金属熔焊
《金属熔焊原理及材料焊接》习题答案
《金属熔焊原理及材料焊接》习题答案绪 论一、填空题1．连接金属材料的方法主要有____________、____________、____________、____________等形式，其中，属于可拆卸的是___________、____________属于永久性连接的是____________、____________。
2． 按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接分为___________、___________ 和__________三类。
3．常用的熔焊方法有_____________、_______________、_______________等。
4．焊接是通过____________或___________或两者并用，用或不用______________，使焊件达到结合的一种加工工艺方法。
5．压焊是在焊接过程中，必须对焊件施加___________，以完成焊接的方法。
二、判断题（正确的划“√”，错的划“×”）1．焊接是一种可拆卸的连接方式。
﹙ ﹚2．熔焊是一种既加热又加压的焊接方法。
﹙ ﹚3．钎焊是将焊件和钎料加热到一定温度，使它们完全熔化，从而达到原子结合的一种连接方法。
﹙ ﹚4．钎焊虽然在宏观上也能形成不可拆卸的接头，但在微观上与压焊和熔焊是有本质区别的。
﹙ ﹚5．焊接接头由焊缝和因焊接热传递的影响而产生组织和性能变化的焊接热影响区构成。
﹙ ﹚6．焊接是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种方法。
﹙ ﹚答案一、填空题1．螺纹连接 键连接 铆接 焊接 螺纹连接 键连接 铆接 焊接2．熔焊 钎焊 压焊3．气焊 焊条电弧焊 CO气体保护焊24．加热 加压 填充材料5．压力二、判断题1．× 2．× 3× 4．√ 5．√第一章 焊接热源及其热作用一、填空题1．常用焊接热源有_____________热、_____________热、_____________热、_____________和_____________等。
熔焊的三种方法
熔焊的三种方法
熔焊是一种常见的金属加工方法，主要分为以下三种方法：
1. 电弧焊：电弧焊利用电弧的高温将工件的金属加热到熔化状态，并通过熔化的金属来连接两个工件。
电弧焊分为手工电弧焊和自动电弧焊两种方式，常用于焊接厚度较大的金属材料。
2. 熔化焊：熔化焊是利用熔化加热的金属来连接两个工件。
常见的熔化焊方法包括气焊、氧焊、电子束焊、激光焊等。
这些方法都利用高温熔化金属来形成熔融池，通过熔融池的流动来连接两个工件。
3. 高能束焊：高能束焊是利用高能束（如电子束、激光束等）对工件进行高能量加热，使其局部区域熔化，并通过熔化的金属来连接两个工件。
高能束焊具有焊缝窄、热影响区小等优点，适用于需要高精度、高质量的焊接作业。
这些熔焊方法各有优缺点，根据具体情况选择适合的焊接方法，可以确保焊接质量和效率。
金属熔焊原理 第二章 焊缝的组织和性能
一、熔池的形状和尺寸
熔池的形状类似于不标准的半椭球，其轮廓为温度等于母材熔 点的等温面。
熔池的宽度和深度沿X轴连续变化。电流增加熔池的最大宽度（Bmax）略增， 最大深度（Hmax）增大；随电弧电压的增加， Bmax增大， Hmax减小。
接触过渡
自由过
渣壁过
图2-4 熔滴的重力和熔滴的表面张力示意图 图 2-5 通有同方向电流的两根导 线的相互作用力 F1 -熔滴的重力 F2-熔滴的表面张力
图2-6 磁力线在熔滴上的压缩作用 p —电磁压缩力
图2-7 斑点压力阻碍熔滴过渡 的示意图
2-8焊条药皮形成的套筒示意图
焊接熔池的形成
第二章
焊缝的组织和性能
第一节 焊条、焊丝及母材的熔化
第二节 焊缝金属的一次结晶
第三节 焊缝金属的二次结晶 第四节 焊缝组织和性能的改善
第一节 焊条、焊丝及母材的熔化
焊条金属的加热
