第三编焊接结构
第十三章焊接应力与变形
本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接应力的分布规律；焊接过程中如何降低焊接应力和焊后如何消除焊接残余应力；焊接变形的种类，焊接过程中如何控制焊接变形和焊后的矫正措施。
第一节焊接应力和变形的形成过程
一、应力与变形的基本知识
1．应力
物体在单位截面上表现的内力称为应力。根据引起内力的原因不同，应力可分为：工作应力：物体由于外力作用在其单位截面上出现的内力。
内应力：物体在无外力作用下而存在于内部的应力。内应力按其产生的原因不同分为热应力、装配应力、相变应力和残余应力。
2．变形
物体在外力或温度等因素的作用下，其内部原子的相对位置发生改变，其宏观表现为形状和尺寸的变化，这种变化称为物体的变形。
按变形性质可分为：弹性变形和塑性变形；
按变形的拘束条件可分为：自由变形和非自由变形。
二、研究焊接应力与变形的基本假定
（1）平截面假定
（2）金属性能不变的假定
（3）金属屈服点的假定
三、焊接应力与变形的产生原因
影响焊接应力与变形的因素很多，如焊件受热不均匀、焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性与拘束的影响等，其最根本的原因是焊件受热不均匀。
为便于了解焊接应力与变形产生的基本原因，首先对均匀加热时产生的应力与变形进行讨论。
1．均匀加热时引起应力与变形的原因
（1）不受约束的杆件，均匀加热
属于自由变形，无残余应力，无残余变形。
（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形
如果加热温度较低，材料的变形在弹性范围内，根据虎克定律，应力与应变符合线性关系，当温度恢复到原始温度时，杆件自由收缩到原来的长度，压应力全部消失，即不存在残余应力与残余变形。
如果加热温度比较高，达到或超过材料屈服点温度时，杆件的压缩变形量增大，产生塑性变形，此时的内部变形率由弹性变形率和塑性变形率两部分组成。当温度恢复到原始温度时，弹性变形部分恢复，塑性变形部分不能恢复。①若杆件能自由收缩，则由于压缩塑性变形的出现，杆件将比原来长度缩短，出现缩短的残余变形，但无残余应力存在。②如果杆件不能自由收缩，则不存在外观的残余变形，但杆件中会产生残余拉应力。
2．不均匀加热时引起的应力与变形
（1）长板条中心加热引起的应力与变形
（2）长板条一侧加热引起的应力与变形
综上所述：
①金属不均匀受热时，只要加热温度高于屈服点温度，加热时产生压缩塑性变形，焊后就会产生残余应力与残余变形；
②焊接过程中的变形与焊接残余变形方向相反；
③焊接加热时，焊缝附近产生压缩塑性变形，冷却后收缩，如果收缩充分，则变形大，应力小；否则变形小，应力大。
④焊接瞬时及残余应力分布不均匀，焊缝及其附近区域通常为残余拉应力。
第二节焊接残余应力
一、焊接残余应力的分类
1．根据应力性质划分：拉应力、压应力
2．根据引起应力的原因划分：热应力、组织应力、拘束应力
3．根据应力作用方向划分：纵向应力、横向应力、厚度方向应力
4．根据应力在焊接结构中的存在情况划分：单向应力、两向应力、三向应力
5．根据内应力的发生和分布范围划分：第一类应力、第二类应力、第三类应力
二、焊接残余应力的分布规律
1．纵向应力бx的分布
бx在焊件横截面上的分布规律为：焊缝及其附近区域为残余拉应力，一般可达材料的屈服强度，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力。
бx在焊件纵截面上的分布规律为：在焊件纵截面端头，бx=0，越靠近纵截面的中间，бx 越大，逐渐趋近于бs。如图2-9所示。
图2-11为板边堆焊时，бx在焊缝横截面上的分布。
T形接头的бx分布与立板和水平板尺寸有很大关系，δ/h越小，接近于板边堆焊的情况；δ/h越大，接近于等宽板对接的情况。
2．横向应力бy的分布
бy =бy′+бy″
бy′：焊缝及其塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力；
бy″：焊缝及其塑性变形区的横向收缩不均匀、不同时引起的横向应力。
3．特殊情况下的焊接残余应力
①厚板中的焊接残余应力
②拘束状态下焊接残余应力
③封闭焊缝中的残余应力
④焊接梁柱中的残余应力
⑤焊接管道中的残余应力
三、焊接残余应力对焊接结构的影响
1．对结构强度的影响
只要材料具有足够的塑性，焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度。
对脆性材料制造的焊接结构，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件不可能产生应力均匀化，所以在加载过程中应力峰值不断增加。当应力峰值达到材料的强度极限时，局部发生破坏，而最后导致构件整体破坏。所以焊接残余应力对脆性材料的静载强度有较大的影响。
2．对构件加工尺寸精度的影响
3．对梁柱结构稳定性的影响
四、减小焊接残余应力的措施
一般来说，可以从设计和工艺两方面着手：
1．设计措施
①尽可能减少焊缝数量；
②合理布置焊缝；
③采用刚性较小的接头形式。
2．工艺措施
（1）采用合理的装配和焊接顺序及方向
①钢板拼接焊缝的焊接；
②同时存在收缩量大和收缩量小的焊缝时，应先焊收缩量大的焊缝；
③对工作时受力较大的焊缝应先焊；
④平面交叉焊缝的焊接。
（2）缩小焊接区与结构整体之间的温差（预热法、冷焊法）
（3）加热“减应区”法
（4）降低接头局部的拘束度
（5）锤击焊缝
五、消除焊接残余应力的方法
1．热处理法
热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松驰焊接残余应力的目的，同时热处理还可以改善接头的性能。
（1）整体热处理整体炉内热处理、整体腔内热处理
整体加热热处理消除残余应力的效果取决于热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围。保温时间根据板厚确定，一般按每毫米板厚1~2 min计算，但最短不小于30 min，最长不超过3h。
碳钢及中、低合金钢：加热温度为580~680℃；
铸铁：加热温度为600~650℃。
（2）局部热处理
局部热处理只能降低残余应力峰值，不能完全消除残余应力。加热方法有电阻炉加热、火焰加热、感应加热、远红外加热等，消除应力效果与加热区的范围、温度分布有关。
2．加载法
加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松驰应力的目的。（1）机械拉伸法
（2）温差拉伸法
（3）振动法
六、焊接残余应力的测定
目前，测定焊接残余应力的方法主要可归结为两类，即机械方法和物理方法。
1．机械方法
利用机械加工将试件切开或切去一部分，测定由此而释放的弹性应变来推算构件中原有的残余应力。包括切条法、钻孔法和套孔法。
2．物理方法
是非破坏性测定焊接残余应力的方法，常用的有磁性法、超声波法和X射线衍射法。
（1）磁性法是利用铁磁材料在磁场中磁化后的磁致伸缩效应来测量残余应力的。
（2）X射线衍射法是根据测定金属晶体晶格常数在应力的作用下发生变化来测定残余应力的无损测量方法。
（3）超声波法是根据超声波在有应力的试件和无应力的试件中传播速度的变化来测定残余应力的。
第三节焊接残余变形
一、焊接残余变形的种类及其影响因素
按变形对整个焊接结构影响程度分类：局部变形、整体变形
按变形特征分类：收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形、错边变形
1．收缩变形
焊件焊后其尺寸的缩短称为收缩变形。它可分为纵向收缩变形和横向收缩变形。
（1）纵向收缩变形Δx
产生原因：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。
焊件在假想力的作用下产生的纵向收缩量可用下式表示：
影响因素：
①焊缝长度L
②焊件的截面积A
③压缩变形区的面积Ap
④压缩塑性应变εp（与焊接方向、焊接线能量、焊接工艺有关）
（2）横向收缩变形Δy
横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素很多，现分述如下：
1）堆焊焊缝及角焊缝的横向收缩
影响因素：
①焊接线能量：焊接线能量越大，横向收缩量越大；
②板厚：板厚增加，横向收缩量减小。
③沿焊缝长度方向Δy逐渐增大，但到一定长度后趋于稳定，不再增大。
2）对接焊缝的横向收缩
影响因素：
Δy的大小与板厚、材质、拘束情况、焊接工艺、焊接顺序有关。
2．角变形
中厚板对接焊、堆焊、搭接焊及T形接头焊接中会产生角变形。
原因：熔化金属在厚度上收缩量不一致而引起的。
（1）平板堆焊的角变形
影响因素：
①焊接线能量②板厚
堆焊引起的角变形沿堆焊焊缝长度方向开始比较小，随后增加，直至达到稳定。
（2）对接接头的角变形
影响因素：
①坡口形式②坡口尺寸③焊接层数④焊接顺序
（3）T形接头角变形T形接头角变形可以看成是由立板相对于水平板的回转角变形β′与水平板本身的角变形β″两部分组成。
减小T形接头角变形的方法有：
①采用开坡口，减小立板与水平板之间焊缝夹角，减小β′；
②通过减小焊脚尺寸以减小焊缝金属量，降低β″。
3．弯曲变形
产生原因：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引起的。
（1）纵向收缩引起的弯曲变形
（2）横向收缩引起的弯曲变形
4．波浪变形
