金属焊接与切割作业培训一

骆伟金属焊接与切割作业2金属焊接与切割作业特种作业人员安全技术培训34金属焊接切割、电工等一些作业容易发生伤亡事故，对操作者本人、他人及周围设施、设备的安全造成重大危害（特种作业）。统计资料显示大量的事故都发生在这些作业中，而且多数都是由于从事这些作业的操作人员缺乏安全知识，安全操作技能差或违章作业造成的。为了保障人民生命财产的安全，保护工人的安全与健康，促进安全生产，依法加强直接从事这些作业的操作人员，即特种作业人员的安全技术培训、考核非常必要。前言5学习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》GB9448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作出适当的处理，从而保护操作者自己和周围人员及厂房设备不遭到损坏。

前言6焊接安全技术研究的主要内容是防火、防爆、防触电，防尘、防毒、防辐射。只有详细地了解焊接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，严格执行安全操作规程和实施防护措施，保证安全生产，避免发生事故。前言7金属焊接与切割作业

第一章金属焊接与切割安全生产常识8金属焊接与切割安全生产常识本章学习目的

1、熟悉安全生产方针2、掌握安全生产法律法规3、理解特种作业人员安全生产职业规范与岗位职责重点、难点

重点：《安全生产法》思考

1、探讨安全案例，通过互动，突显安全警示的作用2、探讨《劳动法》等法律法规，提升维护自身合法权益的认识9安全生产方针安全生产方针：

安全第一预防为主综合治理安全第一的要求：我们在工作中要始终把安全放在第一位。当安全与生产、安全与效益、安全与进度相冲突时，必须首先保证安全，即生产必须安全，不安全不能生产。案例原因警示一施工作业现场管理混乱，安全措施不落实，存在明显的抢工期、抢进度、突击施工的行为。预防为主的要求：我们在工作中要时刻注意预防安全事故的发生。在生产各环节，严格遵守安全生产管理制度和安全技术操作规程，认真履行岗位安全职责，防微杜渐，防患于未然，发现事故隐患要立即处理，自己不能处理的要及时上报，要积极主动地预防事故的发生。案例原因警示二事故现场违规使用大量尼龙网、聚氨酯泡沫等易燃材料，导致大火迅速蔓延。综合治理的要求：综合运用经济、法律、行政等手段，人管、法治、技防多管齐下，并充分发挥社会、职工、舆论的监督作用，实现安全生产的齐抓共管。10安全生产方针案例原因警示三装修工程违法违规，层层多次分包，导致安全责任不落实。案例原因警示四电焊工无特种作业操作资格证书，严重违反操作规程，引发大火后逃离现场。案例原因警示五有关部门安全监管不力，致使多次分包、多家作业和无证电焊工上岗，对停产后复工的项目安全管理不到位。三者是目标、原则、手段、措施的有机统一坚持“安全第一”，才能自觉或科学地预防事故发生，达到安全生产的预期目的；只有坚持“预防为主”，才能减少事故、消灭隐患，才能做到安全生产。正确理解、贯彻安全生产方针（1）突出强调“以人为本”的思想。(安全生产方针的思想核心)（2）必须先解决安全问题，再行生产。（3）辨证统一，处理好安全与生产的关系。（4）强调“预防为主”。（5）依法追究事故责任。11安全生产法律法规安全生产法律法规（1）《安全生产法》（2）《劳动法》（3）《职业病防治法》（4）《工伤保险条例》（5）《生产安全事故报告和调查处理条例》（6）《生产安全事故隐患排查治理暂行规定》（7）《作业场所职业健康监督管理暂行规定》《安全生产法》

根本宗旨：保护从业人员在生产经营活动中应享有的保证生命安全和身心健康的权利。

立法目的：加强安全生产监督管理，防止和减少生产安全事故，保障人民群众生命和财产的安全，促进经济发展。特种作业人员应掌握以下内容生产经营单位：1、应具备法律、法规所规定的安全生产条件。2、应当对从业人员进行安全生产教育和培训。3、应当教育和督促从业人员严格执行安全生产规章制度和安全操作规程。任何单位或者个人：对事故隐患或安全生产违法行为，均有权向安全生产监督管理部门举报。12安全生产法律法规作业人员安全生产的权利（1）知情、建议权：从业人员有权了解其作业场所和工作岗位存在的危险因素、防范措施及事故应急措施，有权对本单位的安全生产工作提出意见。责任方有完整、如实告知的义务，不得隐瞒和欺骗，同时对安全生产方面的合理建议有接受和改进的义务。（2）批评、检举、控告权：

从业人员有权对本单位安全工作中存在的问题提出批评、检举、控告；生产经营单位不得因从业人员对本单位安全生产工作提出批评、检举、控告而降低其工资、福利等待遇或者解除与其订立的劳动合同。（3）合法拒绝权：

从业人员有权拒绝违章指挥和强令冒险作业；生产经营单位不得因从业人员既违章指挥、强令冒验作业而降低其工资、福利制等待遇或者解除与其订立的劳动合同。13安全生产法律法规从业人员有权对本单位安全生产工作中存在的问题提出批评、检举、控告；有权拒绝违章指挥和强令冒险作业。（4）遇险停、撤权：从业人员发现直接危及人身安全的紧急情况时，有权停止作业或者在采取可能的应急措施后撤离作业场所。生产经营单位不得因从业人员在前款紧急情况下停止作业或者采取紧急撤离措施而降低其工资、福利等待遇或者解除与其订立的劳动合同。

（5）保（险）外索赔权：因生产安全事故受到损害的从业人员，除依法享有工伤社会保险外，依照有关民事法律尚有获得赔偿权利的，有权向本单位提出赔偿要求。作业人员安全生产需履行的义务（1）遵章作业的义务。（2）佩戴和使用劳动保护用品的义务

从业人员在生产过程中，应当正确佩戴和使用劳动防护用品。劳动防护用品是保护操作者免受伤害的直接屏障。

14安全生产法律法规（3）接受安全生产教育培训的义务（4）安全隐患报告的义务从业人员发现事故隐患或者其他不安全因素，应当立即向现场安全生产管理人员或者本单位负责人报告，接到报告的人员应当及时予以处理。

（5）服从管理的义务对于违章指挥、强令冒险作业行为，有权拒绝。特种作业人员必须按照国家有关规定经专门的安全作业培训，取得特种作业操作资格证书，方可上岗作业。持证上岗：生产经营单位的特种作业人员必须按照国家有关规定经专门的安全作业培训，取得特种作业操作资格证书，方可上岗作业。15安全生产法律法规《劳动法》立法目的：为了保护劳动者的合法权益，调整劳动关系，建立和维护适应社会主义市场经济的劳动制度，促进经济发展和社会进步。特种作业人员应掌握的内容：（1）用人单位必须为劳动者提供符合国家规定的劳动安全卫生条件和必要的劳动防护用品，对从事有职业危害作业的劳动者应当定期进行健康检查。（2）从事特种作业的劳动者必须经过专门培训并取得特种作业资格。（3）劳动者在劳动过程中必须严格遵守安全操作规程。劳动者对用人单位管理人员违章指挥，强令冒险作业，有权拒绝执行，对危害生命安全和身体健康的行为，有权提出批评、检举和控告。《职业病防治法》立法目的：为了预防、控制和消除职业病危害，防治职业病，保护劳动者健康及其相关权益，促进经济发展。