1) 电阻热：焊接电流通过焊芯时产生的电阻 热。 2) 电弧热：焊接电弧传给焊条端部的热量。 3) 化学反应热：药皮部分化学物质化学反应 时产生的热量。
3、液态金属与母材交界处，运动受限制， 化学成分不均匀。
焊缝金属的熔合比
熔合比：熔焊时，局部熔化的母材在焊 缝金属中所占的百分比。
A——熔化的母材 B——填充金属
图2-11 不同接头形式焊缝横截面积的熔透情况
图2-12 接头形式与焊道层数对熔合比的影响 I－表面堆焊 II－V形坡口对接 III－U形坡口对接 （奥氏体钢、焊条电弧焊）
比表面积（S）：熔滴表面积（A）与其质量（ρV） 之比，即S=A/ρV 。 设熔滴是半径为R的球体，则S=3/ρR。 熔滴越细其熔滴比表面积越大，凡是能使熔滴变细 的因素，都能加强冶金反应。
金属熔焊原理 第四章 熔合区和焊接热影响区
920
980 1000 1120
35
45 60 70
85
100 130 160
180
190 200 260
熔焊原理
２）加热速度对Ａ均质化影响 A均质化过程属于扩散过程，而焊接加 热速度快、相变以上停留时间短，都不利 于扩散,因而匀质化程度差。 ３）近缝区的晶粒长大 在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使 晶粒发生严重长大,影响焊接接头塑性、韧 性, 产生热裂纹,冷裂纹。
工电弧焊约为4～20s，埋弧焊时30～l00s)
④ 自然冷却 （个别情况下进行焊后保温缓冷）
⑤ 局部加热
熔焊原理
2.焊接加热时热影响区的组织转变特点
１）加热速度对相变点的影响
焊接过程的快速加热，将使各种金属的相变温 度比起等温转变时大有提高。当钢中含有较多 的碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb 等)时，这一影响更为明显。
熔焊原理
焊接接头的熔合区
图4-2 熔合区晶粒熔化情况
熔焊原理
• 焊接熔合区的主要特征是存在着严重的化 学不均匀性和物理不均匀性，这是成为焊 接接头中的薄弱地带的主要原因。
图4-3 固液界面溶质浓度的分布 图4-4 上行数据的条件：E=11.76kJ/cm 下行数据的条件：E=23.94kJ/cm
对45钢来说，TA提高使钢中的C全部溶入奥氏体， 组织很均匀且明显粗化，从而使A分解时的成核 率降低，孕育期加长，所以曲线右移。 而在40Cr钢中，由于含有碳化物形成元素Cr， 在快速加热高温停留时间短时，碳化铬来不及 分解仍保留在A中。这样使奥氏体中溶解的碳化 铬减少，而使其稳定性下降，同时保留下来的 碳化铬质点还可成为新相得晶核，提高了A的分 解时的成核率，其结果是缩短了孕育期，CCT 图曲线左移。
熔焊名词解释
熔焊名词解释
熔焊是一种将金属或其他材料熔化并将它们融合在一起的制造技术。
在熔焊过程中,热量会传递到金属材料的内部,使其熔化,并最终形成所需的形状和尺寸。
熔焊可以分为许多不同的类型,包括电弧焊、气体保护焊、埋弧焊、平焊、仰焊等等。
不同类型的熔焊技术适用于不同的制造场景和材料。
电弧焊是一种常见的熔焊技术,它使用电弧作为加热源,通过在金属表面上
形成电弧来熔化金属。
电弧焊通常用于制造金属结构、焊接管道、船舶零件、电子设备等等。
气体保护焊是一种使用气体来保护熔焊过程中的电弧和金属免受氧化和其
他污染的技术。
气体保护焊通常用于焊接不锈钢、铝合金、铜合金等金属材料。
埋弧焊是一种将金属埋在沙子或气体中,通过加热和冷却来熔化金属的技术。
埋弧焊通常用于制造管道、容器、机械零件等等。
平焊是一种将金属平面上焊接在一起的熔焊技术。
平焊通常用于制造汽车、船舶、机器和电子设备等等。
仰焊是一种在金属表面上向上焊接的熔焊技术。
仰焊通常用于制造飞机、汽车和船舶等交通工具的零部件。
熔焊技术在制造行业中有着广泛的应用,可以用于制造各种不同类型的金属结构和零部件。
了解不同类型的熔焊技术,掌握相关的制造技能,对于从事制造行业的人来说非常重要。
金属熔焊原理及材料焊接
金属熔焊原理及材料焊接