波浪变形是一种失稳变形，一般产生于薄板结构中。
产生原因：板中远离焊缝区的压缩残余应力超过了失稳的临界应力值。
防止措施：
①能降低焊接残余压应力的措施都可以减小波浪变形；
②提高板的刚度或增大板的拘束度均可减小或防止波浪变形。
5．扭曲变形
产生原因：焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀。
6．错边变形
错边变形可分为长度方向错边和厚度方向错边。
产生原因：
①装配不良；
②组成焊件的零件装配时夹紧不一致；
③两零件的刚度或热物理性质不一样；
④电弧偏离坡口中心。
以上6种变形是焊接变形的基本形式，其中收缩变形是最基本的变形形式，所有焊件都不可避免地会产生收缩变形，而其它几种变形在有些焊接结构中容易出现，而在有些焊接结构中不容易出现。
二、焊接变形对焊接结构生产的影响
首先，零部件的焊接变形给装配带来困难，进而影响后续焊接质量；
其次，焊接变形增加了结构的制造成本；
另外，焊接变形也会降低焊接接头性能和承载能力。
三、控制焊接变形的措施
1．设计措施
（1）尽量选用对称的构件截面和焊缝位置
（2）合理地选择焊缝长度和焊缝数量
（3）合理选择焊缝截面尺寸和坡口形式
2．工艺措施
（1）留余量法主要是用于补偿焊件的收缩变形。
（2）反变形法主要用于控制角变形及弯曲变形。
例：V形坡口单板对接；（图2-52）
锅炉集箱；（图）
工字梁翼板；（图2-53）
板式起重机主梁，腹板预制上拱度（图2-54）
（3）刚性固定法
①焊件固定在刚性平台上（图2-55）
②将焊件组合成刚性更大或对称的结构（图2-56）
③利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束（图2-57）
④利用临时支撑增加结构的拘束（图2-58）
（4）选择合理的装配焊接顺序
①正在施焊的焊缝应尽量靠近结构截面的中性轴。（图2-54）
②对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应先焊焊缝少的一侧。（图2-59）
③焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊。（图2-60）
④长焊缝焊接时，应采用合理的分段焊接顺序。（图2-61）
⑤相邻两条焊缝，为防止产生扭曲变形，应注意焊接方向与顺序。（图2-62）
（5）合理地选择焊接方法和焊接工艺参数（图2-63）
（6）热平衡法（图2-64）
（7）散热法（图2-65）
四、矫正焊接残余变形的方法
矫正焊接变形的实质是使构件产生新的变形，以抵消焊接残余变形。矫正的方法一般有机械矫正法和火焰加热矫正法。
1．机械矫正法
机械矫正法是在机械力的作用下使部分金属得到延伸，产生拉伸塑性变形，使变形的构件恢复到所要求的形状。（如图2-66）
2．火焰加热矫正法
火焰加热矫正，是利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形使较长的部分在冷却后缩短来消除变形。
加热方式：
①点状加热用于矫正薄件的波浪变形。
②线状加热用于矫正焊件的角变形及大厚度板的弯曲变形。
③三角形加热用于矫正刚度大，厚度大的焊件的弯曲变形。
第十四章焊接接头强度及计算
本章主要介绍焊接接头的作用和基本形式；焊接接头的工作应力分布状况及其静载强度计算；影响焊接接头的疲劳强度因素有提高疲劳强度的措施；焊接接头脆性断裂、影响脆性断裂的因素及防止措施。
第一节焊接接头的特点及形式
一、焊接接头的基本形式
1．电弧焊接头的基本形式
（1）对接接头把同一平面上的两被焊工件相对焊接起来而形成的接头。这是一种比较理想的接头形式，受力状况好，应力集中小，材料消耗小。
（2）角接接头是两被焊工件端面间构成大于30o、小于150o夹角的接头。多用于箱形构件上。
（3）T形接头是把互相垂直的被焊工件用角焊缝连接起来的接头，可承受各种方向的力和力矩。
（4）搭接接头是把两被焊工件部分地重叠在一起，以角焊缝连接，或加上塞焊缝、槽焊缝连接起来的接头。
（5）端接接头是两被焊工件重叠放置或两被焊工件之间夹角不大于30o在端面进行连接的接头。
2．电阻焊接头的基本类型
（1）对接接头
（2）点焊接头
（3）缝焊接头
二、电弧焊焊缝的类型
1．按工作特点分
①承载焊缝②非承载焊缝③密封焊缝④定位焊缝
2．按接头的结构特点分
①对接焊缝②角焊缝③端接焊缝④塞焊缝⑤组合焊缝
第二节焊接接头的工作应力分布
一、应力集中
1．应力集中概念
在几何形状突变处或不连续处应力突然增大的现象称为应力集中。应力集中程度的大小，常以应力集中系数KT表示：
KT=бmax/бm
2．焊接接头中产生应力集中的原因
（1）焊缝中的工艺缺陷如气孔、夹渣、裂纹和未焊透等。
（2）焊接接头处几何形状的改变
（3）不合理的接头形式和不合理的焊缝外形
二、电弧焊接头的工作应力分布
1．对接接头的工作应力分布
对接接头的应力集中位于由焊缝向母材过渡的转角处，KT的大小取决于焊缝宽度c、余高h、焊趾处的θ角及转角半径r。在其它因素不变的情况下，余高h增加、焊缝宽度c减少、θ角增加、r减小等都会使KT增加。
2．搭接接头的工作应力分布
（1）正面角焊缝的工作应力分布
如图3-5所示，在角焊缝的根部A点和焊趾B点有较大的应力集中，B点的应力集中系数随角焊缝的斜边与水平边的夹角θ而变，减小θ、增大熔深及焊透根部等都可降低应力集中系数。
搭接接头的正面角焊缝受偏心载荷时，在焊缝上会产生附加弯曲应力，导致弯曲变形，见图3-6。为了减少弯曲应力，两条正面角焊缝之间的距离l应不小于其板厚的4倍。
（2）侧面角焊缝的工作应力分布在用侧面角焊缝连接的搭接接头中，其应力分布更加复杂。切应力沿焊缝长度上分布是不均匀的，它与焊缝尺寸、断面尺寸和外力作用点的位置等因素有关。
外力作用如图3-7a所示时，其沿侧面焊缝长度上切力分布见图3-8，因为搭接板材不是绝对刚体，在受力时本身产生弹性变形，所以形成两端切力大，中间切力小的分布状态。
外力作用如图3-7 b所示时，两板各对应点的相对位移从左至右逐渐下降，因而焊缝传递的切力以左端为最高，向右逐渐减小。当侧面角焊缝长度超过某一长度时，焊缝中间部分的切力就会接近零，因此，采用过长的侧面角焊缝是不合理的。一般工艺规定侧面角焊缝长度不得大于50K。
（3）联合角焊缝搭接接头工作应力分布如图3-9b所示，在B—B截面上正应力的分布比较均匀，最大切应力ηmax 降低，所以在B—B截面两端点的应力集中得到改善。
3．T形接头的工作应力分布
T形接头在角焊缝的过渡处和根部都有很大的应力集中，如图3-10所示。
（1）未开坡口的T形接头如图3-10a所示，焊缝根部应力集中很大，在焊趾截面B—B 上应力分布也不均匀，B点的应力集中系数随角焊缝θ角减小而减小，也随焊脚尺寸增大而
减小；但非承载焊缝在B点的KT随焊脚尺寸增大而增大。
（2）开坡口并焊透的T形接头如图3-10b所示，这种接头的应力集中大大降低。可见，保证焊透是降低T形接头应力集中的重要措施之一。
第三节焊接接头强度计算基础
一、焊接接头的设计
1．焊接接头设计要点
（1）应尽量使接头形式简单、结构连续，且不设在最大应力作用截面上。
（2）要特别重视角焊缝的设计。
（3）尽量避免在厚度方向传递力。
（4）接头的设计要便于制造和检验。
（5）一般不考虑残余应力对接头强度的影响。
2．常见不合理的接头设计及改进
见表3-3
二、电弧焊接头静载强度计算
1．焊接接头静载强度计算的几个假设
2．电弧焊接头的静载强度计算
静载强度计算方法，目前仍采用许用应力法，强度计算时许用应力均为焊缝的许用应力。焊缝的强度计算一般表达为：
б≤[б′]或η≤[η′]
(1)对接接头的静载强度计算对接接头强度计算时，不考虑焊缝余高，焊缝长度取实际长度，计算厚度取两板中较薄者。
全部焊透的对接接头如图3-17所示。其各种受力情况的计算公式如下：
1）受拉时
2）受压时
3）受剪切时
4）受板平面内弯矩
5）受垂直板面弯矩
（2）搭接接头静载强度计算
受拉、压的搭接接头计算公式如下：
正面焊缝
侧面焊缝
联合焊缝
第十五章焊接结构的脆性断裂
第一节金属材料或结构的断裂及其影响因素
一、疲劳破坏
重复应力所引起的裂纹起始和缓慢扩展而产生的结构部件的损伤。焊接结构在交变应力或应变作用下，也会由于裂纹引发扩展而发生疲劳破坏。疲劳破坏一般从应力集中处开始，而焊接结构的疲劳破坏又往往从焊接接头处产生。
1．影响焊接接头疲劳强度的因素
（1）应力集中的影响
（2）残余应力的影响
（3）缺陷的影响
2．提高焊接接头疲劳强度的措施
（1）降低应力集中
1）采用合理的结构形式，减少应力集中，以提高疲劳强度。
2）尽量采用应力集中系数小的焊接接头，如对接接头。
3）当采用角焊缝时，应采取综合措施来提高接头的疲劳强度。
4）用表面机械加工方法消除焊缝及其附近的各种刻槽，通过降低应力集中程度来提高接头的疲劳强度。
（2）调整残余应力场消除焊接接头应力集中处的残余拉应力或使该处产生残余压应力，都可以提高疲劳强度。
1）整体处理。包括整体退火或超载预拉伸法。
2）局部处理。采用局部加热或挤压可以调节残余应力场，在应力集中处产生残余压应力。（3）改善材料的力学性能。
（4）特殊保护措施
二、焊接结构的脆性断裂
在应力不高于结构的设计应力和没有明显塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体的破坏方式。
1．影响金属脆断的主要因素
（1）应力状态的影响实验证明，许多材料处于单轴或双轴拉伸应力下，可呈塑性状态。当处于三轴拉伸应力时，因不易发生塑性变形而呈脆性。
