁磁体对电弧的影响接线位置焊接位置铁磁体对电弧影响

火焰技术

氧-乙炔火焰氧-乙炔火焰大多用作气焊热源。焊接部位所需要的热量与工件厚度和材料种类有关。所需各种不同的热量与焊炬种类和焊炬尺寸有关焊接火焰的作用:具有熔化连接面和焊接填充材料;能够保护焊接熔池。气焊（G；311）应用范围：所能焊接的材料为:非合金钢、低合金钢、有色金属，铸铁工件厚度一般为6mm以下。各种位置的连接焊，特别是管道安装、车体结构、安装和维修、堆焊等。常用于焊接和切割的燃气主要有：

乙炔（C2H2）、丙烷（C3H8即液化石油气）、甲烷（CH4即天然气）、氢气（H2）、煤气（CO+H2）和汽油（CnH2n即烯烃+芳香烃）等。焊接各种材料用的氧—乙炔焰材料乙炔过剩焰中性焰氧气过剩焰铸铁+0-铜-+-黄铜--+铝+0-钢-+-铜与铜焊接时，可选用气焊、钨极氩弧焊、熔化极惰性气体保护焊氧乙炔火焰应用火焰校正利用局部加热后再冷却的收缩变形校正原来变形的工艺方法；要求材料有较高的塑性；校正效果取决于火焰加热位置和火焰能率。氧乙炔火焰切割属于火焰切割，切割过程中，金属材料处于燃烧状态，火焰切割的材料其燃点都应低于熔点。钢材表面预处理氧化皮、铁锈等。预热火焰喷涂热切割方法分类按物理物理过程分类:火焰燃烧切割、熔化切割和升华切割。按机械化程度分类:手工、半机械化、全机械化和自动化切割。按能源的分类:焊条电弧焊（E；111）工艺特点1）设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好；2)可焊金属广泛；3)待焊接头装配要求较低；4)劳动条件差，熔敷速度慢，生产率低。焊条电弧焊应用范围焊条电弧焊时，电弧温度约在6000℃左右，（熔化极气体保护焊接时，电弧温度约10000℃左右）焊条药皮受热作用产生气体与熔渣，保护焊条末端、过渡的熔滴；母材上的液态金属，凝固的熔渣覆盖着焊缝金属，同样起保护作用。应用范围：适于全位置焊接，工件厚度大于3mm能焊的金属有：碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、耐热钢的连接焊接及堆焊;可能须预热、后热或两者兼用的金属有：铸铁、高强度钢、淬火钢等常用焊条电弧焊电源：按输出电流种类不同分

弧焊变流器弧焊整流器——直流弧焊逆变器弧焊变压器——交流负极性交流正极性电流大小相同而极性不同时获得的焊缝熔深

酸性药皮和金红石型药皮——负极性（国内直流正接）碱性和所有高合金钢焊条——正极性（国内直流反接）焊条药皮的作用①提高电弧的导电性a）电弧引弧变易。b）提高焊接性能。②造渣a）影响熔滴的大小b）可阻止有害气体的侵入（N2和O2）c）决定焊缝的成型d）防止焊缝快速冷却③造气a）通过有机物b）通过碳酸盐（比如：CaCO3）④脱氧及合金化按药皮类型分为：酸性药皮（A）、碱性药皮（B）、金红石药皮（R）、纤维素药皮（C）再烘干温度由药皮类型确定

1）酸性焊条取70～150℃范围，最高250℃，烘焙l～l.5h；2）碱性焊条取300～400℃范围，保温l～2h。电弧长度的正确选择金红石药皮焊条（R、RR）的弧长为焊条直径。酸性药皮焊条（A）的弧长为焊条直径。纤维素药皮焊条（C）的弧长为焊条直径。碱性药皮焊条（B）的弧长为焊条直径的一半钨极惰性气体保护焊保护气体及钨极氩弧焊的应用惰性气体为：氩气（Ar），氦气（He），氩气和氦气以及氢气（H2）的混合气体可焊接钢和有色金属，在0.5～5mm厚度适合全位置焊空间技术、精密机械、化工设备及压力容器对于奥氏体不锈钢的焊接方法