金属熔焊是一种常见的金属焊接方法，它利用高温将金属材料加热到熔点并使其熔化，然后通过冷却使其凝固在一起，从而实现材料的连接。
金属熔焊的原理包括以下几个步骤：
1. 加热：将金属材料加热到一定温度，使其达到熔点。
加热可以使用火焰、电弧、激光等热源。
2. 熔化：当金属材料达到熔点时，其原子开始失去有序结构并呈现液态。
在液态状态下，金属原子可以自由流动。
3. 密实：在金属材料熔化的同时，焊接材料（焊丝或焊料）也会熔化并与原材料混合。
通过表面张力和毛细效应，焊接材料会充满焊接接头中的缝隙，并经过冷却后凝固。
4. 冷却：在熔化材料充满接头缝隙后，将焊接材料冷却至固态。
固态的焊接材料与基材结合，在冷却过程中形成强固的连接。
焊接材料是进行金属熔焊的关键，常用的焊接材料包括焊丝和焊料。
焊丝一般是金属丝，它是填充金属材料的主要来源。
焊丝可以有不同的成分和特性，根据需要选择不同种类的焊丝来适应不同金属材料的焊接。
焊料是一种在焊接时产生熔融状态的材料，通过其熔融状态与金属材料表面的接触和作用，实现金属连接。
金属熔焊广泛应用于各个领域，包括工业生产、建筑、航空航天等。
不同的金属熔焊方法和材料选择取决于具体的应用需求和金属材料的性质。
金属熔化焊过程(1)
金属熔化焊过程（ 1）
小结： 1.焊条、焊丝及母材的熔化 2.焊接化学冶金过程 作业：P87 第1、法代号 续)
通过焊缝符号与焊接方法代号配套使用 就能简单明了地在图样上表示焊缝的焊缝 方法、焊缝形式、焊缝尺寸、 方法、焊缝形式、焊缝尺寸、焊缝表面状 焊缝位置等内容。 态、焊缝位置等内容。 一、焊缝符号 焊缝符号一般由基本符号、辅助符 焊缝符号一般由基本符号、 补充符号、 号、补充符号、焊缝尺寸符号和指引线组 成。 详细说明见课本P60-63 详细说明见课本
搭接接头
T形接头 角接接头
焊接接头形式的选择
焊接坡口的选择
坡口形式 坡口 I V U
20～60mm 较重要的结 构
X
12～60mm 要求变形小 的结构
焊条电弧焊：较小厚度的 适用范围 焊条电弧焊：较小厚度的 钢板厚度 >6mm,重 要结构 >3mm
加工容易变 焊条电弧焊。 形较大。 3～26mm 埋弧焊厚度 的一般结构 <14mm,单 边I形。 <25mm,双 边I形
焊缝符号和焊接方法代号(续 焊缝符号和焊接方法代号 续)
二、焊接方法代号 详细说明见课本P 详细说明见课本P63 三、焊缝符号和焊接方法代号在 样上的标注位置 详细说明见课本P63详细说明见课本P63-65
§4-5
焊接工艺参数
焊接工艺参数， 焊接工艺参数，是指焊接时为保证焊 接质量而选定的各物理量的总称。 接质量而选定的各物理量的总称。 焊条电弧焊的焊接工艺参数主要包括： 焊条电弧焊的焊接工艺参数主要包括： 焊条直径、电源种类和极性、焊接电流、 焊条直径、电源种类和极性、焊接电流、 电弧电压、焊接速度、焊接层数等。 电弧电压、焊接速度、焊接层数等。 详细说明见课本P66详细说明见课本P66-68
金属熔化焊焊缝缺陷
焊接缺欠按照GB6417—86《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》规定，焊缝缺欠分为六大类：裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊透、形状缺陷、其它缺陷。
焊接缺欠按其在焊接接头的部位，可分为外观缺欠和内部缺欠。
一、外观缺欠1、咬边因焊接造成沿焊趾（或焊根）处出现的低于母材表面的凹陷或沟槽称为咬边。
它是由于焊接过程中，焊件边缘的母材金属被熔化后，未及时得到熔化金属的填充所致。
咬边可出现于焊缝一侧或两侧，可以是连续的或间断的。
（1）危害：咬边将削弱焊接接头的强度，产生应力集中。
在疲劳载荷作用下，使焊接接头的承载能力大大下降。
它往往还是引起裂纹的发源地和断裂失效的原因。
焊接技术条件中一般规定了咬边的容限尺寸。
（2）形成原因：焊接工艺参数不当，操作技术不正确造成。
如焊接电流大，电弧电压高（电弧过长），焊接速度太快。