（2）温度的影响对于一定的加载方式，当温度降至某一临界值时，将出现塑性到脆性断裂的转变，这个温度称为脆性转变温度。脆性断裂通常发生在体心立方和密排六方点阵的金属和合金中，只有在特殊情况下，如应力腐蚀条件下才在面心立方点阵金属中发生。（3）加载速度的影响提高加载速度能促使材料脆性破坏，其作用相当于降低温度。（4）材料状态的影响
1）厚度的影响
①厚板在缺口处容易形成三轴应力，因为沿厚度方向的收缩和变形受到较大的限制，产生三轴应力使材料变脆。
②冶金因素。厚板轧制次数少、终轧温度高，组织疏松，内外层均匀性差。
2）晶粒度的影响。对于低碳钢和低合金钢来说，晶粒度越细，其转变温度越低。
3）化学成分的影响。钢中C、N、O、H、S、P均增加钢的脆性。Mn、Ni、Cr、V加入适量，有助于减少钢的脆性。
2．预防焊接结构脆性断裂的措施
（1）正确选用材料
①在结构工作条件下，焊缝、热影响区、熔合区的最脆部位应有足够的抗开裂性能，母材应具有一定的止裂性能。
②材料的选择可通过缺口韧性试验或断裂韧性评定试验来确定。
（2）采用合理的焊接结构设计
1）尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中。
2）在满足结构的使用条件下尽量减少结构的刚度，以降低应力集中和附加应力。
3）不应通过降低许用应力值来减少脆性的危险性。
4）对于附件或不受力焊缝的设计，应与主要承力焊缝一样给予足够重视。
5）减少和消除焊接残余拉伸应力的不利影响。在制订工艺过程中，应当考虑尽量减少焊接残余应力值，在必要时应考虑消除应力热处理。
第二节金属材料和焊接结构断裂的评定方法
转变温度
金属材料有两个重要的强度指标，即屈服强度ζs和断裂强度ζf。温度降低，ζs上升速率大于ζf上升速率，两线交点对应温度Tk称为韧脆转变温度，当T 防止裂纹发生和阻止扩展原则 防止结构产生脆性破坏有两种设计原则 防止开裂原则： 止裂原则：设计的结构在可能出现的最低温度下工作，必须能阻止裂纹的自由扩展。 根据断裂力学理论，能够止裂的条件是裂纹起源于局部脆化区内，且处于较高的应力场中，当裂纹扩展进入韧性区和低应力场时，该裂纹如果小于失稳断裂的临界长度，则该裂纹被阻止。 转变温度评定方法(冲击试验) (一)冲击试验 分为夏比V形缺口冲击试验和梅氏U形缺口冲击试验。 夏比V形缺口冲击试验评定： 1．能量准则：以冲击断裂功αk值降低到某一特定数值时的温度作为临界温度Tk。 断口形貌准则：按断口中纤维状区域与结晶状区域某一相对面积对应的温度来确定临界温度Tk。 延性准则：按断口在缺口根部横向相对收缩变形急剧降低的温度来作为临界转变温度Tk。转变温度评定方法(威尔斯宽板试验) 在实验室里再现低应力脆性断裂的开裂情况，同时又能在板厚、焊接残余应力、焊接热循环方面模拟实际结构。 该试验脆性断裂有三种情况： 1．低应力产生裂纹并立即断裂 2．低应力产生裂纹扩展一定长度后自行停止 3．在较高温度下，要有高达屈服强度的应力才会产生裂纹，最后产生断裂。 转变温度评定方法(落锤试验) 测定厚度大于16mm钢板的NDT(无塑性转变温度)的试验方法，可替代大型止裂试验研究材料的止裂性能，其缺点是试样尺寸不能反映大型焊接结构的尺寸效应和较大拘束效应，表面堆焊脆性焊道，对热敏感的合金材料难以使用。 转变温度评定方法(动态撕裂试验) 确定材料断裂韧性的全范围的试验方法，属于大型冲击试验。除了确定NDT温度之外，还能确定最高塑性断裂温度及相应的冲击功。 适用于高强钢及厚板和特厚板焊接结构。这类钢与低强度钢相比，各向异性受钢中杂质的影响，难以保证稳定的抗脆断性能；晶粒大小及碳化物金相组织的大小、分布等对显微裂纹的形成有较大的影响。 转变温度评定方法(双重拉伸) 前述各种方法试件中的脆性裂纹都是在冲击载荷作用下开裂的，但大多数焊接结构工作在静载下，所以开裂条件不够真实。 通过试验确定止裂应力与温度的关系。利用一块耳板在低温和拉伸负载下将试样拉断，使裂纹向有均匀拉伸负载的试件主体扩展。 第三节焊接结构的特点及其对脆断的影响 设计影响 焊接结构的整体性及大刚度 1．引起较大的附加应力 2．对应力集中因素特别敏感 3．一旦有不稳定脆性裂纹出现，很可能会穿越接头扩展至整个结构，从而造成整个结构的破坏。不应在高应力集中区布置焊缝。 制造影响(应变时效) 人工时效：钢材在剪切、冷作、弯曲成型之后，如果在150~450℃范围内加热，材料性能会产生脆化，即产生应变时效。该应变时效较动应变时效的影响弱的多。 动应变时效：材料在热循环和热塑性变形循环的作用下，在缺陷处和产生较严重的应变集中，具有较大的热应变量，降低了材料的延性，提高了材料的转变温度。 制造影响(接头金相组织、焊接缺陷) 在焊接热循环的作用下，焊缝及近缝区的组织会发生一系列的变化，使接头各部位的缺口韧性不同。金相组织变化取决于材料原始组织、化学成分、焊接方法和焊接线能量。过小的线能量，引起淬硬组织，易产生裂纹；过大的线能量，使晶粒粗大，造成韧性降低。 1 焊接缺陷是造成结构产生脆断的重要因素。其影响程度与缺陷的性质、尺寸、形状及部位有关，其中裂纹、未焊透等影响最为严重。 制造影响(角变形、错边、残余应力) 产生附加弯曲力矩和新的应力应变集中，在拉伸载荷和附加弯曲力矩的共同作用下，易造成接头破坏。 平面缺陷―裂纹、分层、未焊透 非平面缺陷―气孔、夹渣 1) 试验温度在材料的转变温度以上时对脆断无影响 2) 试验温度在材料的转变温度以下时，和拉伸载荷叠加，造成脆断的产生。 第四节预防焊接结构脆性断裂的措施 设计方面 (一) 掌握结构工作条件：最低温度、介质温度和工作载荷的性质。 (二) 减少结构和接头的应力集中 1．选择结构传力截面及接头形式要尽量使力线均匀分布，避免截面尺寸突变，防止应力集中。 2．尽量减小结构刚性，大型结构采用较薄的材料。 3．充分考虑到可焊到性。 4．避免焊缝密集和焊缝相交 正确选用材料 按缺口韧性试验验收材料 一般对选定的材料用V形缺口冲击试验的结果来验证其适应性，即所选材料和焊接填充金属保证在工作温度下有合格的缺口韧性。 按断裂韧性和屈服极限之比选择材料 断裂韧性尚不足以说明材料的脆-塑性，断裂韧性(KIC) 与材料屈服极限之比才能好好地说明这一问题，因为两者之比反映了裂纹尖端处在断裂前塑性区的大小。 严格制造工艺和质量监督 1．严格按规定的工艺参数施工，禁止使用过大的线能量 2．较强质量检验，及时消除严重缺陷 3．尽可能利用焊接工夹具和机械化装置进行施工 4．对于重要的和危险的结构应通过试验决定是否需要焊后热处理 第十六章焊接接头和焊接结构的疲劳强度 第一节疲劳断裂的基本概念 疲劳断裂分类 按疲劳破坏的原因分为：腐蚀疲劳；热疲劳；机械疲劳 按应力大小和应力循环次数分为 1．低周高应变疲劳：作用的应力超过弹性范围， 疲劳循环次数小于104~105 2．高周低应力疲劳：公称循环应力小于材料的屈服极限，疲劳破坏的应力循环次数大于104~105 疲劳裂纹形成过程 1.疲劳形核：疲劳裂纹首先在应力最高、强度最弱的基体上形成。 2.扩展阶段；初始裂纹在交变载荷作用下，当裂纹尖端处在拉伸应力场时，由于裂纹尖端极大的应力集中，使该处晶粒发生滑移，裂纹张开，尖端向前延伸 3.瞬时断裂阶段：当疲劳裂纹扩展到材料的强度极限时，疲劳裂纹达到临界裂纹尺寸而产生瞬时断裂。 疲劳断口可分成三个区域 1. 疲劳裂纹源：肉眼可见晶粒的粗滑移。 2．疲劳裂纹扩展区：宏观有条带和贝壳状花纹，每一条辉纹代表一次应力(应变)循环及裂纹逐次向前推进的位置。对于高强钢来说，很难辨认明显的疲劳条纹 3. 瞬时断裂区：一般呈粗晶状断口或出现放射棱线，外观与脆性失稳断裂相似。 第二节疲劳破坏机理 裂纹亚临界扩展 裂纹受到一个低于ζc但有足够大的循环应力时，则初始裂纹会由起始尺寸a0逐渐扩展到临界尺寸ac，这一过程称为疲劳裂纹的亚临界扩展。 可以分为两种类型来研究裂纹的亚临界扩展：裂纹在裂纹尖端弹性区的扩展和裂纹在塑性区的扩展。在前一种情况，裂纹长度远远超过裂纹尖端塑性区的尺寸，承受低载荷、高循环、低裂纹扩展速率的属于该情况；当裂纹尺寸远小于塑性区尺寸，并承受高载荷、低循环、高裂纹扩展速率属于后者情况。 裂纹扩展速率 当外加应力强度因子幅度达到临界值ΔKth后，裂纹扩展速率急剧上升，此线段几乎与纵坐标平行；此后，da/dN与ΔK成指数关系变化，断口平直，与拉应力成900，穿晶断裂，疲劳辉纹明显；继续增加ΔK出现斜率转折点I，过此点斜率n2斜率，出现切变斜断口，为解理断裂和疲劳断裂的混合型；继续增加ΔK接近材料的KIC时，到了材料的第Ⅱ转折点，过此点后，斜率增加，点Ⅱ是裂纹扩展加速转变点，此区内断口全为切变断口。 帕瑞斯表达式 ΔK ―应力强度因子幅度(ΔK=Kmax-Kmin) c 、n ―由试验确定的材料、环境、频率和循环特形等的函数 帕瑞斯表达式不足：没有考虑平均应力对da/dN 影响；没有考虑当裂纹尖端应力强度因子趋近于其临界值KIC 时，裂纹加速扩展效应 第三节 疲劳断裂力学的基本概念 疲劳设计方法分类 1． 许用应力设计法：把各种构件和接头试验疲劳强度除以特殊安全系数作为许用应力(疲劳极限、非破坏概率95％的2×106次疲劳强度等)，使设计载荷引起应力最大值不超过其许用应力，从而确定构件断面尺寸设计方法。 2． 安全寿命设计：传统疲劳设计方法都是安全寿命设计。所谓安全寿命指在某一环境下，在已知小于疲劳破坏许用应力的最大负载概率时工作的循环次数。由ζ-N 曲线获得ζr ，并利用ζmax-ζmin 疲劳图进行设计。 