背面加氩气保护以利于焊缝成型及抗氧化保护气体对熔深的影响不同保护气体其热传导性能亦不同

保护气体使用He时比使用Ar时熔深大用氢氩混合气体保护时，随氢气量的加大熔深加大TIG焊的设备：焊枪、钨极、气瓶等脉冲TIG焊与直流TIG焊相比较：优点：较低的能量输入具有良好的深/宽比稳定的电弧 均匀的打底成形良好定位性 工件变形小熔池容易控制 良好的弥隙性能缺点：焊接设备昂贵参数调整较复杂铝的TIG焊工艺铝的交流TIG焊TIG焊交流焊接过程，正半波时对熔化表面进行清理，负半波时钨极得到冷却

铝的直流TIG焊采用直流负极性接法,氧化膜得不到破坏。工作原理：电弧在一个熔化的电极和工件之间燃烧，这个熔化的电极同时又作为填充金属，保护气体是惰性的或活性的。电弧温度约高达10000℃；焊丝具有较高的电流承载能力（直径1mm的焊丝；可承载40～200安培的焊接电流）。熔化极气体保护焊应用范围适于工件厚度0.6～100mm范围内的全位置连接焊接，以及堆焊。MIG焊使用惰性气体，既可以焊接黑色金属又可以焊接有色金属，主要用于铝、铜、钛及其合金，以及不锈钢、耐热钢的焊接。MAG焊主要用于焊接碳钢、低合金高强度钢。电弧种类和熔滴过渡形式名称熔滴过渡形式以及它的瞬时效果标记短路过渡电弧（-焊接）熔滴只在短路时过渡，熔滴均匀细小k过渡电弧（-焊接）部份短路过渡，部份非短路过渡，熔滴细至粗大u喷射过渡电弧（-焊接）非短路过渡，均匀细熔滴s长弧（-焊接）不规则短路过渡，大熔滴l脉冲过渡电弧（-焊接）非短路过渡，熔滴均匀且大小可调P—短路过渡电弧（kLb）适用于薄板焊接对接坡口封底焊空间位置—过渡电弧（üLb）由于它的不规则的电弧过渡形式，在实际应用中与所采用的保护气体形式有关，一般用于PA和PB焊接位置的中厚度板的焊接。—喷射过渡电弧（sLb）或长电弧（lLb）用中厚板多层焊和PA及PB角焊缝焊接。—脉冲过渡电弧（p-Lb）在熔化极气体保护焊中，电磁作用力（收缩力）对熔滴的过渡影响最大，收缩力使焊丝液态端部收缩，提高了收缩位置的电流密度，这也增强了收缩力，最终迫使熔滴过渡，收缩效应是以电流强度的平方增大。三种过渡方式的应用范围焊接参数对焊接质量的影响主要焊接参数有：电弧电压送丝速度焊丝干伸长焊接速度埋弧焊埋弧焊过程连续送进的焊丝在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧，电弧热使焊丝、焊剂、母材熔化以致部分蒸发，在电弧区形成蒸气空腔，电弧在空腔内稳定燃烧，底部是金属熔池，顶部是熔渣，随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。应用范围：