（3）防止措施：选择适当的焊接电流和焊接速度，采用短弧操作，掌握正确的运条手法和焊条角度，坡口焊缝焊接时，保持合适的焊条离侧壁距离。
2、焊瘤焊接过程中，在焊缝根部背面或焊缝表面，出现熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤称为焊瘤。
焊瘤一般是单个的，有时也能形成长条状，在立焊、横焊、仰焊时多出现。
（1）危害：影响焊缝外观，使焊缝几何尺寸不连续，形成应力集中的缺口。
管道内部的焊瘤将影响管内介质的有效流通。
（2）形成原因：操作不当或焊接规范选择不当。
如焊接电流过小，而立焊、横焊、仰焊时电流过大，焊接速度太慢，电弧过长，运条摆动不正确。
（3）防止措施：调整合适的焊接电流和焊接速度，采用短弧操作，掌握正确的运条手法。
3、凹坑焊后在焊缝表面或背面形成低于母材表面的局部低洼缺陷。
未焊满由于填充金属不足，在焊缝表面形成的连续或断续的沟槽。
（1）危害：将会减小焊缝的有效工作截面，降低焊缝的承载能力。
（2）形成原因：焊接电流过大，焊缝间隙太大，填充金属量不足。
（3）防止措施：正确选择焊接电流和焊接速度，控制焊缝装配间隙均匀，适当加快填充金属的添加量。
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焊缝中气体含量增多， 产生气孔等缺陷，降低 焊缝的性能。
2）熔池体积小，冷却速度快，导致化学成分不均匀, 易形成气孔、夹渣等缺陷，甚至产生裂纹。
为保证焊缝的质量，焊接过程中通常采取以下措施：
❖ 减少有害元素进入熔池 在焊接过程中对熔化金属进行保护，使之与空气隔开。 如：采用焊条药皮、埋弧焊焊剂、气体保护焊的保护
❖焊接应力与变形产生的根本原因：对焊件进行局 部的不均匀的加热。
焊接过程中
焊接加热时，焊缝区受压应 力（因膨胀受阻，用符号“-” 表示） 远离焊缝区受拉应力 （用符号“+”表示）
冷却以后
焊后冷却时，焊缝受拉 应力（因收缩受阻）， 远离焊缝区受压应力。
三、焊接应力与变形
2、焊接变形 ¤焊接应力和焊接变形总是同时存在，不会单独存 在，当母材塑性较好，刚度较小时，焊接变形较大 而应力较小；反之，则应力较大而变形较小。
表10-1 不同焊接方法焊接低碳钢热影响区的平均尺寸
同一种焊接方法采用不同焊接参数时，热影响区的大 小也是不相同的。采用小电流快速焊可减小热影响区。
2.3 提高焊接接头质量的措施
（1） 合理的选用焊接方法和焊接规范来减少热影响 区的影响;
焊接方法：优先采用手工电弧焊、气保焊、埋弧焊 等，少用气焊和电渣焊等；
焊接规范：小直径焊条（或焊丝）、小电流、快速 焊、多层焊等。
（2） 焊前预热、焊后热处理来细化晶粒，清除硬化 组织
（3） 加强对焊缝金属的保护。
三、焊接应力与变形
1、应力与变形的形成原因
有焊接残余拉应力， 没有残余变形
没有残余变形 及残余应力
有焊接残余拉应力， 有焊接残余变形。
三、焊接应力与变形
转轮
焊接方法的分类 (按焊接过程特点)
手弧焊
电弧焊 气体保护焊
埋弧焊
电渣焊
熔
压
化 等离子弧焊
力
焊
电子束焊
焊
激光焊
电阻焊 摩擦焊
软钎焊
超声波焊 钎 爆炸焊 焊
扩散焊 高频焊
硬钎焊
3．焊接方法的分类 (按焊接过程特点)
3.1 熔化焊: ➢ 熔焊是指焊接过程中将工件接头加热至熔化状态，不加压力 完成焊接的方法。是最基本的焊接方法，在焊接生产中占主导 地位，常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊等。
第一节 金属熔焊
一、熔焊的冶金特点 1.定义：利用焊接热源将被焊金属的连接处局部加热到 熔化状态，通过冷却结晶过程把被焊金属连接起来。
一、熔焊的冶金特点
2.冶金特点： 1）焊接热源和熔池温度高,使金属元素蒸发、烧损严重， 同时气体分解为原子状态，物理化学反应剧烈；
空气中的氧、氮; 空气中的水汽； 工件表面的锈、油和水
2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”