（1）用人单位必须依法参加工伤社会保险（2）用人单位与劳动者订立合同时，应当将工作过程中可能产生的职业病危害及其后果、职业病防护措施和待遇如实告知劳动者，并在劳动合同中写明，不得隐瞒或欺骗。（3）对从事接触职业病危害的劳动者，用人单位应当按规定组织上岗前、在岗期间和离岗时的职业健康检查，并将检查结果如实告知劳动者。职业健康检查费用由用人单位承担。

16安全生产法律法规《工伤保险条例》（1）中华人民共和国境内的各类企业、有雇工的个体工商户，应当依照本条例规定参加工伤保险，为本单位全部职工或者雇工缴纳工伤保险费。（2）用人单位应当将参加工伤保险的有关情况在本单位内公示，职工发生工伤时，用人单位应当采取措施使工伤职工得到及时救治。

因职工有下列行为不得认定为工伤或者视同工伤：⑴因犯罪或者违反治安管理伤亡的；⑵酗酒导致伤亡的；⑶自残或者自杀的。工伤职工有下列情形之一的，停止享受工伤保险待遇：⑴丧失享受待遇条件的；⑵拒不接受劳动能力鉴定的；⑶拒绝治疗的；⑷被判刑正在收监执行的。17安全生产法律法规《生产安全事故报告和调查处理条例》事故发生后，事故现场有关人员应当立即向本单位负责人报告；单位负责人接到报告后，应当于1小时内向事故发生地县级以上人民政府安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理职责的有关部门报告。情况紧急时，事故现场有关人员可以直接向事故发生地县级以上人民政府安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理职责的有关部门报告。

报告的内容应包括：事故发生单位概况，事故发生的时间、地点及事故现场情况，事故的简要经过，事故已经造成或者可能造成的伤亡人数等。

根据生产安全事故造成的人员伤亡或直接经济损失，事故一般分为特别重大事故、重大事故、较大事故和一般事故4个等级。18特种作业人员安全生产职业规范与岗位职责基本职业道德要求

（1）爱岗、尽责（2）文明、守则特种作业人员安全生产职责(1)认真执行有关安全生产规定,对所有从事工作的安全生产付直接责任;(2)各岗位专业人员,必须熟悉本岗位全部设备和系统,掌握构造原理、运行方式和特征；（3）在值班、作业中严格遵守本岗位安全操作的有关规定，并认真落实安全生产防范措施，不准违章作业，发现违章作业应制止，对违章作业领导要提出意见，并向有关领导和部门反映；（4）严格遵守劳动纪律，不迟到、早退，提前进岗作好班前准备工作，值班中未经批准，不得擅自离开；（5）工作中不做与工作任务无关的事情，不准擅自乱动与自己工作无关的机具和车辆；（6）经常检查作业环境和各种设备，设施的安全状态，保证运行、备用、检修设备的安全，发现问题及各种设备设施技术状况是否符合安全要求，设备发生异常和缺陷时，应立即进行处理并及时联系汇报，不得让事态扩大；（7）定期参加班组或有关部门组织的安全学习，参加安全教育活动，接受安全部门或人员的安全监督检查，积极参与解决不安全问题；19特种作业人员安全生产职业规范与岗位职责

（8）发生因工伤亡及未遂事故要保护好现场，立即上报，主动积极参加抢险救援。焊接与切割作业人员持证上岗制度（1）、基本条件

①年满18周岁②初中以上文化程度

③身体健康，双目裸眼视力在4.8以上，且矫正视力在5.0以上，无高血压、心脏病、癫痫病、眩晕症等妨碍本作业的其他疾病及生理缺陷。（2）从事特种作业的劳动者必须经过专门培训并取得特种作业资格证（3）、技术要求①所有从事焊接与切割的作业人员都应具备实际操作技能②气割与切割作业人员还应具备实际操作能力③焊条电弧焊与碳弧气刨作业人员还应做到技术要求④埋弧焊作业人员技术要求⑤气体保护电弧焊作业人员实际操作技能⑥电阻焊作业操作人员技术要求⑦钎焊作业操作人员实际操作技能20金属焊接与切割作业

第二章金属焊接与切割基础知识5000-12000个焊点30万吨油轮焊缝长1000km焊点多达20~30万个21焊接与切割的基本原理及分类（一）基本原理可拆卸的联接（如螺纹、铆接）联接永久性联接（焊接）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，使工件达到结合的方法。焊接与切割概述22焊接与切割概述（二）焊接方法的分类记住：电阻焊属于压力焊。23焊接与切割概述

按焊接过程中金属所属的状态不同，可分为以下三种：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、气电焊（CO2气体保护焊、钨极氩弧焊）、埋弧焊等。2.压力焊：是焊接时向金属施加一定压力而完成焊接的方法。它分两种，一种是将被焊金属的焊接部分加热至塑性状态。如：锻焊、接触焊、摩擦焊、气压焊等。一种是不进行加热仅在被焊金属的接触面上施加足够大的压力，如，冷压焊、爆炸焊等。3.钎焊（最古老的焊接工艺）：是将熔点低的钎料加热至融化状态，将液体注入被焊金属的焊缝中。按钎料熔点分：软钎焊、硬钎焊。按钎料工艺分：烙铁钎焊、火焰钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊等。