主要用于焊接工件厚度8mm～50mm以上的碳钢、低合金钢和高合金钢长焊缝的水平位置（包括船形位置）连接；用于带极堆焊高合金钢的堆焊层。在容器制造、钢结构、造船工业和车辆制造中。制造大批量长焊缝的工件,如工字梁最合适的焊接方法如埋弧焊或MAG焊埋弧焊焊剂类型的特点及应用MS锰硅型：适合与低锰低硅的焊丝配合（较多的锰过渡），电流承载能力强，适合高速焊接，可使用交流电，一般不用于双丝、多丝焊，脱渣性不太好，不适于厚板的多层焊，焊缝成型不错，韧性较差。适于薄板、角焊缝的快速焊。AB氧化铝碱性（铝酸盐—碱型）：主要由Al2O3、MgO、CaO组成，中锰过渡，较好的焊缝性能，工艺性较好。应用于非合金或低合金的结构钢，可交直流两用，适于多层焊及双面焊。AR铝钛型（铝酸盐—金红石型）焊剂粘度高，在工艺性能上有很多优点，如焊缝成型好、高速焊接性、好的脱渣性。焊剂适于交直流两用，因此适于单丝或双丝焊。因其焊缝中的较高含氢量，其机械性能一般。主要应用于薄壁容器和管子、鳍片管，钢结构和造船中的角焊缝FB氟化物碱性：高碱性，低的二氧化硅含量。合金的烧损和渗入中和，有锰的烧损，需配高锰的焊丝。可用于低温条件下，高韧性。电流承载能力和焊速受限制。推荐用于多层焊（注意清渣）。当要求高韧性时，用于高抗拉强度的细晶粒钢，如压力容器、核设施、海洋结构，也用于不锈钢和镍钢。RS钛硅型：锰烧损高，较高的硅渗入，应用于中、高锰焊丝，韧性受到限制。电流承载能力强，用于单、多丝的高速焊。用于双面焊；大管径的管材。

CS硅钙型：电流承载能力最强，韧性一般，成型好。（偏酸性）电流承载能力较强，能得到不错的焊缝和机械性能。（偏碱性）埋弧焊种类和应用1)单丝埋弧焊特征：单丝，一个电源，一套控制系统优点：熔化效率高2）并列双丝埋弧焊特点：双丝，一个电源，一套控制系统优点：高的熔化效率，好的间隙搭接性，高的焊接速度3)纵列双丝埋弧焊特点：二个焊丝，二个电源，两套控制系统优点：熔化效率高，焊接速度快，焊缝成形好，机械性能好典型的焊接参数：焊接速度95㎝/min第一个机头：Φ=4mm，I=650A，U=30V，DC第二个机头：Φ=4mm，I=550A，U=32V，AC注：如在管道中焊接，两电源都为交流。4)带极埋弧焊特征：带状电极，一个电源，一个控制系统优点：熔深小，稀释率低，堆焊效率较高，表面光滑5)窄间隙埋弧焊特征：单焊丝、单电源、一个控制系统优点：减少相同材料厚度、改善应力状态缺点：对设备可靠性要求高、返修性差6)埋弧焊横焊、平角焊电阻点焊（RP；21）应用范围:适用于工件厚度0.5至3.0mm；可焊碳钢、铝及黄铜焊接；适用于成批生产电阻焊的分类点焊（按对焊件供电的方式可分为单面点焊、双面点焊、间接点焊）缝焊（按滚盘滚动与馈电方式分为连续缝焊、断续缝焊和步进缝焊）凸焊对焊闪光对焊电阻压力焊具有那些物理/工艺性能？工件加热取决于其尺寸大小加热状态取决于焊接电流，焊接时间和电阻电阻焊的检验：电阻点焊、缝焊、凸焊只通过破坏性试验进行检验，对焊可以采用无损检验方式。钎焊钎焊属于热加工连接钎料与母材相关的两个特性：1）钎料的熔点应低于母材的熔点；2）钎料在母材上必须浸润（钎料和母材之间的分界面间隙通过扩散实现合金化）。