应力应变循环图(小载荷) 应力应变循环图(大载荷) 第四节 疲劳强度的常用表示法 在静强度计算中，所用材料的强度指标是屈服极限ζS 和强度极限ζb ，静载强度计算的出发点是名义应力(或称基本应力)，而疲劳强度计算中，所用材料的强度指标是疲劳极限ζr ，计算的出发点是是局部应力(或称峰值应力)。 将破坏应力与加载循环次数N 绘成如图5-7所示的曲线，曲线上对应的某一循环次数N 的破坏应力即为该循环次数条件下的疲劳强度，曲线的水平渐近线代表疲劳极限。 ()n dN da ?K = 第五节影响焊接结构疲劳强度的因素 (一) 应力集中的影响 当局部峰值应力达到材料屈服极限时，在断裂前局部材料将产生塑性变形，造成应力重新分布，故实际峰值应力低于理论峰值应力。在这种情况下，应该用有效应力集中系数Kf来估计，其值为光滑试样的疲劳强度ζp与有效应力集中试样的疲劳强度ζp’之比对接接头焊缝形状变化不大，因此和角接接头及十字等相比，应力集中程度要小，接头疲劳强度最高。 (二) 焊接残余应力的影响 在ζa和ζm表示的疲劳图中，曲线ACB代表不同平均应力时的极限应力振幅值ζa。当构件中的应力振幅值大于极限振幅值时，将发生疲劳破坏。随着ζm的增加，极限应力幅值有所下降。 (三) 材料表面状态 材料表面有缺陷易造成疲劳强度降低。疲劳裂纹开始产生于材料表面，尤其在拉伸载荷作用下，表层应力最高。 (四) 焊接缺陷的影响 焊接缺陷在焊件中会引起应力集中，在交变载荷作用下，很容易引发疲劳裂纹。缺陷对疲劳强度的影响比对静载强度的影响大得多。 (五) 不同强度金属的影响 强度极限越高，材料对应力集中就越敏感，只有表面抛光的试件其疲劳强度才能随强度极限的提高而增大。 (六) 其他影响因素 1．试样尺寸的影响：尺寸增大，疲劳极限降低； 2．负载特点：交变弯曲疲劳破坏的寿命最短。 3．温度升高，裂纹扩展速率随之增高。 第六节提高焊接接头疲劳强度的措施 (一) 降低应力集中 1.采用合理的结构形式 2．尽量采用应力集中系数小的焊接接头。 3．改善非连续的几何形状，缓和应力集中 (二) 调整残余应力场 在易产生裂纹的缺口部位预制残余压应力，消除接头应力集中处的残余拉应力。 (三) 表面强化处理 焊接结构疲劳强度相关知识 1.焊接结构疲劳失效的原因 焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面：①客观上讲，焊接接头的静载承受能力一般并不低于母材；而承受交变动载荷时，其承受能力却远低于母材，而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切的关系。这是引起一些结构因焊接接头的疲劳而过早失效的一个主要的因素；②早期的焊接结构设计以静载强度设计为主，没有考虑抗疲劳设计，或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善，以至于出现了许多现在看来设计不合理的焊接接头；③工程设计技术人员对焊接结构抗疲劳性能的特点了解不够，所设计的焊接结构往往照搬其它金属结构的疲劳设计准则与结构形式；④焊接结构日益广泛，而在设计和制造过程中人为盲目追求结构的低成本、轻量化，导致焊接结构的设计载荷越来越大；⑤焊接结构有往高速重载方向发展的趋势，对焊接结构承受动载能力的要求越来越高，而对焊接结构疲劳强度方面的科研水平相对滞后。 2 影响焊接结构疲劳强度的主要因素 2.1 静载强度对焊接结构疲劳强度的影响 在钢铁材料的研究中，人们总是希望材料具有较高的比强度，即以较轻的自身重量去承担较大的负载重量，因为相同重量的结构可以具有极大的承载能力；或是同样的承载能力可以减轻自身的重量。所以高强钢应运而生，也具有较高的疲劳强度，基本金属的疲劳强度总是随着静载强度的增加而提高。 但是对于焊接结构来说，情况就不一样了，因为焊接接头的疲劳 强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系，也就是说只要焊接接头的细节一样，高强钢和低碳钢的疲劳强度是一样的，具有同样的S-N曲线，这个规律适合对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头型式。Maddox研究了屈服点在386—636MPa之间的碳锰钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲劳裂纹扩展情况，结果表明：材料的力学性能对裂纹扩展速率有一定影响，但影响并不大。在设计承受交变载荷的焊接结构时，试图通过选用较高强度的钢种来满足工程需要是没有意义的。只有在应力比大于+0.5的情况下，静强度条件起主要作用时，焊接接头母材才应采用高强钢。 造成上述结果的原因是由于在接头焊趾部位沿溶合线存在有类似咬边的熔渣楔块缺陷，其厚度在0.075mm-0.5mm，尖端半经小于0.015mm。该尖锐缺陷是疲劳裂纹开始的地方，相当于疲劳裂纹形成阶段，因而接头在一定应力幅值下的疲劳寿命，主要由疲劳裂纹的扩展阶段决定。这些缺陷的出现使得所有钢材的相同类型焊接接头具有同样的疲劳强度，而与母材及焊接材料的静强度关系不大。 2.2 应力集中对疲劳强度的影响 2.2.1 接头类型的影响 焊接接头的形式主要有：对接接头、十字接头、T形接头和搭接接头，在接头部位由于传力线受到干扰，因而发生应力集中现象。 对接接头的力线干扰较小，因而应力集中系数较小，其疲劳强度也将高于其他接头形式。但实验表明，对接接头的疲劳强度在很大范围内变化，这是因为有一系列因素影响对接接头的疲劳性能的缘故。如试样的尺寸、坡口形式、焊接方法、焊条类型、焊接位置、焊缝形状、焊后的焊缝加工、焊后的热处理等均会对其发生影响。具有永久 《焊接技术》课程标准 课程编码：课程类别：一门专业主干课 适用专业：机械设计与制造 授课单位：机械设计与制造专业团队 学分：2 学时：36 编写执笔人及编写日期： 审定负责人及审定日期： 1．课程定位和课程设计 1.1课程性质与作用 本课程是一门专业主干课程。其任务主要是讲述常用的各种焊接方法的过程本质、焊接工艺、焊接方法、质量控制，使学生了解各种焊接方法的特点和应用，从而进一步掌握常用金属材料的焊接性及焊接工艺，掌握焊条电弧焊等常用焊接方法与焊接工艺。 本课程是以《工程材料与热处理》、《电工电子》等为专业前导课，教学中要求学生对这几门专业课程知识点的衔接，注意融会贯通。 1.2课程设计思路 1.这门课内容上有难度，经反复讨论研究，觉得在“够用、实用”的前提下，开展教学。在具体教学中注意讲清楚概念，要避免涉及过多过深的理论叙述和复杂的公式推导，在课堂上要充分利用多媒体PPT、录像等手段，以提高课堂的教学效果；必要时可在现场教学，以增加学生的感性认识。 2.焊接的冶金基础、焊接的方法、焊接的材料、焊接的工艺是本课程的基础，要重点讲解，对焊接应力与变形、焊接的缺陷防止、典型焊接钢结构等作必要的介绍。 3.为了使学生更好的掌握本课程的内容，除课堂教学外，应重视实验，实验课应有意识地培养学生分析问题和实际动手能力。 4.本课程的课外作业，应明确和巩固所学的基本知识和概念为主，不应过偏、过难；为培养学生的应用所学知识解决问题的能力，应注意选择一些实际问题作为习题，供学生分析探讨。 2．课程目标 （1）专业能力 ①培养学生理解掌握常见的焊接原理、冶金基础、焊接工艺，具备对焊接图纸一定识读能力； ②培养能正确的选择焊接方法、选择焊接材料、确定焊接工艺，能分析常见焊接缺陷产生原因及防止措施； ③培养具有电弧焊接、气体保护焊等焊接的一定操作能力； ④能正确查阅相关资料、手册选择用焊接结构、焊接材料、焊接设备、焊接工艺等能力。 （2）方法能力 ①具有较好的学习新知识和技能的能力； ②具有较好的分析问题和解决问题的能力； ③具备查阅相关资料、手册选用焊接结构、焊接材料、焊接设备、焊接工艺等能力。 （3）社会能力 ①具有较好的学习新知识和技能的能力； ②具有较强的组织和团队协作能力； ③具有较强的敬业精神和良好的职业道德。 3．课程内容与教学要求 教学要求： 一、填空题 1、焊接结构是以金属材料轧制的板材和型材作基本元件，采用焊接加工方法，按照一定的结构组成的，并能承受载荷的（金属）结构。P1 2、焊接结构的分类：按钢材类型可分为板结构和格架结构；按综合因素分类可分为容器和管道结构、房屋建筑结构、桥梁结构、船舶与海洋结构、塔桅结构和机器结构。P2-4 3、管材对接的焊接位置可分为：平焊位置、横焊位置和多位置；板材对接的焊接位置可分为：平焊位置、横焊位置和立焊位置；板材角接的焊接位置可分为：平焊位置、横焊位置和立焊位置。P15 5、凡是用文字、图形和表格等形式，对某个焊件科学地规定其工艺过程方案和规范及采用相应工艺装备的技术文件，称之为焊接生产工艺规程。它是生产中的技术指导性文件，是技术准备和生产管理及制定生产进度计划的依据。P21 6、焊接结构制造工艺过程的主要工序有：划线（放样或号料）、切断、成形、边缘加工、制孔、装配、焊接、检验、涂漆等。P22 7、焊接结构的生产通常由四部分组成，分别是：1 生产前的准备、2 金属加工或零、部件的制作、3 装配焊接、4 成品加工、检查验收和包装出厂。P27 8、在焊接结构制造的零件加工过程中，根据对工件所产生的作用和加工结果，钢材的基本加工方法可分为：变形加工和分离加工。P38 9、在焊接结构制造的零件加工过程中，钢材经过划线和号料后，就转入下料工序，其中，主要的完成方式主要有：机械切割和热切割。P62 10、在进行焊接结构生产的装配过程中，必须具备以下三个基本条件：定位、夹紧、以及测量。 11、在焊接结构生产中，选择合理的装配一焊接顺序很关键，目前，装配一焊接顺序基本有三种类型：整装整焊、分部件装配、和随装随焊。