（三）切割方法的分类1.火焰切割按加热源不同分气割（氧—乙炔切割）、液化石油气切割、氢氧源切割、氧溶剂切割。2.电弧切割按产生电弧的不同分等离子弧切割和碳弧气割。3.冷切割激光切割和水射流气割24焊接与切割概述学习焊接与切割安全技术的必要性1、安全生产法律法规的要求，体现国家对劳动者生命安全的关心。2、安全生产的需要。3、特种作业人员安全与身心健康的需要。“十不焊割”规定1、焊工未经安全技术培训考试合格，领取操作证者，不能焊割。2、在重点要害部门和重要场所，未采取措施，未经单位有关领导、车间、安全、保卫部门批准和办理动火证手续者，不能焊割。3、在容器内工作没有12v低压照明和通风不良及无人在外监护不能焊割。4、未经领导同意，车间、部门擅自拿来的物件，在不了解其使用情况和构造情况下，不能焊割。5、盛装过易燃、易爆气体（固体）的容器管道，未经用碱水等彻底清洗和处理消除火灾爆炸危险的不能焊割。6、用可燃材料充作保温层、隔热、隔音设备的部位，未采取切实可靠的安全措施，不能焊割。7、有压力的管道或密闭容器，如空气压缩机、高压气瓶、高压管道、带气锅炉等，不能焊割。8、焊接场所附近有易燃物品，未作清除或未采取安全措施，不能焊接。9、在禁火区内（防爆车间、危险品仓库附近）未采取严格隔离等安全措施，不能焊接。10、在一定距离内，有与焊割明火操作相抵触的工种（如汽油擦洗、喷漆、灌装汽油等能排出大量气体），不能焊割。25金属学及热处理基本知识金属学的基本知识物质都是由化学元素组成的,这些化学元素按性质可分成两大类：第一类是金属，化学元素中有83种金属元素。固态金属具有不透明、有光泽、有延展性、有良好的导电性和导热性等特性，并且随着温度的升高，金属的导电性降低，电阻率增大，这是金属独具的一个特点。常见的金属元素的有铁Fe、铝Al、铜Cu、铬Cr、镍Ni、锰Mn、钼Mo、钒V、钨W等。第二类是非金属，化学元素中有22种，非金属元素不具备金属元素的特征。而且与金属相反，随着温度的升高，非金属的电阻率减小，导电性提高。常见的非金属元素有碳C、氧O、氢H、氮N、硅Si、硫S、磷P等。焊接的材料（即金属材料，是由金属元素或以金属元素为主，构成具有一般金属特性的材料）主要是金属，尤其是钢材，钢材的性能不仅取决于钢材的化学成分，而且取决于钢材的组织。金属晶体结构的一般知识1、晶体：原子按一定几何形状作有规律的重复排列的固体物质——称晶体。26金属学及热处理基本知识2、典型金属晶体结构：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。特点：晶体——①有熔点；②具有各向异性。如：食盐，冰，金属非晶体——①无熔点；②各向同性。如：玻璃，松香，沥青27金属学及热处理基本知识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。铁的同素异晶转变铁属于立方晶格，随着温度的变化，铁可以由一种晶体转变为另一种晶格，这种晶格的转变，称为同素异晶转变。体心立方晶格的纯铁称α-Fe，面心立方晶格的铁称为γ-Fe。α-Fe加热可变为γ-Fe，反之高温下γ-Fe冷却可变为α-Fe。铁的同素异晶转变是在910℃恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程，是钢进行热处理的依据。28金属学及热处理基本知识合金的基本知识两种或两种以上的元素（其中至少有一种是金属），组合成的金属，称为合金。合金分为三类：固溶体：一种物质的原子均匀的溶解在另一种物质的晶格内，形成单项晶体结构。金属化合物：合金元素之间发生相互作用而生成的一种具有金属特性的新相。机械混合物：固溶体和化合物均为单项的合金，若合金是有两种不同的晶体结构彼此机械混合组成。钢的常见显微组织

1、铁素体

碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体,常用符号F表示。铁素体特点：①体心立方晶格②碳在-Fe中的溶解度也较小③塑性、韧性较好，强度、硬度较低29金属学及热处理基本知识2、奥氏体碳溶于γ-Fe中成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。奥氏体特点：①面心立方晶格②溶碳能力较强③硬度和强度较低、塑性和韧性较高，适用于压力加工成型。3、渗碳体铁与碳形成的金属化合物Fe3C称为渗碳体，用Fe3C表示。渗碳体特点：①晶体结构：复杂的间隙化合物。②随着钢中含碳量的增加，钢中渗碳体的量也增多，钢的硬度、强度增加，塑性、韧性则下降。三次渗碳体30金属学及热处理基本知识4、珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体，用符号P表示。珠光体特点：硬度和强度比铁素体高，塑性和韧性比铁素体低。5、马氏体

是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。6、莱氏体

是珠光体和渗碳体的机械混合物。纯莱氏体中含有的渗碳体较多，故性能与渗碳体相近，即极为硬脆。

7、魏氏体

工业上将先共析的片(针)状铁素体或片(针)状碳化物加珠光体组织称魏氏组织，用W表示。前者称α-Fe魏氏组织，后者称碳化物魏氏组织。31金属学及热处理基本知识铁—碳合金平衡状态图①ACD线—液相线②AECF线—固相线③AC线—奥氏体结晶开始线④AE线—奥氏体结晶终了线⑤GS线—铁素体析出开始线⑥GP线—铁素体析出终了线⑦PQ线—Fe3CⅢ析出线⑧ES线—Fe3CⅡ析出线⑨PSK线—共析线⑩CD线—一次渗碳体结晶开始线⑾ECF线—共晶线32金属学及热处理基本知识

它以温度为纵坐标·碳含量为横坐标·表示在接近平衡条件下（铁-石墨）和亚稳条件下（铁－碳化铁）（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。铁碳平衡图是研究铁碳合金在加热和冷却时的结晶过程和组织转变的图解。熟悉和掌握铁碳平衡图是研究钢铁的铸造、锻造和热处理（包括焊后热处理）的重要依据之一。

铁碳合金相图中主要点的温度、含碳量及含义特性点温度（℃）含碳量（％）特性点含义A15380纯铁的熔点C1147（1148）4.3共晶点D1600（1227）6.69渗碳体的熔点B11482.11碳在奥氏体中的最大溶解度S7270.77共析点33金属学及热处理基本知识钢的热处理将金属加热到一定温度，并保持一定的时间，然后以一定的冷却速度冷却到室温，这个过程成为热处理。（牢记钢的热处理的四种方法）34金属学及热处理基本知识1、淬火：将钢加热到某一温度范围并保持，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却，使奥氏体来不及分解和合金元素的扩散而成马氏体组织。加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)，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。2、回火：淬火后进行回火，可以在保持一定强度的基础上恢复钢的韧性。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。回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。在150℃～250℃范围内的回火称“低温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。中温回火温度是300℃～450℃。回火屈氏体有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火温度为500℃～680℃。回火索氏体消除内应力，降低钢的强度、硬度，提高钢的韧性、塑性。35金属学及热处理基本知识淬火加高温回火习惯上称为“调质处理”。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。

3、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。

消除部分内应力，防止工件变形。焊接结构焊接以后会产生焊接残余应力，容易导致产生延迟裂纹，因此重要的焊接结构焊后应该进行消除应力退火。

4、正火：是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。

细化晶粒对于焊接结构，经正火后，能改善焊接接头性能，可消除晶粒组织及组织不均匀。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。36常用金属材料的一般知识金属材料的性能

包括物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能等。1、物理性能：金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。密度：物质单位体积金属所具有的质量。利用密度可以计算毛坯的重量、鉴别金属材料。导电性：金属材料传导电流的能力。（指标是电阻率）银的导电性最好，其次同、铝。