对钎焊材料的基本要求合适的熔化温度范围，一般比母材的熔化温度低在钎焊温度下具有良好的润湿作用，能充填充接头间隙与母材的物理、化学作用应保证它们之间形成牢固的结合成份稳定尽可能减少钎焊温度下元素的损耗；少含或不含稀有金属和贵重金属能满足钎焊接头物理、化学及力学性能等要求钎料的分类软钎料（易熔钎料，熔点低于450℃）铋基、铟基、锡基、镉基、锌基和铅基等。硬钎料（难熔钎料，熔点高于450℃）铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、钯基、镁基、钼基和钛基等材料基础知识金属结构、铁碳合金、铁碳相图金属材料中常见的晶格形式纯铁的结晶过程置换固溶体、间隙固溶体、金属化合物共晶相图、包晶相图铁碳合金相图中各特征点的意义铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、莱氏体、渗碳体，魏氏组织共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁钢的冷却转变，TTT曲线，CCT曲线焊接冶金焊接接头构成和各区的特点焊接裂纹的种类和形成机理焊接接头断裂形式和裂纹试验热处理热处理种类、作用正火、淬火、回火、调质、消除应力退火、时效强化、固溶处理金属材料性能，试验方法，材料特征值强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、耐腐蚀性裂纹形成机理肉眼或≤6:1的放大镜能够识别借助V＞6:1的显微镜的识别焊接接头中的缺陷裂纹裂纹尺寸宏观裂纹微观裂纹冷裂纹裂纹形成晶间裂纹穿晶裂纹裂纹形成的原因/条件热裂纹凝固裂纹液化裂纹层状撕裂淬硬裂纹氢致裂纹时效裂纹析出裂纹脆化裂纹收缩裂纹缺口裂纹再热裂纹（两种形成均可能）裂纹分类凝固裂纹（结晶裂纹）液化裂纹——热裂纹再热裂纹延迟裂纹——冷裂纹钢的工业生产

高炉炼铁过程炼钢过程钢的浇注

浇注的钢水中仍含有大量氧的成份。应进行脱氧，这一过程为还原。沸腾钢镇静钢（在钢水中添加约0.15%的硅和少量的锰和铝）特别镇静钢（在钢水中添加约0.2%的硅，约0.02%的铝和少量的锰）合金元素对钢性能的影响硫硫在铁中几乎不溶解，它与铁形成化合物硫化铁。由于硫化铁的熔点较低（1200℃），它一般沉淀在晶界上，硫化铁在800～900℃时变脆。此时，钢很容易在晶界处破坏（红脆性）。当温度超过1200℃时，晶界上的硫化铁熔化，钢以热脆形式发生破坏。在偏析区特别容易出现热裂倾向。磷磷使钢变脆。由于磷—铁化合物的熔点较低，因此易产生热裂纹。锰锰的作用是脱氧剂。它与硫结合成为硫化锰。锰提高钢材的抗拉强度和韧性，锰引起钢的冷作硬化性，当它在钢中的含量超过12％时成为奥氏体钢。氮温度大约超过600℃时，氮可溶解在铁素体中，但在室温时，氮就会析出，它阻碍钢的可变形性（时效）。在特殊镇静钢中，至少0.02%的铝含量与氮相结合，因此在特殊镇静钢中避免了时效现象。硅硅在钢中的作用是作为脱氧剂。它提高钢材的抗拉性能和屈服极限；降低延伸率和冷成型性。硅与其它元素（Cr、Mo、V）相化合可提高钢的淬硬性。当硅含量不超过0.5％时钢具有良好的焊接性。脆断：通常，将近行断裂前，材料没有明显的形状改变的断裂称为脆断。时效：人们把随着时间的流逝，材料的某种性能如缺口冲击功出现改变的现象称为材料的时效。蠕变：钢在长时间的恒温、恒载作用下，发生缓慢的塑性变形现象称为蠕变。——提高金属材料强度的机理1）析出强化2）固溶强化3）晶界强化4）热处理强化5）冷作硬化