熔合区
❖又称半熔化区，是焊 缝与母材的交界区。
❖加热温度：1490～1530℃
❖组织：未熔化但因过热 而长大的粗晶组 织和（部分新结 晶的）铸态组织。
❖特点：该区很窄（0.1-1mm），组织不均匀，强度下降， 塑性很差，是产生裂纹及局部脆断的发源地。
2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”
3.2 压力焊： ➢ 压焊是指焊接过程中对工件施加压力（加热或不加热）完成 焊接的方法。压焊只适用于塑性较好的金属材料的焊接，常见 的压焊方法有电阻焊、摩擦焊等。
3.3 钎焊 ➢ 钎焊是将比母材（被焊接的材料的总称）熔点低的填充金属 （钎料）熔化之后填充工件接头间隙，并与固态母材相互扩散 实现连接的焊接方法，常见的钎焊方法有软钎焊和硬钎焊。
焊接热影响区：过热区
❖℃～固相线）
❖组织： 粗大的过热组织。
❖特点：塑性和冲击韧性下降。
2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”
焊接热影响区：正火区
❖正火区：紧靠着过热区；
❖加热温度：AC3以上至1100℃
❖组织：加热时金属发生重结 晶，焊接空冷后得到 均匀细小的铁素体和 珠光体组织（近似于 正火组织)。
焊接接头包括焊缝、熔合区和焊接热影响区。
2.1 焊缝金属：由焊接熔池冷却凝固后形成
➢焊缝的结晶⊥侧壁伸向中心形 成，形成较细小的柱状晶组织， 由F + P（少量）组成。合金元素 含量高于母材。
➢熔池中部最后结晶，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等 易偏析物集中在焊缝中心，将影响焊缝的力学性能。 ∴焊缝金属成分、强度不低于母材,但易产生裂纹。
气体等使熔池同空气隔绝； 焊接前清理坡口处的锈、油、水；烘干焊条等。
❖ 清除已进入熔池的有害元素，增加合金元素。
对焊接熔池进行冶金处理。 如：通过焊条药皮加合金元素，进行脱氧、去氢、去 硫、渗合金等，调整焊缝的化学成分。 Mn+FeO MnO+Fe MnO+FeS MnS+FeO
二、焊接接头金属组织与性能的变化
❖特点：宽度约1.2～4.0mm，力学性能优于母材。
2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”
焊接热影响区：部分相变区
❖加热温度： AC1～AC3之
间 ❖组织：
F+P（F粗、细不均）
{ 发生相变的F，变细小； 未相变的F，未变化
❖特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能 比正火区稍差。
焊接热影响区的大小和组织、性能变化的程度，取决于 焊接方法、焊接参数、接头形式以及焊后冷却速度等。
（4）简化工艺；可以小拼大，以简单拼复杂。
广泛应用于：航空、车辆、船舶、建筑以及国防等工 业部门，如制造金属结构（船体、桥梁、容器、管道 等）、制造机器零件或毛坯（轧辊、大型齿轮、刀具
等）等。 工业国家焊接结构约占钢产量的45%
焊接的缺点：
（1）焊接结构不可拆卸，更换修理部分零部件不便；
（2）焊接接头的组织和性能往往要变坏； （3）产生残余应力和变形，影响零、部件与金属结构 的形状、尺寸，增加工作时的应力，降低承载能力； （4）焊接时易产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹 渣、气孔等，引起应力集中，降低承载能力，缩短 使用寿命。
零件连接方式
焊接：是指利用局部加热或加压，或两者并用，并且 用或不用填充材料，使分离的两部分金属，通过原子 的扩散与结合，形成永久性连接的一种工艺方法。
焊接的优点：
（1）连接性能好；焊缝具有较好的机械性能、能耐 高温高压、密封性、导电性、耐腐蚀性、耐磨性等。 （2）省料省工成本低；比一般铆接节省金属材料1020%；生产周期短，可焊补。 （3）重量轻；