导热性：金属材料传导热量的性能。

热膨胀性：金属材料受热时体积发生胀大，冷却时收缩的现象。例如，被焊的工件由于受热不均匀而产生不均匀的热膨胀，就会导致焊件的变形和焊接应力。衡量热膨胀性的指标为热膨胀系数。熔点：金属由固态转变为液态的温度。导磁性：能传导磁的性质。2、化学性能：金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵抗各种介质侵蚀的能力，如耐酸性、碱性、抗氧化性等。主要有热稳定性、耐腐蚀性、化学稳定性。37常用金属材料的一般知识

3、力学性能：金属材料受外部负荷时，从开始受力至材料破坏的全过程所呈现的力学特征。主要包括强度（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、蠕变等。①强度：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。根据加载方式不同，强度指标有许多种，如屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。其中以拉伸试验测得的屈服强度和抗拉强度两个指标应用最多。屈服强度：金属材料在拉伸过程中达到塑性变形发生而力不增加的应力点。屈服点：在S点附近，曲线较为平坦，不需要进一步的增大外力，便可以产生明显的塑性变形，该现象称为材料的屈服现象；σS称为屈服强度。σs=Fs/S0*屈服点一般作为低碳钢、中碳钢、退火钢等较软的材料的强度指标，用以表明这类材料抗永久变形的能力，它是设计和选材的重要依据之一。

okbFssΔl(ε)F(σ)FbeFe

低碳钢的力-伸长曲线38常用金属材料的一般知识某些较硬的材料，如铸铁、高碳钢以及合金没有明显的屈服现象。通常规定，试棒产生0.2%的塑性变形时的应力值作为这类材料的条件屈服点，记为σ0.2。抗拉强度：指材料在断裂前所能承受的最大拉应力，记为σb。σb=Fb/S0esb选用原则：若不允许发生过量的塑性变形，以屈服强度σS、σ0.2为依据；若零件在使用时只要求不发生破坏，以抗拉强度σb来设计。39常用金属材料的一般知识②塑性：材料在外力作用下产生不可逆永久变形（塑性变形）而不断裂的能力。伸长率：是指试样拉断后的标距伸长量ΔL

与原始标距L0之比。

δ=(l1

-

l0)/l0×100%断面收缩率：是指试样拉断处横截面积的收缩量ΔS与原始横截面积S0之比。ψ=

(S0-S1)/S0×100%40常用金属材料的一般知识δ与ψ的数值越大，材料在断裂前发生的变形越大，说明材料的塑性越好。由于有些材料在拉伸试验时会出现局部颈缩，而有些材料则不会，因此用ψ表示材料的塑性比用δ表示更接近真实情况。由于不同长度的试样所得伸长率不同，长度越大，伸长率越小。采用长试样进行拉伸试验，所得伸长率用δ10表示，而用短试样所得伸长率用δ5表示，显然有δ5＞δ10材料的塑性指标具有重要的实际意义。塑性良好的材料，冷压成型好。飞机和发动机上的许多薄壁零件，如蒙皮、翼肋、燃烧室零件等都是冷压成型的，使用的材料都应具有良好的塑性。此外，具有一定塑性的零件，在使用过程中万一超载或形成应力集中，它可产生少量塑性变形，由于加工硬化效应而使它的强度提高，不致突然断裂。如果塑性不够而产生脆性的突然断裂，这在工程上是很危险的。41常用金属材料的一般知识③冲击韧性：金属材料抵抗动载荷或冲击力的能力，材料在突加载荷时对缺口的敏感性。冲击值ak越大材料韧性越好。冲击韧性值ak就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。

AKak=Ak/S0(J/cm²)④硬度：是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。常用的硬度有：布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度HV三种。

布氏硬度（HB）测量原理

用载荷P，将直径为D的球体压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，根据压痕面积S确定硬度大小。

42常用金属材料的一般知识压头为淬火钢球时,以HBS表示,可测<450的材料；压头为硬质合金时,以HBW表示,可测<650的材料。压头直径有10、5、2.5、2、1mm五种。洛氏硬度表示方法：符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径mm、载荷Kgf（N）及载荷保持时间S。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。可直接写成120HBS。布氏硬度压痕面积大，测量准确，又因压痕大，不宜测试薄件或成品件，主要测试铸铁、碳钢及退火、正火、和调质处理的钢材的硬度。测量不同材料需更换压头及改变试验力。HB值越大，表示材料硬度越高。43常用金属材料的一般知识洛氏硬度HR分类：根据压头的材料及压头所加的负荷不同又可分为HRA、HRB、HRC三种，HR值越大，材料硬度越高。44常用金属材料的一般知识表示方法：55HRC表示C标度测定的洛氏硬度值为55，无单位。特点：操作简便，可直接读出硬度值，压痕小，可用于成品件的测量，但测值重复性差。HRC测定淬火钢的硬度,应用最广。45常用金属材料的一般知识

维氏硬度HV

用一定载荷P（49-1176N），将顶角为136o的金刚石四棱锥压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，求出平均压痕对角线d的长度，确定硬度大小。表示方法：640HV30/20,表示在30kgf作用下保持20s，维氏硬度值为640。特点：可测较薄的硬化层以及很软、很硬的材料。46常用金属材料的一般知识4、工艺性能：金属材料承受各种冷热加工的能力。金属的工艺性能主要有铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能。（主要讨论焊接性能）

焊接性能的评价--碳当量法。钢的焊接性取决于碳及合金元素的含量。把钢中合金元素(包括碳)的含量按其作用换算成碳的相当含量称碳当量，用符号wCE表示。碳钢和低合金结构钢常用碳当量来评定它的焊接性。国际焊接学会推荐的碳当量计算公式为：

CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

(%)

碳当量越高，钢的焊接性越差。当CE<0.4％时，焊接性良好。如低碳钢和低碳的合金钢焊接性能良好，焊接质量容易保存证，焊接工艺简单；CE＝0.4％～0.6％时，焊接性一般；通常需采用焊前预热、焊后缓冷等措施。如中碳钢和某些合金钢。CE>0.6％时，焊接性差，焊接时需要较高的预热温度和采取严格的工艺措施。高碳钢和高合金钢焊接性能较差，焊接时需采用预热或气体保护焊等，焊接工艺复杂。

铸铁比钢材的焊接性较差。铸铁在焊接时只要冷却速度稍快就会产生脆硬白口组织，它的硬度很高，很难进行机械加工。在焊接应力作用下，易产生裂缝。47常用金属材料的一般知识铸铁焊接分为：

热焊法：焊前将铸件预热至600℃-700℃，焊接过程中，工作温度不能降至400℃以下，这样可以减少整个工件温度分布不均匀所引起的焊接应力。焊后再立即加热至700℃左右，进行消除应力热处理。小件可采用气焊。