1）析出强化随着温度的降低，固溶体中第二相的溶解能力下降而析出细小物（质点或粒子），可使材料的强度明显提高，通过析出物阻碍位错在基体晶格中的移动来实现，这取决于析出物的大小、尺寸和数量。若单独使用这种强化方式，会降低材料的塑性和韧性。2）固溶强化通过在基体晶体晶格中嵌入或替代其它外来原子而获得的强化效果，置换固溶体中不同体积的原子间会产生一个恒定的弹性应力场，大大地影响了位错的移动，间隙固溶体具有同样的效果。按嵌入原子的数量和大小在材料强度和韧性增加的同时会减小冲击功。3）晶界强化在单晶体向多晶体转变时，晶界的出现或产生对材料性能的影响是很大的，多晶体的状态是稳定的单个晶粒的不规则分布，从结晶学的晶向来看，宏观上表现出了各向同性，更多的细晶粒结构就是这样。晶界可以有效地阻碍位错移动，在剪应力的作用下，晶粒内部应变增加，但在晶界处会降低变形速度或停止，只有当剪应力逐渐增加到滑过晶界时，位错才会形成，因为晶界是一个需要首先克服的高能量区。通常，相邻晶粒之间不会有滑移的可能，这意味着在细晶粒中，屈服强度和抗拉强度是成比例增加的。4）热处理强化钢的正火工艺可以提高钢的强度，由于快速冷却时碳的扩散受阻，通过一种必要的测量可以发现碳的微观和宏观应力产生将导致屈服强度的提高，碳含量和冷却速度的不同，材料的冲击功可能减小或保持不变。5）冷作硬化是对材料在再结晶温度以下通过塑性变形来提高强度，在塑性变形时形成位错，如增加晶界，从而增加了进一步变形所需的能力，这样就强化了材料。这种强化方式应限制使用，因为要考虑到这种强化效果不仅减少了韧性，而且在低拉力下会产生塑性变形。钢的分类按合金元素的含量分类按使用要求分类按合金元素的含量分类

碳钢（非合金钢）低合金钢高合金钢合金元素铝铂铅铬1)钴铜1)镧锰钼1)镍1)铌锗极限含量（重量百分比）0.100.00080.400.300.100.400.051.653)0.080.300.060.10合金元素硅碲钛2)铋钒2)锆2)钨其它(不包括碳,磷,硫氮和氧)每种极限含量(重量百分比)0.500.100.050.100.100.050.05

0.05

碳钢（非合金钢）当以2种、3种或4种元素之和作为规定值，并合金元素含量不超过此表中值时，将以这2种、3种或4种元素的单个值之和的70%作为极限值。这几种元素作为一组时上述规定则适用。Mn单独最大可达1.8%，但不适用于70%这一规定。低合金钢∑合金元素含量<5%例如：13CrMo4-5钢的合金系数元素4Co,Cr,Mn,Ni,Si,W10Al,B,Be,Cu,Mo,No,Pb,Ta,Ti,V,Zr100C,Ce,N,P,S高合金钢∑合金元素含量>5%

例如：X6CrNi16-13

按使用要求分类普通钢优质钢特殊优质钢简支梁的结构构成由杆件（承受弯矩）、和支座（将载荷传递到地基）组成。支座包括：固定支座（能对垂直方向上的力V和水平方向上的力H产生反作用力，对力矩不起作用，有一个运动自由度，二个未知的支座反作用力

）——应用在此结构活动支座（只能对垂直方向上的力V产生反作用力，对水平方向上的力和力矩不起作用，有二个运动自由度，一个未知的支座反力

）——应用在此结构紧固支座（能对垂直方向上的力V，水平方向上的力H和力矩M产生反作用力或力矩，无运动自由度，有三个未知的支座反作用力

）——未应用静定系统判断n=a+z-3·s＝3+0-3·1＝0 静定系统a----支座反作用力的数量

z----构件之间反作用力的数量

s----杆件的数量

n>0n倍静不定系统n=0静定系统n<0可移动系统静不定系统的特点：1.增加附加约束具有较高的安全性；2.能够充分利用其截面，减轻重量，经济性好；3.具有比较好的应力分布S235内力包括：水平方向力N（物体水平方向所受内力）—构件不承受垂直方向力V（物体垂直方向所受