P144 12、在焊接结构生产的转配过程中，根据不同产品、不同生产类型，有不同的装配工艺方法，主要有：互换法、选配法、和修配法。P144 13、焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工的空间位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械装备。P174 14、焊接机器人工作站通常由工业机器人、焊接设备、周边设备、系统控制设备、辅助装置、等部分组成。P208 15、焊接生产线可分为三种类型，分别是：刚性焊接生产线、柔性焊接生产线、和介于二者之 焊接结构作业1 1. 简述焊接结构的特点（优势与不足）。 2. 简述构件焊接性的含义，哪些因素影响构件焊接性？ 3. 比较电弧焊（MIG ）与电阻焊（点焊）过程中产热机构、散热机构和热量传递方式方面 的差异。 4. 哪些因素会影响MIG 过程产热及散热？ 焊接结构作业2 1. 举例说明焊接结构过程中涉及到几种热量传递方式。 2. 比较交流TIG 焊与电阻焊的有效热功率的差异。 3. 什么是焊接热循环？描述焊接热循环的参数有哪些？ 4. 请在典型焊接热循环曲线上标出各热循环参数并解释其意义。 5. 比较长段多层焊与短段多层焊的特点和使用范围。 焊接结构作业3 1. 什么是内应力?有什么特点? 2. 内应力的分类（作用范围划分）、温度应力产生原因。 3. 什么是自由变形、内部变形、外观变形？之间有什么关系？ 4. 画出低碳钢的屈服极限随温度的变化曲线。 5. 简述长板条中心加热条件下的变形及应力产生分布情况。 6. 长板条中心加热—冷却后残余应力的产生机理（过程） 焊接结构作业4 1. 长板条一侧加热—冷却后，残余应力的产生及分布情况。 2. 长板条一侧加热时变形及应力的演变过程。 3. 以低碳钢平板条中心焊接为例说明焊接温度场与对应高温时的应力分布情况。 4. 说明受拘束体在热循环中应力与变形的演变过程。（以低碳钢为例）分三种情况 焊接结构作业5 1. 某种钢材（（T s=960MPa的杆两端完全拘束的条件下温升多少才屈服？（注： E=210GPa, -6 a =1.2 X 10 ）。 2. 某种钢材（（T s=300MPa的杆两端完全拘束，环境温度为30C，问在均匀的加热的 焊接车间管理制度 目的：使每位员工在认真执行公司各项规章制度的同时，更好的做到提高产品质量、增加生产效益、降低生产成本、确保生产安全。 适用范围：焊接生产车间所有员工。 管理内容：劳动纪律、岗位要求、工作环境要求、定位管理、安全操作。 一、劳动纪律 1、焊接车间所有员工必须遵守公司各项规章制度； 2、焊接车间所有员工必须无条件完成上级管理人员安排的生产任务（除非有不可抗拒的因素）； 3、所有员工不得醉酒上班，以免毁坏公司形象，避免安全隐患，人为损坏工具、量具、仪器的必须照价赔偿； 4、上班时不得无故窜岗、闲聊与工作无关的事，严禁在车间内嬉戏打闹追逐，严禁在厂内打架斗殴；； 5、不能电话请假，必须事先书面请假，在主管同意后方可不来上班；两天以上病假必须有病历证明； 6、不得把个人情绪带到工作当中，以免发生不必要的冲突，工作中遇到异常情况要及时反馈； 7、不得越级反馈问题，要随事逐级反馈，本部门能解决的尽量在本部门解决； 8、不得有偷窃行为，不得私自加工与本部门无关的产品，必要时须经车间主管同意。 二、岗位要求 1、操作人员必须严格按照设备操作指引及注意事项去作业，遵守安全制度和劳动纪律，不违章作业，保养设备时必须关闭电源；； 2、焊接操作人员上班时间必有穿防护服、穿戴防护用品，不得赤手拿取工件，以免材料生锈及弄脏产品； 3、所有操作人员必有熟悉本岗位生产中所用的各种原料及产品性能、设备性质，懂得防火和人体的安全急救知识，并能熟练的操作与正确使用安全和消防设施，在发生事故苗头时，应具有及时排除不安全因素的能力； 4、操作人员有义务查问与本岗位无关的人员，未经许可，任何人不准乱动设备、仪器等，不是自己分管的设备、工具不得动用； 三、工作环境要求 1、地面必须干净，无油污、无纸屑、无烟头、无痰迹、无其他生活垃圾、无工作过程中 出现的废物； 2、工作台不得摆放与工作无关的物件，随时保证台面干净，不得有焊渣铁屑类的物体； 3、操作机器时应检查水电气设备是否正常，有异常的现象，应立即切断电源，确保安全 的情况下进行处理，不能处理的须报部门主管，不得私自拆卸； 4、设备的清洁由当班生产人员完成，设备清洁时必须切断电源部位，不得直接有水清洁，不得直接用手与转动部位接触，清洁要干净，要求做到设备及其四周无杂物； 5、工作区域要保持干净、整洁，垃圾由当班人员负责清理，工作的残余物料必须回收到 指定的回收箱内或垃圾箱内； 四、定位管理 1、车间的工具摆放：常用工具摆放在工具箱中，非常用工具摆放到固定位置； 2、每班使用模具，必须按架子标识摆放到指定位置，不得堆放到工作区域或任意放置在 架子上； 3、安全通道内不得摆放任何产品、物料等； 4、垃圾桶、扫把、手动叉车等放到固定的区域内，每日由生产班组用完后进行清理，部 门主管负责做好日常检查，督促员工做好本职工作，并保持工作环境干净整洁； 5、所有产品要轻拿轻放，有得随意抛、摔产品，有条件的情况下，产品不得落地，避免 划伤、变形等不良产生； 五、安全操作 1、未经考试合格及未持有操作证者，不准上岗作业，徒工应有师傅带领； 2、上班不得穿凉鞋、拖鞋，操作前，焊工必须穿戴好各种劳动防护用品，以防烫伤，灼伤、触电等事故的发生； 3、焊机上不准放置导电物品，离开操作现场应关掉焊机电源； 4、焊接操作现场周围10米内不得有易燃，易爆物品，焊机所用电气系统的导线绝缘良好，防止触电，火灾，爆炸等不良事故的发生； 焊接技术教学内容及教学计划 郑华 2007-5-12 一、课程的性质和任务 焊接技术是工农业生产和国防建设需要的，也是机械制造与修理行业的一个重要的加工工艺方法。学好焊接技术将来为祖国经济建设和人们的生活需要服好务。是每名从事焊接人员应该做到的，所以学习好焊接理论，为以后实际操作打下坚实的基础。 二、课程的基本要求 1、焊接技术从业人员职业道德规范。 2、焊接概论。 3、金属材料的基本知识。 4、焊接材料。 5、常用焊接设备。 6、接头型式和焊缝空间位置。 7、手工电弧焊基本操作技术。 8、气焊与气割基本操作及注意事项。 9、氨弧焊及二氧化碳气体保护焊基本操作程序。 10、焊工安全防护知识。 三、教学内容 （一）、焊接技术从业人员职业道德规范。 1、为什么要学习焊接技术。 2、热爱本职、忠于职守。 3、钻研业务、提高技能。 4、务实高效、竭诚奉献。 （二）、焊接概论 1、焊接对工农业生产的重要性。 2、焊接工艺发展史。 3、从事焊接工作的发展方向。 （三）、钢的分类 1、按化学成分来分析钢的性质。 2、按用途来分钢的结构。 3、按含碳量来分低中高钢及工业钝钢。 4、按冶炼方法来分。 5、综合分类。 （四）、焊接材料 1、什么叫焊接材料都包括哪些物质。 2、对焊条的要求和分类。 3、焊条的涂药。 4、我国对焊条是怎样化分的。 5、焊条的选用原则。 6、焊条的检验方法及贮存条件。 （五）、焊接设备 1、电焊机构造及工作原理及维修。 2、气焊与气割工作原及操作方法。 3、氨弧焊的工作原理及操作事项。 4、二氧化碳气体保护工作原理及维护方法。（六）、焊接型与焊缝的空间位置。 1、对接接头 2、搭接接头 3、丁型接头 4、角接接头 5、水平位置的焊接 6、垂直位置的焊接 7、横缝位置的焊接 8、仰焊位置的焊接 （七）手工电弧焊基本操作 1、手工电弧焊规范及运条过程 2、引弧 3、运条 4、烧弧 （八）、气焊与气割基本原理及操作 1、氧气瓶和减压器构造 焊条电弧焊 一、焊条电弧焊概念、特点及应用 焊条电弧焊是工业生产中应用最广的一种焊接方法，它适用于厚度2mm以上的各种金属材料和各种形状结构机械零件的焊接。特别适用于结构形状复杂、焊缝短小，弯曲式各种空间位置的焊接。利用电弧作为焊接热源的熔焊方法，称为电弧焊。用手工操作进行焊接的方法称为焊条电弧焊，简称手弧焊。 特点：设备简单，操作方便、灵活，适应性强，尤其适合于形状不规则、批量较小的工件焊接。但和自动焊相比，生产率较低，焊接质量不稳定，对操作者技术水平要求较高。 应用：它是机械制造业应用最广的一种焊接方法。广泛应用于舰船船体、高炉炉壳、建筑结构、锅炉、机车车厢、高压容器及管道等部件的连接。 二、焊接电弧 焊接电弧是在电极与工件之间气体介质中进行的强烈而持久的放电现象。其组成可分为三个部分：（1）阴极区；（2）弧柱区；（3）阳极区。其中弧柱区温度可高达5000~8000K。 三、手弧焊设备种类及使用方法 手弧焊设备又叫弧焊机，按照供应电流的性质可分为二种：交流弧焊机、直流弧焊机。 1．交流弧焊机 交流弧焊机是具有一定特性的降压变压器。它具有结构简单，价格便宜，使用方便，噪声较小及维护容易等优点，工艺上一般能满足要求，但电弧稳定性较差。 BH-300交流弧焊机是广泛使用的一种典型设备。B表示交流弧焊变压器，H表示焊机具有下降特性曲线，结构为动铁芯式。300表示弧焊机的最大输出电流300安培。 BX1-300主要技术参数：一次电压为380V，空载电压为60-80V，工作电压为20~30V，电流调节范围60~300A，额定电流为300 A。 2．直流弧焊机 直流弧焊机由一台互感电动机和一台直流弧焊发电机组成。其主要特点是：电弧稳定好，焊缝质量高，但结构复杂，制造成本高，使用时噪声较大。典型的直流弧焊机有ZXG-300等。 四、焊条的组成及使用 焊条由焊芯、药皮两部分组成。 1．焊芯 焊芯是由优质焊条专用钢经轧制、拉拔后制成的金属条。它在焊接过程中的主要作用有两个：导电的电极、焊缝中的填充金属。 2．