冷焊：焊前工件不预热或预热温度低于300℃-350℃的铸铁焊补。冷焊时基本金属熔化越多,熔合区白口层就越厚,焊缝也就越易剥离。所以焊底层最好用细直径焊条，小电流焊接。以上电弧冷焊的措施，在焊接铸铁时应同时采用，另外有时焊补厚壁深坡口时可用焊接垫板，减少应力和防止杆缝剥里。钎焊：采用以黄铜为钎料的钎焊，母材不熔化，避免产生白口组织。有色金属铜和铜合金、铝和铝合金的焊接性差。钢材和有色金属的分类和编号焊工必须掌握常用金属材料的基本性能和焊接性。

1、钢材的分类

钢和铁是黑色金属的两大类，都是以铁和碳为主要元素的合金。含碳量在2.11％以下的铁碳合金为钢，含碳量在2.11-6.67％的铁碳合金为铸铁。

①钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。48常用金属材料的一般知识

钢中碳钢C=0.25~0.6%高碳钢

0.6%低碳钢

C

0.25%低合金钢合金元素总量5%中合金钢合金元素总量=5~10%高合金钢

合金元素总量10%碳素钢合金钢49常用金属材料的一般知识②按品质分类是以磷、硫的含量来划分的。分为普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。（S-热脆、P-冷脆）根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：钢类碳素钢合金钢PSPS普通钢≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045优质钢≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高级优质钢≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特级优质钢≤0.025≤0.020≤0.025≤0.01550常用金属材料的一般知识③按用途分工程用钢建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢特殊性能钢结构钢主要用于制造各种机械零件和工程结构件。含碳量一般都小于0.70％。工具钢主要用于制造各种刀具、模具和量具，含碳量一般都大于0.70％。51常用金属材料的一般知识2、钢材的编号

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。常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T221—2000）名称符号位置名称符号位置碳素结构钢Q头桥梁用钢q尾低合金高强度钢Q头锅炉用钢g尾易切削钢Y头焊接气瓶用钢HP尾碳素工具钢T头车辆车轴用钢LZ头(滚珠)轴承钢G头机车车轴用钢JZ头焊接用钢H头沸腾钢F尾铆螺钢ML头半镇静钢b尾船用钢国际符号镇静钢Z尾汽车大梁用钢L尾特殊镇静钢TZ尾压力容器用钢R尾质量等级A.B.C.D.E尾52常用金属材料的一般知识①碳素结构钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D。由A到D，其P、S含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号：沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。例：Q235-A·F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。

②优质碳素结构钢牌号为两位数字，这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45—其平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）。含锰量高的钢，需将锰元素标出，如平均含碳量为0.50%，锰含量为0.7%―1.0%的钢，其钢号为“50锰”或“50Mn”。沸腾钢、半镇静以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标明，如“20g”即为平均含碳量0.20%的锅炉用钢。“20R”即为平均含碳量0.20%的压力容器用钢。

③碳素工具钢：牌号为T+数字

“T”表示“碳素工具钢”，数字表示钢平均含碳量的千分之几。如T8—其平均含碳量为千分之八（0.8%）。53常用金属材料的一般知识④合金结构钢钢号由三部分组成：数字+化学元素符号+数字。前面两位数字表示平均含碳量的万分之几，合金元素以汉字或化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分含量。当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量。如20CrMnTi当合金元素的平均含量为1.50~2.49%、2.50~3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5……等数字。如20CrNi3。

⑤不锈钢和耐热钢化学元素符号前面两位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。当含碳量为0.1%-0.03%时，以“0”表示，如“0Cr18Ni9”（含碳量上限为0.08%）当含碳量为0.03%-0.01%时(超低碳)，以“03”表示，如“03Cr19Ni10”（含碳量上限为0.03%）当含碳量≤0.01%时(极低碳)，以“01”表示，如“01Cr19Ni11”(含碳量上限为0.01%)*注:旧牌号:含碳量≤0.08%时,标“0”；含碳量≤0.03%时,标“00”。54焊接工艺基础知识1、焊接接头的种类及接头形式焊接接头与焊缝是两个不同的独立的概念。焊缝是焊接接头的一个组成部分。焊接接头是由焊缝、热影响区及未受热影响区的基本金属组成。焊接质量不仅仅取决于焊缝，同时还取决于焊接热影响区。55焊接工艺基础知识

焊接接头主要的接头形式有对接接头（采用最多的一种接头形式）、角接接头（常用于不重要的结构中）、T形接头、搭接接头（两件部分重叠构成的接头）等。①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。有不开坡口、开坡口两种。开坡口的形式有v型、钝边v、单边V、单边钝型四种。特点：加工容易，焊后变形大。

目的：为了保证电弧能伸到接头根部，使接头根部能焊透，以及便于清除熔渣，获得良好的焊缝成型。56焊接工艺基础知识

②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。

③T形接头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形接头。(a)I形坡口(b)带钝边单边V形坡口④搭接接头：两件部分重叠构成的接头叫搭接接头。这种接头对装配要求不高，易于组焊，承载能力低，只用于不重要结构中。搭接接头(a)I形坡口(b)圆孔内塞焊(c)长孔内角焊T形接头

572、焊缝坡口的基本形式与尺寸

坡口——根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽。坡口的形式：I形（不开坡口）、V形、Y形、双Y形、U形等各种形式。焊接工艺基础知识58焊接工艺基础知识59焊接工艺基础知识V型坡口坡口面加工简单；可单面焊接，焊件不用翻身；焊接坡口空间面积大，填充材料多，焊件厚度较大时，生产率低；焊接变形大。X型坡口用于厚大件和控制焊接变形量的结构中（焊后内应力变形较大）。U型坡口（单U型、单边U型、双U型）。特点：焊着金属量最少，焊件产生变形小。焊缝金属中母材金属占的比例也小，但坡口加工难。应用重要结构。

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。坡口面待焊件上的坡口表面叫坡口面。坡口面角度和坡口角度待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度，两坡口面之间的夹角叫坡口角度。根部间隙焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，其作用在于打底焊时能保证根部焊透。根部间隙又叫装配间隙。钝边焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部的端面直边部分叫钝边,钝边的作用是防止根部烧穿。60焊接工艺基础知识根部半径在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径(见图4)。它的作用是增大坡口根部的空间，以便焊透根部。

61焊接工艺基础知识3、焊缝位置种类根据GB／T3375—94《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置，可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。焊缝倾角，即焊缝轴线与水平面之间的夹角焊缝转角，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62焊接工艺基础知识(1)平焊位置焊缝倾角0°，焊缝转角90°的焊接位置，图(a)

(2)横焊位置焊缝倾角0°180°焊缝转角0°180°的对接位置，图(b)。(3)立焊位置焊缝倾角90°(立向上)，270°(立向下)的焊接位置，图(c)。(4)仰焊位置对接焊缝倾角0°，180°；转角270°的焊接位，图(d)(5)平角焊位置角焊缝倾角0°180°；转角45°135°的角焊位置，图(e)。(6)仰角焊位置倾角0°180°转角225°315°的角焊位置，图(f)63焊接工艺基础知识

4、焊缝形式及形状尺寸焊缝按不同分类方法可分为下列几种形式：根据GB／T3375—94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：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。角焊缝：沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝。端接焊缝：构成端接接头所形成的焊缝。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。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。

按施焊时焊缝在空间所处位置分为平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。按焊缝断续情况分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。64焊接工艺基础知识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：

(b)并列式(a)交错式65焊接工艺基础知识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余高超出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0～3mm。焊缝宽度

余高

66焊接工艺基础知识③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焊缝厚度在焊缝横截面上，从焊缝正面到焊缝背面的距离，叫焊缝厚度⑤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尺寸67焊接工艺基础知识⑥焊缝成形系数

熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度(B)与焊缝计算厚度(H)的比值(ф＝B／H)，叫焊缝成形系数，见图1—21。该系数值小，则表示焊缝窄而深，这样的焊缝中容易产生气孔和裂纹，所以焊缝成形系数应该保持一定的数值，例如埋弧自动焊的焊缝成形系数ф要大于1.3。焊缝成形系数的计算

68焊接工艺基础知识⑦熔合比是指熔焊时，被熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。各种接头、坡口和焊缝的形式见表。各种坡口、接头及焊缝形式69焊接工艺基础知识70焊接工艺基础知识71焊接工艺基础知识5、焊缝符号表示法焊缝符号一般由基本符号和指引线组成。必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号等。完整的焊缝表示方法除了基本符号、辅助符号、补充符号以外，还包括指引线、焊缝尺寸符号及数据。根据GB324—88《焊缝符号表示法》的规定，焊缝符号可以分为基本符号、辅助符号、补充符号。(1)基本符号基本符号是表示焊缝横截面形状的符号。(2)辅助符号辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号。(3)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。

72焊接工艺基础知识基本符号

注：1)不完全熔化的卷边焊缝用I形焊缝符号来表示，并加注焊缝有效厚度S。73焊接工艺基础知识辅助符号辅助符号的应用示例74焊接工艺基础知识补充符号补充符号应用示例75焊接工艺基础知识指引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。如图所示。指引线76焊接工艺基础知识

焊缝尺寸符号及其标注位置焊缝尺寸符号77焊接工艺基础知识焊缝尺寸符号及数据的标注原则，如图：1)焊缝横截面上的尺寸标在基本符号的左侧；2)焊缝长度方向尺寸标在基本符号的右侧；3)坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标在基本符号的上侧或下侧；4)相同焊缝数量符号标在尾部；5)当需要标注的尺寸数据较多又不易分辩时，可在数据前面增加相应的尺寸符号。当箭头线方向变化时，上述原则不变。注：关于尺寸符号的说明在基本符号的右侧无任何标注且又无其他说明时，表示焊缝在工件的整个长度上是连续的。2)在基本符号在左侧无任何标注且又无其他说明时，表示对接焊缝要完全焊透。焊缝尺寸的标注原则78焊接工艺基础知识6、焊接工艺参数及其对焊缝的影响

焊接时，为了保证焊接质量而选定的各项参数（例如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称叫焊接工艺参数。所谓线能量是指熔焊时，由焊接热源输入给单位长度焊缝上的能量（焦耳/厘米或焦耳/毫米），也称热输入。⑴焊接电流：增大焊接电流，则焊缝厚度和余高都增加，而焊缝宽度则几乎不变。⑵电弧电压：当其他条件不变时，电弧电压增加，焊缝宽度显著增加而焊缝厚度和余高略有减少。⑶焊接速度：焊接速度对焊缝厚度和宽度有明显影响，当焊接速度增加时，焊缝厚度和宽度大为下降。从焊接生产率考虑，焊接速度愈快愈好，但当焊缝厚度要求一定时，为提高焊接速度，就得进一步提高焊接电流和电弧电压，所以这三个参数应该综合在一起进行选用。⑷其它工艺参数及因素对焊缝形状的影响。电弧焊除了上述三个主要的工艺参数外，其它一些工艺参数及因素对焊缝形状也具有一定的影响。①电极直径和焊丝外伸长当其它条件不变时，减小电极(焊丝)直径不仅使电弧截面减小，而且还减小了电弧的摆动范围，所以焊缝厚度和焊缝宽度都将减小。焊丝外伸长是指从焊丝与导电嘴的接触点到焊丝末端的长度，即焊丝上通电部分的长度。当电流在焊丝的外伸长上通过时，将产生电阻热。因此，当焊丝外伸长增加时，电阻热也将增加，焊丝熔化加快，因此余高增加。焊丝直径愈小或材料电阻率愈大时，这种影响愈明显。实践证明，对于结构钢焊丝来说，直径为5mm以上的粗焊丝，焊丝的外伸长在60～150mm范围内变动时，实际上可忽略其影响。但焊丝直径小于3mm时，焊丝外伸长波动范围超过5～10mm时，就可能对焊缝成形产生明显的影响。不锈钢焊丝的电阻率很大，这种影响就更大。因此，对细焊丝，特别是不锈钢熔化电极弧焊时，必须注意控制外伸长的稳定。79焊接工艺基础知识

②电极(焊丝)倾角焊接时，电极(焊丝)相对于焊接方向可以倾斜一个角度。当电极(焊丝)的倾角顺着焊接方向时叫后倾；逆着焊接方向时叫前倾，见图(a)、(b)。电极(焊丝)前倾时，电弧力对熔池液体金属后排作用减弱，熔池底部液体金属增厚了，阻碍了电弧对熔池底部母材的加热，故焊缝厚度减小。同时，电弧对熔池前部未熔化母材预热作用加强，因此焊缝宽度增加，余高减小，前倾角度愈小，这一影响愈明显见图(c)。电极(焊丝)后倾时，情况与上述相反。电极(焊丝)倾角对焊缝形状的影响(a)后倾(b)前倾(c)前倾倾角的影响

80焊接工艺基础知识③焊件倾角焊件相对水平面倾斜时，焊缝的形状可因焊接方向不同而有明显差别。焊件倾斜后，焊接方法可分为两种：从高处往低处焊叫下坡焊；从低处往高处焊叫上坡焊，见图(a)(b)。当进行上坡焊时，熔池液体金属在重力和电弧力作用下流向熔池尾部，电弧能深入到加热熔池底部的金属，因而使焊缝厚度和余高都增加。同时，熔池前部加热作用减弱，电弧摆动范围减小，因此焊缝宽度减小。上坡角度愈大，影响也愈明显。上坡角度。>6°～12°时，焊缝就会因余高过大，两侧出现咬边而使成形恶化，见图(d)。因此，在自动电弧焊时，实际上总是尽量避免采用上坡焊。下坡焊的情况正好相反，即焊缝厚度和余高略有减小，而焊缝宽度略有增加。因此倾角。<6°～8°的下坡焊可使表面焊缝成形得到改善，手弧焊焊薄板时，常采用下坡焊，一方面是避免焊件烧穿，另一方面可以得到光滑的焊缝表面成形。如果倾角过大，则会导致未焊透和熔池铁水溢流，使焊缝成形恶化，见图(c)。焊件倾角对焊缝形状的影响下坡焊(b)上坡焊(c)下坡焊时焊件倾角的影响(d)上坡焊时焊件倾81焊接工艺基础知识