药皮 药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层。它是由多种矿石粉、易电离物质粉末、铁合金粉及粘接剂组成。主要作用有四个：稳弧、造渣及造气、渗合金、脱氧及去硫磷。 在焊接过程中，焊芯和药皮由于电弧的高温不断熔化。药皮熔化后完全覆盖在金 课题二：手工电弧焊 教学前准备： 1、安全教育规范 2、焊接工具是否齐全 3、电源线有无破损 4、弧焊电源运转是否正常。讲解时间示范时间练习时间30分钟10分钟300分钟 讲解内容： 手工电弧焊 一、手工电弧焊 1、手工电弧焊：手工电弧焊简称手弧焊，是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。 操作时焊条和焊件分别作为两个电极利用焊条与焊件之间产生的电弧热量来熔化焊接金属，冷却后形成焊缝。 2、焊接：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 加工方法。 3、焊接电弧：由焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极与焊件间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。 4、焊条：是由钢芯和药皮组成 常用的直径有2.5 3.0 4.0 5.0 mm 焊条牌号：E4303 E：焊条 43：字母后面的第一位和第二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值为430兆帕 0或1：第三位数字表示全位置焊接 03：第三位和第四位表示药皮类型为钛钙，电源极性为交流或直流正反接。 5、焊钳：是用于夹持焊条进行焊接的工具 二、平焊操作要领 1、操作要点 平焊的操作姿势；划擦引弧法; 直击引弧法 2、焊前准备 (1) 焊机选用交流弧焊机BX1—330或BX3—300或选用直流弧焊机ZXG—300型 (2) 焊条E4303型或E5015型，直径为3.2 4.0 mm (3) 焊件采用低碳钢长*宽为150*150mm 板厚4~6mm 焊条BX1-500弧焊电源 交流弧焊机：BX1 动铁式BX3 动圈式 直流弧焊机：ZX7 逆变式ZX5 可控硅式 3、操作要领 （1）平焊操作姿势 媒体文章 结构疲劳分析技术新进展 安世亚太 雷先华 众所周知，疲劳累积损伤是导致航空产品结构失效的主要原因之一，而结构失效往往给航空器带来灾难性后果，因而在现代航空产品设计中通常要求进行较为准确的结构疲劳寿命预测。由于疲劳的形式和影响结构疲劳的因素都非常繁多，因而并没有一套放之四海而皆准的疲劳寿命预测算法，多数算法都只能在某些特定情况下才能获得满足工程精度要求的预测结果。现代疲劳分析软件通常需要在通用疲劳算法的丰富性和先进性（核心）、有限元应力应变计算的准确性和精确性（基础）、以及针对特殊疲劳问题进行处理的方法多样性和完整性（全面）等方面进行持续不断的改进方能较好地满足工程设计的要求。下面我们以安世亚太高级疲劳分析软件Fe-safe为例，简要阐述其在这些方面的新进展。 1．基于临界平面法的精确多轴疲劳算法 航空器上的零部件通常都是在多轴疲劳载荷作用下工作，此时，材料的循环应力应变关系由于受到加载路径的影响而变得相当复杂。目前，多轴疲劳破坏的准则主要有三大类：应力准则、应变准则和能量准则。众多分析及试验对比证明，组合最大剪应变和法向应变的Brown-Miller准则和Wang-Brown准则对于韧性材料具有最好的计算精度，而主应变准则则适合于脆性材料。 对于航空结构中常见的、而且是最复杂的多轴非比例加载情况，由于载荷间的相位关系在不断变化，结构中每个位置点处的主应力/应变、最大剪应力/应变等参数的方向（所在平面）都是随加载历程而不断变化的，也就是说损伤累积在每个位置处都有方向性。对于很多软件所采用的Wang-Brown准则，它无法直接考虑这种方向变化性，只是利用了一个附加的材料参数来考虑法向应变对裂纹萌生的影响。 Fe-safe独特地提供了“临界平面”算法来配合Brown-Miller准则、主应变准则等，以获得最好的计算精度。临界平面法的核心思想是：将每个位置处的应变分解到按某种规律变化的一系列平面上，计算每个平面上的损伤，以这些平面中的最小寿命作为该位置的寿命。 2．独特的焊接结构疲劳算法 焊接连接是航空器上非常常见的结构连接方式，在航空结构设计中具有非常重要的地位，但焊接部位同时也是最容易产生疲劳裂纹问题的位置。现有疲劳分析软件几乎无一例外都是按照“焊接分类”（如英国BS7608标准）的方法来进行焊接结构疲劳分析的，该方法在大量工程实例的基础上根据预期的疲劳裂纹位置而将焊接结构分为数个类型（B、C、D、E、F、F2、G、W等），每个类型对应一条相互平行的S-N曲线用于疲劳评估。因此，在焊接结构疲劳分析中存在两个主要问题极大地影响了其工程应用：一是焊接分类的标准难以把握（事实上焊接类型是无穷多的）；二是由于焊接位置通常都是应力集中位置，难以精确计算应力分布。 焊接技能训练 初级工技能 第一章焊接基础知识 第一节焊接概述 教学目的和要求 1.掌握焊接的定义、分类及优缺点。 2.了解国内外焊接技术发展与应用概况。激发学生学习兴趣。教学难点、重点 1.焊接的定义、分类及优缺点。 2. 了解国内外焊接技术发展与应用概况。 教学时间：2课时 教学过程： 一、组织教学 二、导入新课 1.金属连接的方式 在金属结构和机器的制造中，经常需要用一定的连接方式将两个或两个以上的零件按一定形式和位置连接起来。金属连接方式可分为两大类：一类是可拆卸连接，即不必毁坏零件（连接件、被连接件）就可以拆卸，如螺栓连接、键和 销连接等。另一类是永久性连接，也称不可拆卸连接，其拆卸只有在毁坏零件后才能实现，如铆接、焊接和粘接等。2．焊接的定义 焊接就是通过加热或加压，或两者并用，并且用或用填充材料，使焊件达到结合的一种加工工艺方法。 3．焊接分类 按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三类。 熔焊是在焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。目前熔焊应用最广，常见的气焊、电弧焊、电渣焊、气体保护电弧焊等属于熔焊。 压焊是在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。如电阻焊、摩擦焊、气压焊、冷压焊、爆炸焊等属于压焊。 钎焊是采用比母材熔点低的钎料作填充材料，焊接时将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。常见的钎焊方法有烙铁钎焊、火焰钎焊等。4．焊接的特点 焊接与铆接、铸造相比，可以节省大量金属材料，减轻结构的重量，成本较低；简化加工与装配工序，工序较简单，生产周期较短，劳动生产率高；焊接接头不仅强度高，而且 课次：1-2 课题：电弧焊运条方法 教学目标：掌握基本焊接运条方法并熟悉各种运条方法区别教学步骤 一．学习目标及技能要求 掌握不同工况使用相对应运条方法 二．教学重点 运条方法的不同而致使的不同结果，学会分析处理三．课前准备 J422焊条BX1-315手工焊机Q235碳钢面罩 敲渣锤等 四．教学方法 （1）理论辅导（2）示范操作（3）巡回指导五．教学过程 1）引弧： 手工电弧焊的焊接过程是从引弧开始的，引弧方法有擦划法引弧和直击法引弧。 1.擦划法引弧是先将焊条前端对准焊件，然后将手腕扭转，使焊条在焊件表面轻微划一下，焊条提起2-4mm，即在空气中产生电弧，后将电弧长度保持在焊条直径允许的范围。 2.直击法引弧是将手腕下弯，焊条轻微碰一下焊件。 2）运条 各种不同运条方法 1.各种运条方法及特点与应用 各种运条方法的相同点：采用手腕运条，稳定、均匀速度，频率节奏鲜明。动静结合。柔性。 ①直线运条方法—特点：不横向摆动，熔宽小，电弧稳定熔深好。应用：各种角焊缝、开坡口对接焊缝的打底层。 ②直线往复运条方法—特点：在直线上做往复运动，采用手腕前进10mm，后退3mm停顿，再前带10mm,回复3mm---.节奏鲜明，快慢分明，带要快，回要慢。焊速快，焊缝窄，适合在对接接头开坡口的打底层施焊。特别是间隙较大时更显示其优点。也可以应用在角焊缝、多层多道焊的角焊缝最后一道，横对接盖面层的最后一道。因为其花纹与其他道花纹一致，因此应用较广。 ③锯齿形与月牙形运条方法：特点：都采用横向摆动，获得一定熔宽。采用中慢边停前带的运条方法。边缘停留时间是防止坡口边缘产生未融合与咬边现象，中快是保证余高符合要求。不同之处是锯齿形中间停留时间比月牙形停留时间短，所以余高小。应用范围不同：锯齿形一般应用在填充 《焊接结构生产》课程教学大纲 一、课程性质与任务 本课程是焊接专业的一门必修专业课，主要从分析焊接结构产生应力与变形的原因入手，较为全面而系统的介绍焊接接头的基本概念及静载强度。焊接结构的工艺性、产品结构的零件加工工艺、装配与焊接工艺及其所用工艺装备、产品制造工艺过程的制定以及典型焊接结构的生产工艺，焊接车间的组织管理、安全生产及车间平面布置等基本知识。 二、课程目的和要求 1、初步掌握焊接应力产生的原因，控制、减小和消除焊接应力和变形的措施。 ２、初步掌握焊接接头的种类、应力分布规律，焊接接头的静载强度计算方法及结构疲劳与脆断的基本知识。 ３、初步掌握焊接结构制造的一般工艺流程，能够根据产品图样、技术要求和生产性质、合理的制定一般焊接结构的零件加工、装配、焊接工艺规程。 ４、初步学会分析一般焊接结构的工艺性，能对中等复杂的焊接结构图样进行工艺性审查，熟悉生产过程各环节对产品质量的影响和保证质量措施。 ５、了解焊接结构生产中常用工艺装备的功用、结构特点、工艺装备适用范围和使用要求，并初步具有选用和设计一般装备——焊接夹具的能力。 ６、了解焊接车间的平面布局、生产组织管理及安全生产方面的基本知识，初步学会绘制焊接车间或工段的简单平面布置图。 四、讲授内容及要求 课题一、绪论 焊接结构的应用与发展、焊接结构的特点。 课题二、焊接结构概述 １、焊接结构的基本构件。包括梁、柱及桁架结构；焊接容器结构；机械零件部件焊接结构；薄板焊接结构。 ２、焊接结构生产工艺过程。包括生产组织与准备；备料加工；装配与焊接；结构质量检验；焊接结构安全评定。 课题三、焊接应力与变形 １、应力与变形的基本知识。 ２、焊接应力与变形产生的原因。 ３、焊接应力。包括焊接残余应力的分布规律，焊接残余应力对焊接结构的影响，减小焊接残余应力的措施，消除焊接残余应力的方法，焊接残余应力的测定。 ４、焊接变形。包括焊接变形的种类及其影响因素，预防焊接变形的措施，矫正焊接残余变形的方法。 课题四、焊接接头的静载强度 １、焊接接头类型 包括焊接接头的基本形式和电弧焊焊缝的类型。 ２、常用焊接接头的工作应力分布 讲授应力集中的概念，电弧焊接头的工作应力分布，电阻焊接头的工作应力分布。 ３、焊接接头的设计与静载强度计算 讲授焊接接头的设计要点，电弧焊与点焊接头的静载强度计算方法。 ４、焊接接头的疲劳破坏与脆性断裂。 课题五、焊接结构的工艺性审查 １、焊接结构工艺性审查的目的与步骤。 ２、焊接结构工艺性审查的内容。 ３、焊接结构工艺性审查实例。 课题六、焊接结构零件加工工艺 １、钢材的矫正及预处理。 ２、划线、放样与下料。 ３、弯曲与成形。 ４、拉延与旋压。 课题七、焊接结构的装配与焊接工艺 １、焊接结构的装配 讲授装配的基本条件、零件的定位原理及定位、装配中测量、装配用工夹具及设备、装配的基本方法，装配方法的选用与装配工艺过程的制订。 ２、焊接结构的焊接工艺 讲授焊接工艺制订的内容和原则、焊接方法的选择、焊接工艺参数及热参数的确定， 电子元器件和焊接技术 第一节常用电子元器件的识别 教学目的：识别各种常用的电子元器件，熟悉他们的名称、符号、规格和用途。 学会用基本的检测方法判断元器件的质量好坏。 教学重点：各种常用的电子元器件，熟悉他们的名称、符号、规格和用途。 教学目的：各种常用的电子元器件的测试方法。 教学过程： 一、常用电子元器件 导入：电子电路是由电子元器件组成的。常用的电子元器件：电阻器、电容器、电感器、半导体器件、电声器件、光电器件及各种传感器等。本章将介绍这些元器件的特性、种类、命名方法、主要技术指标、引脚的识别和测量方法。 1、电阻器 什么叫电阻？它的性质是对电流有阻碍作用，并且对直流电和低频交流电的阻碍相同，在电路中常用于控制电流和电压的大小以及实现阻抗匹配等。 电阻器和电位器 根据国家标准的规定，电阻器及电位器的型号由四部分组成：第一部分为主称，用字母表示，“R”表示电阻器，“W”表示电位器；第二部分表示电阻器主要材料，一般用一个字母表示；第三部分表示电阻器的主要特征，一般用一个数字或一个字母表示；第四部分表示序号，一般用数字表示，以区别该电阻器的外形尺寸及性能指标等。 二、电阻器的检测方法与经验： 1固定电阻器的检测。 A将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。根据电阻误差等级不同。读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。 B注意：测试时，特别是在测几十kΩ以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，至少要焊开一个头，以免电路中的其他元件对测试产生影响，造成测量误差；色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最好还是用 万用表测试一下其实际阻值。 2电位器的检测。检查电位器时，首先要转动旋柄，看看旋柄转动是否平滑，开关是否灵活，开关通、断时“喀哒”声是否清脆，并听一听电位器内部接触点和电阻体摩擦的声音，如有“沙沙”声，说明质量不好。用万用表测试时，先根据被测电位器阻值的大小，选择好万用表的合适电阻挡位，然后可按下述方法进行检测。 A用万用表的欧姆挡测“1”、“2”两端，其读数应为电位器的标称阻值，如万用表的指针不动或阻值相差很多，则表明该电位器已损坏。 B检测电位器的活动臂与电阻片的接触是否良好。用万用表的欧姆档测“1”、“2”(或“2”、“3”)两端，将电位器的转轴按逆时针方向旋至接近“关”的位置，这时电阻值越小越好。再顺时针 焊接技术公开课教案标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N] 手工焊接技能训练 高场职中：谢自能 实训班级： 实训地点：焊接室 实训课时：2课时 实训目的： 1、了解手工焊接的基本技能知识； 2、通过练习，掌握手工焊接的基本技能； 实训重点：焊接方法、焊接技术。 实训难点：焊接温度和时间的掌握。 实训器材： 1、35W内热式电烙铁一个； 2、烙铁架一个； 3、焊剂、焊料各若干； 4、印制电路板一块； 5、废旧电阻、电容若干； 6、不同规格废旧电线若干； 7、其他：镊子、沙子、剪子、改刀 实训教学设计：讲解、提问、实物演示、、学生实践操作。 实训步骤： 1、对电烙铁进行检测： ①利用万用表对电烙铁进行线路检查（包括：线路短路、断路及发热芯是否正 常；） ②无误后将其烙铁头取下进行加工镀锡； 2、烙铁头加工： ①将取下的烙铁头用沙子对其焊接面进行加工，将其烙铁头园斜面上的打磨光 滑且全显紫铜； ②将打磨好的烙铁头上在电烙铁，接到220V的交流电源上进行通电预热镀 锡；（右手：握笔式拿电烙铁；左手：拿焊锡丝） 3、将待焊电线和电路印制板以及焊剂、焊料准备好，等待焊接； 4、印制板焊接训练： 第一步，将准备好的电阻和电容安装到印制板上，用预热好的电烙铁头放到待焊点上进行预热；（） 第二步，在对焊点预热约1秒后对准焊点用电烙铁沾取适量的焊剂对抹，然后对准焊焊点进行均匀的涂点送焊料； 第三步，待焊料在焊点上已经充分的熔化，并在点上能形成饱满的圆点，使电阻或电容已与印制板充分的连接，此时迅速的撤离焊料； 第四步，继续对焊点进行短时的加热，待焊点上的焊料恰好覆盖住焊点，形成圆润、饱满的焊点，此时迅速的沿45度方向撤离电烙铁，让焊点上的焊料自然冷却； 第五步，待焊料充分的冷却后，用工具剪去过长的电阻或电容的管脚。 5、导线的焊接训练： 第一步，将导线的绝缘层去除，并按照不同导线的连接方式进行初步连接； 第二步，用预热好的电烙铁对连接好的导线进行初步处理：清洁，然后沾取适量的焊剂对导线的连接处进行搪锡处理； 第三步，用烙铁对准导线的连接处进行加热，待焊点温度已经达到焊接时，用左手持焊料对准焊点送焊料； 第四步，待焊料在焊点上已经充分的熔化，并且熔化的量足够时，迅速撤离焊料； 哈尔滨职业技术学院 教案 课程名称：焊接职业素养 任课教师：宁亮亮 部门：机械工程学院 课程题目第二节焊接装配图课时2 教学目的： 1.掌握焊接装配图的组成 2.了解焊接结构装配图的特点 3.掌握识读焊接装配图的方法和步骤 4.了解装配图的规定画法和读典型装配图 教学重点与难点： 重点：识读焊接装配图的方法和步骤 难点：装配图的规定画法和读典型装配图 教学方法与手段： 讲授法和提问法。多媒体PPT和板书相结合的教学手段 教学内容与课时分配： 1.焊接装配图的组成和特点25分钟 2.识读焊接装配图的方法和步骤20分钟 3.装配图的规定画法25分钟 4.识读典型装配图20分钟 教具： 多媒体 作业与思考： 教学后记： 教学内容备注 第二节焊接装配图 一、焊接装配图的组成 图纸是工程的语言，读懂和理解图纸是进行施工的必要条件。焊接结构是以钢 板和各种型钢为主体组成的，因此表达钢结构的图纸就有其特点，掌握了这些特点 就容易读懂焊接结构的施工图，从而正确地进行结构件的加工。 焊接装配图是焊接作为一名焊工，只有全面理解设计者的意图，看懂焊接结构装 配图，详细分析图样中有关焊接的技术。 作为一名焊工，只有全面理解设计者的意图，看懂焊接结构装配图，详细分析图 样中有关焊接的技术条件，焊接装配图是焊接结构生产过程的核心，才能按图样要 求完成焊接结构的装配，制造出合格的焊接结构产品. 焊接结构装配图是用来表达金属焊接构件的工程图样，它是指导焊接构件的加工、 装配、施焊和焊后处理，并能清楚地表达焊接构件的结构形状、接头形式及尺寸、 焊缝位置和焊接要求的技术文件。 通常所指的焊接装配图就是指实际生产中的产品零部件或组件的施工图。它 与一般装配图的不同在于图中必须清楚地表示与焊接有关的问题，如坡口与接头形 式、焊接方法、焊接材料型号和焊接及验收技术要求等。图为一筒体的焊接装配图。 焊接图例如下2-1所示。 《焊接培训》教案 目录 引言焊接技术的发展 (4) 1 锡焊及其特点 (5) 1.1 锡焊 (5) 1.2 锡焊的特点 (5) 2 锡焊的原理 (5) 本章小结 (6) 第一章锡焊工具与材料 (7) 1.1 锡焊工具 (7) 1.1.1 电烙铁 (7) 1.1.2. 