④坡口形状当其它条件不变时，增加坡口深度和宽度时，焊缝厚度略有增加，焊缝宽度略有增加，而余高显著减小。⑤焊剂埋弧焊时，焊剂的成分、密度、颗粒度及堆积高度均对焊缝形状有一定影响。当其它条件相同时，稳弧性较差的焊剂焊缝厚度较大、而焊缝宽度较小。焊剂密度小，颗粒度大或堆积高度减小时，由于电弧四周压力减低，弧柱体积膨胀，电弧摆动范围扩大，因此焊缝厚度减小、焊缝宽度增加、余高略为减小。此外，熔渣粘度对焊缝表面成形有很大影响，若粘度过大，使熔渣的透气性不良，熔池结晶时所排出的气体无法通过熔渣排除，使焊缝表面形成许多凹坑，成形恶化。⑥保护气体成分气体保护焊时，保护气体的成分以及与此密切相关的熔滴过渡形式对焊缝形状有明显影响。采用不同保护气体进行熔化极气体保护焊直流反接时，焊缝形状的变化。射流过渡氩弧焊总是形成明显蘑菇状焊缝，氩气中加入O2、CO2或H2时，可使根部成形展宽，焊缝厚度略有增加。颗粒状和短路过渡电弧焊则形成的焊缝形状宽而浅。⑦母材的化学成分母材的化学成分不同，在其它工艺因素不变的情况下，焊缝形状不一样，这一点在氩弧焊时特别明显。如三种产地不同的0Cr18Ni19和0Cr18Ni12Mo2不锈钢，用钨极氩弧焊方法焊接，采用相同的焊接工艺参数时，所得焊缝形状的变化，见下表。82焊接工艺基础知识

母材化学成分对焊缝形状的影响注：钨棒端部45°；弧长2mm电流150A；焊接速度300mm／min。83焊接变形和应力

1、焊接应力与变形产生的原因产生焊接应力与变形的因素很多，其中最根本的原因是焊件受热不均匀，其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件的刚性不同所致。另外，焊缝在焊接结构中的位置、装配焊接顺序、焊接方法、焊接电流及焊接方向等对焊接应力与变形也有一定的影响。⑴焊件的不均匀受热

①对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形，冷却后，构件必然有残余应力和残余变形。②通常焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。③焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。如果这种收缩能充分进行，则焊接残余变形大，焊接残余应力小；若这种收缩不能充分进行，则焊接残余变形小而焊接残余变形大。④焊接过程中及焊接结束后，焊件中的应力分布都是不均匀的。焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力。84焊接变形和应力

⑵焊缝金属的收缩焊缝金属冷却时，当它由液态转为固态时，其体积要收缩。由于焊缝金属与母材是紧密联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩。这将引起整个焊件的变形，同时在焊缝中引起残余应力。另外，一条焊缝是逐步形成的，焊缝中先结晶的部分要阻止后结晶部分的收缩，由此也会产生焊接应力与变形。⑶金属组织的变化钢在加热及冷却过程中发生相变，可得到不同的组织，这些组织的比容也不一样，由此也会造成焊接应力与变形。⑷焊件的刚性和拘束焊件的刚性和拘束对焊接应力和变形也有较大的影响。刚性是指焊件抵抗变形的能力；而拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束。刚性是焊件本身的性能，它与焊件材质、焊件截面形状和尺寸等有关；而拘束是一种外部条件。焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，则焊接变形越大，而焊接应力越小。85焊接变形和应力2、焊接应力与变形的主要危害

在焊接过程中焊件将发生变形，随着变形的产生，焊件内的应力状态也发生了变化，而焊完并冷却后所留下的变形和应力不是暂时的而是残余的。通常焊件的残余变形和应力是同时存在的，但在一般焊接结构中残余变形的危害性比残余应力大得多，它使焊件或部件的尺寸改变而无法组装，使整个构件丧失稳定而不能承受载荷，使产品质量大大下降，而矫正正却要消耗大量的精力和物力，有时导致产品报废。同时焊接各种裂纹的产生往往也和焊接残余变形和应力有着密切的关系。有的金属由于焊后产生了残余应力而使的使用性能大为下降，从而对这类金属的焊接件生产造成工艺上的大量困难。因此，在制造焊接结构时，必须充分了解焊接时内应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减少它的危害性。

⑴焊件报废。⑵矫正费工时。⑶焊接结构中产生各种裂纹，导致结构早期失效，甚至是工伤事故。

86焊接变形和应力

3、焊接变形的类型及其影响因素

⑴纵向收缩变形纵向收缩变形即沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。这是由于焊缝及其附近区域在焊接高温的作用下产生纵向的压缩塑性变形，焊后这个区域要收缩，便引起了焊件的纵向收缩变形。纵向收缩变形量取决于焊缝长度、焊件的截面积、材料的弹性模量、压缩塑性变形区的面积以及压缩塑性变形率等。焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小。焊缝的长度越长，纵向收缩量越大。⑵横向收缩变形横向收缩变形系指沿垂直于焊缝轴线方向尺寸的缩短。构件焊接时，不仅产生纵向收缩变形，同时也产生横向收缩变形，如图1-30中的Δy。产生横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素很多，如线能量、接头形式、装配间隙、板厚、焊接方法以及焊件的刚性等，其中以线能量、装配间隙、接头形式等影响最为明显。不管何种接头形式，其横向收缩变形量总是随焊接热输入增大而增加。装配间隙对横向收缩变形量的影响也较大，且情况复杂。一般来说，随着装配间隙的增大，横向收缩也增加。⑶角变形中厚板对接焊、堆焊、搭接焊及T形接头焊接时，都可能产生角变形，角变形产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致。焊缝接头形式不同，其角变形的特点也不同。角变形的大小与焊接线能量、板厚等因素有关，当然也与焊件的刚性有关。当线能量一定，板厚越大，厚度方向上的温差越大，角变形增加。但当板厚增大到一定程度，此时构件的刚性增大，抵抗变形的能力增强，角变形反而减小。另外，板厚一定，线能量增大，压缩塑性变形量增加，角变形增加。但线能量增大到一定程度，堆焊面与背面的温差减小，角变形反而减小。87焊接变形和应力⑷弯曲变形弯曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称，焊缝的收缩沿构件宽度方向分布不均匀而引起的。弯曲变形分两种：焊缝纵向收缩引起的弯曲变形和焊缝横向收缩引起的弯曲变形。⑸波浪变形波浪变形常发生于板厚小于6mm的薄板焊接过程中，又称之为失稳变形。大面积平板拼接，如船体甲板、大型油罐罐底板等，极易产生波浪变形。防止波浪变形可从两方面着手：一是降低焊接残余压应力。如采用能使塑性变形区小的焊接方法，选用较小的焊接线能量等；二是提高焊件失稳临界应力。如给焊件增加筋板，适当增加焊件的厚度等。⑹扭曲变形产生扭曲变形的原因主要是焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀。以上6种变形是焊接变形的基本形式，在这6种基本变形中，最基本的是收缩变形，收缩变形再加上不同的影响因素，就构成了其它四种基本变形形式。焊接结构的变形对焊接结构生产有极大的影响。首先，零件或部件的焊接残余变形，给装配带来困难，进而影响后续焊接的质量；其次过大的残余变形还要进行矫正，增加结构的制造成本；另外，焊接变形也降低焊接接头的性能和承载能力。因此，实际生产中，必须设法控制焊接变形，使变形控制在技术要求所允许的范围之内。88焊接变形和应力图1-29焊接变形的基本变形形式a)收缩变形b)角变形c)弯曲变形d)波浪变形e)扭曲变形89焊接变形和应力4、减小焊接变形和应力的措施抑制法、定位焊、预变形法、预热法、逆向分段法、对称焊法、焊后热处理。

5、焊接变形的矫正法⑴手工矫正法：手工矫正法就是利用手锤、大锤等工具锤击焊件的变形处。主要用于一些小型简单焊件的弯曲变形和薄板的波浪变形。⑵机械矫正法：机械矫正法就是利用机器或工具来矫正焊接变形。具体地说，就是用千斤顶、拉紧器、压力机等将焊件顶直或压平。机械矫正法一般适用于塑性比较好的材料及形状简单的焊件。90焊接变形和应力⑶火焰加热矫正法火焰加热矫正就是利用火焰对焊件进行局部加热，使焊件产生新的变形去抵消焊接变形。火焰加热矫正法在生产中应用广泛，主要用于矫正弯曲变形、角变形、波浪变形等，也可用于矫正扭曲变形。火焰加热的方式有点状加热、线状加热和三角形加热。火焰加热矫正焊接变形的效果取决于下列三个因素：

①加热方式加热方式的确定取决于焊件的结构形状和焊接变形形式，一般薄板的波浪变形应采用点状加热；焊件的角变形可采用线状加热；弯曲变形多采用三角形加热。

②加热位置加热位置的选择应根据焊接变形的形式和变形方向而定。

③加热温度和加热区的面积应根据焊件的变形量及焊件材质确定，当焊件变形量较大时，加热温度应高一些，加热区的面积应大一些。

点状加热适用于波浪变形91焊接变形和应力线状加热a)直通加热b)链状加热c)带状加热适用于角变形工字梁弯曲变形的火焰矫正弯曲变形适用于92焊接缺陷

焊接接头中产生的金属不连续性、不致密性或连接不良的现象称为焊接缺陷，主要有焊接裂纹、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透、烧穿、焊瘤等。这些缺陷减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹；降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。其中危害最大的是焊接裂纹和气孔。

1、焊接裂纹表现：在焊接应力及其他致脆因素共同作用下焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏面形成的新界面所产生的缝隙，具有尖锐的缺口和大小的长宽比特征。危害：裂纹是所有，是所有的焊接缺陷里危害最严重的一种。它的存在是导致焊接结构失效的最直接的因素，特别是在锅炉压力容器的焊接接头中，因为它的存在可能导致一场场灾难性的事故的发生，裂纹最大的一个特征是具有扩展性，在一定的工作条件下会不断的“生长”，直至断裂。①热裂纹：焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。沿奥氏体晶界开裂，裂纹多贯穿于焊缝表面，断口被氧化，呈氧化色。常有结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹等。产生原因：a.焊缝的化学元素的影响，主要是硫、磷的影响，易在钢中形成低熔点共晶体，是一种脆硬组织，在应力的作用下引起结晶裂纹。其中的硫、磷等杂质可能来自材料本身，也有可能来自焊接材料中，也有可能来自焊接接头的表面。93焊接缺陷b.凝固结晶组织形态也是形成热裂纹的一种重要因素。晶粒越粗大，柱状晶的方向越明显，则产生结晶裂纹的倾向就越大。也就是焊接线能量越大越易形成热裂纹。c.力学因素对热裂纹的影响：焊件的刚性很大，工艺因素不当，装配工艺不当以及焊接缺陷等都会导致应力集中而加大焊缝的热应力，在结晶时形成热裂纹。防止措施：a.控制焊缝金属的化学成分，严格控制硫、磷的含量，适当提高含锰量，以改善焊缝组织，减少偏析，控制低熔点共晶体的产生。

b.控制焊缝截面形状，宽深比要稍大些，以避免焊缝中心的偏析。

c.对于刚性大的焊件，应选择合适的焊接规范，合理的焊接次序和方向，以减少焊接应力。d.除奥氏体钢等材料外，对于刚性大的焊件，采取焊前预热和焊后缓冷的办法，是防止产生热裂纹的有效措施。e.采用碱性焊条，甚至提高焊条或焊剂的碱度，以降低焊缝中的杂质含量，改善偏析程度。

②冷裂纹：是焊接头冷却到较低温度下（对于钢来说在200-300℃以下）时产生的焊接裂纹，冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带，裂纹有时沿晶界扩展，也有时穿晶扩展。这是由于焊接接头的金相组织和应力状态及氢的含量决定的。94焊接缺陷产生机理：钢产生冷裂纹的倾向主要决定于钢的淬硬倾向，焊接接头的含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态。产生原因：a.钢种原淬硬倾向主要取决于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。钢的淬硬倾向越大，越易产生冷裂纹。b.氢的作用，氢是引起超高强钢焊接冷裂纹的重要因素之一，并且有延迟的特征。高强钢焊接接头的含氢量越高，则裂纹的敏感性越c.焊接接头的应力状态：高强度钢焊接时产生延迟裂纹的倾向不仅取决于钢的淬硬倾向和氢的作用，还决定于焊接接头的应力状态。焊接时主要存在的应力有：不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力、金属相变时产生的组织应力、结构自身拘束条件等。d.焊接工艺的影响：线能量过大会引起近缝区晶粒粗大，降低接头的抗裂性能；线能量过小，还会使热影响区淬硬，也不利于氢的逸出而增大冷裂倾向。焊前预热和焊后热处理的温度不合适，多层焊的焊层熔深不合适等。防止措施：a.选择合适的焊接材料：如优质的低氢焊接材料和低氢的焊接方法。对重要的焊接结构，应采用超低氢、高韧性的焊接材料，焊条、焊剂使用前应按规定烘干。b.焊前仔细清除坡口周围基体金属表面和焊丝上的水、油、锈等污物，减少氢的来源，以降低焊缝中扩散氢的含量。95焊接缺陷c.采用低匹配的焊缝