其它常用工具 (18) 1.2 焊接材料 (18) 1.2.1 焊料 (18) 第二章锡焊工艺 (25) 2.1 锡焊工艺要求及基本条件 (25) 2.1.1 锡焊工艺要求 (25) 2.1.2 锡焊基本条件 (25) 2.2 锡焊工艺过程 (26) 2.3 焊接质量检验 (29) 2.3.1 锡焊检查的意义 (29) 2.3.2 焊接质量的检验内容 (30) 第三章手工锡焊技术 (31) 3.1 手工焊接基本操作 (31) 3.2 手工焊接操作步骤 (33) 3.3 手工锡焊技术要领 (36) 3.4 焊接质量检验 (38) 3.4.1 锡焊检查的意义 (38) 3.4.2 焊接质量的检验内容 (38) 第四章导线焊接 (39) 4.1 导线焊接过程 (40) 4.2 导线在典型焊件上的焊接 (43) 4.3 拆焊 (45) 第五章印制电路板焊接 (48) 5.1 印制电路板的焊接过程 (48) 5.2 印制电路板上典型元件的焊接 (54) 第六章工业生产锡焊 (56) 6.1 浸焊 (56) 6.2 波峰焊 (58) 6.3 再流焊 (60) 引言 焊接技术的发展 由于电子产品不断向微型化发展和绿色环保的要求，使得现代电子焊接技术得到了新的改观，它具有以下几个主要特点： ⑴使用无铅焊料及免清洗技术。 ⑵大规模生产中，应用计算机集成制造系统，提高焊接的效率和质量。 ⑶采用特种焊接、无铅焊接、无加热焊接等多种焊接方法。 焊接是金属加工的主要方法之一，它是将两个或两个以上分离的工件，按一定的形式和位置连接成一个整体的工艺过程。焊接的实质，是利用加热或其它方法，使焊料与被焊金属原子之间互相吸引、互相渗透，依靠原子之间的内聚力使两种金属达到永久、牢固地结合。 通常现代焊接技术可分为熔焊、压力焊和钎焊三大类。熔焊是焊接过程中，焊件接头加热至熔化状态(母材熔化)，不加压力就完成焊接的方法，如电弧焊、气焊及等离子焊等。压力焊是焊接过程中，必须对焊件加压力完成焊接的方法，在这一过程中可以加热也可以不加热，如超声波焊、脉冲焊及锻焊等。钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将钎料和焊件加热到高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法，如火焰钎焊、电阻钎焊及真空钎焊等。根据使用钎料的熔点不同，也可将钎焊分为软钎焊(熔点低于450℃)和硬钎焊(熔点高于450℃)两种。 软钎焊中的锡焊是电子工业中应用最普遍的焊接技术，在电气工程中占有重要的地位，也是电工、电子实践操作应掌握的技能之一。 课程名称 焊接结构生产 第一讲 课时 2 教学目的 1、学生了解本学期学习的主要内容和要求； 2、掌握装配基本条件、装配基准选择，了解装配工夹量具。 教学重点 1、装配基本条件 2、装配基准选择 教学难点 1、装配基本条件和装配基准选择的理解 教学方法 黑板板书，课堂提问，互动讲授教学 授课内容： A. 上学期学习回顾： 上学期讲了前四章，进行焊接实习 重要概念： （1） 焊接结构？（焊接？） 焊接结构：是将各种经过扎制的金属材料或铸、锻等的坯件通过焊接的方法，制成能承受一定载荷的金属结构。 焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或者不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。 （2） 焊接结构生产工艺过程？ 焊接结构生产工艺过程是根据生产任务的性质、产品的图纸、技术要求和工厂条件，运用现代焊接技术及相应的金属材料加工和保护技术、无损检测技术来完成焊接结构产品的全部生产过程的各个工艺过程。 四个步骤： 生产准备――材料加工――装配和焊接――质量检验与安全评定 焊接结构生产的工艺过程介绍 B. 本学期课程简介： 1、焊接结构得装配与焊接工艺 2、焊接结构工艺性审查及典型生产工艺 3、焊接结构生产得组织与安全技术 C、焊接结构装配的概念、基本条件和装配基准： 第五章焊接结构的装配与焊接工艺 第一节焊接结构的装配（1） 一、焊接结构的装配的概念？ 焊接结构的装配是指将已加工好的零件，采用适当的工艺方法，按生产图纸要求的位置关系组合成产品结构的工艺过程。 二、焊接结构的装配在焊接结构件生产中的重要性？ （1）装配的质量（精度等）直接影响结构件最终的质量； （2）装配方法影响焊接工序的实施； （3）装配的工作量较大，几乎占整个结构生产的30%~~40% 下料—计划；装配----组织；焊接---实施； 例如：一个安装小组5人，可能1人备料，2人装配，2人焊接 工厂内批量生产时，结构件的装配都是由具有丰富焊接、装配经验的技术人员来担任。 三、装配的基本条件： 装配的基本条件:指零件在装配过程中应遵循的基本原则 举例：支架构件的装配工艺流程，及装配过程图 第1,2课时 焊接基础知识 教学目标： 知识与技能：1、了解焊接的概念及分类。 2、知道焊接电弧的组成及焊接电弧的偏吹。 过程与方法：1、理解焊接参数的概念 2、掌握焊接接头的种类及接头型式 情感态度价值观：以图片和视频吸引学生注意，激发学习兴趣。 教学重点：焊接的分类、焊接电弧的偏吹 教学难点：焊接参数、焊接接头的种类及接头型式 教学方法：讲授法 教学准备：多媒体教学 教学过程： （一）导入： 观看图片、视频导入。 （二）新授： 一、焊接的概念及分类 1. 焊接的概念： 焊接就是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料使焊件达到结合的一种加工方法。 2. 焊接的分类： 按造焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊、钎焊三类。（1）熔焊，熔焊是在焊接过程中将焊接接头加热至熔化状态，不加压力完成的焊接方法。我们常用的焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊、气焊等都属于这种焊接方法。（2）压焊，压焊是在焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。电阻焊、摩擦焊、爆炸焊等都属于这种焊接方法。 （3）钎焊，钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料将焊件和钎料加热到高于钎料的熔点，低于母材的熔化温度，利用液态钎料润湿母材填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。常见的钎焊方法有烙铁钎焊、火焰钎焊等。 二、焊接电弧： 1、电弧的组成 由焊接电源供给的，具有一定电压的两极间，在气体介质中，产生强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三个部分组成。 2、焊接时的极性和应用 用直流电源焊接时焊件接电源正极，工件接电源负极称为正接；焊件接电源负极，工件接电源正极称为反接。交流电源不存在正反接。 焊接时极性的选用： 直流弧焊时，为获得较大的熔深，可采用正接，这是因为电弧的阳极区温度较高，在焊接薄板时，为防止烧穿，可采用反接。当采用低氢型（碱性）焊条时，为保证电弧稳定性必须采用反接。 3、焊接电弧的偏吹 在焊接过程中，因气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，会出现电弧中心偏离电 《金属材料》课程教学大纲 课程简介： 本课程是机械设计制造及其自动化、过程装备与控制工程、热能与动力工程、理论与应用力学专业的技术基础课程之一。其目的是使学生获得有关工程结构和机械零件常用的金属材料和非金属材料的基本理论和性能特点，并使其初步具备合理选择与使用材料、正确制定零件的冷热加工工艺路线的能力。 本课程主要担负着以下几方面的任务：使学生掌握金属及合金的成分组织结构与性能之间的关系及其变化规律；学会分析铁碳合金状态图，从而掌握钢铁的成分、组织和性能的关系，为合理选用钢铁材料打下一定的基础；了解钢铁热处理概念和工艺，掌握钢——热处理——组织——性能之间的关系，为合理选用热处理工艺打下必要的基础；在金属材料方面应掌握常用金属材料的工业牌号、热处理工艺及用途，为合理选用金属材料打下一定的基础；对非金属材料性能和用途作一般性的了解。 在学习本课程前应先完成金工实习。本课程可为后续相关的专业课程设计服务。学生通过学习该课程后可掌握有关工程材料的性质、加工性以及热处理工艺等方面的基础知识。 一、课程教学内容及教学基本要求 绪论 本章重点：熟悉本课程的内容、要求及学习方法 第一节、工程材料在近代工业中的地位和作用及与本专业的关系； 第二节、本课程的内容； 第三节、本课程的教学目的，要求和学习方法。 本节要求了解(考核概率20%) 第一章金属的晶体结构与结晶 本章重点：晶体的基本概念；影响晶核形成和长大的因素及细化晶粒的方法。难点：常见金属的晶体结构及纯金属的实际结构。 第一节纯金属的晶体结构 一、晶体的基本概念 晶格、晶胞、晶格常数 二、常见金属的晶体结构类型 体心、面心、密排六方晶格 本节要求理解(考核概率60%)，作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容； 第二节纯金属的实际结构与晶体缺陷 一、单晶体与多晶体 二、晶体缺陷 空位与间隙原子，位错、晶界和亚晶界 本节要求理解(考核概率60%)，作业布置一道题，要求通过作业理解所学内容； 第三节纯金属的结晶 一、结晶的基本概念 过冷现象，过冷度、冷却曲线 二、结晶过程的基本规律 形核、核长大 三、影响晶核形成和长大的因素 过冷度、变质处理，获得细晶粒金属的方法 本节要求理解(考核概率80%)，作业布置二道题，要求通过作业理解所学内容； 第二章二元合金的相结构与相图 本章重点：掌握合金相结构的基本类型；熟悉状态图的建立及用途。难点：掌握二元合金状态图的基本类型。 第一节合金的晶体结构 一、合金的定义和实用意义，组元、相和组织 二、合金相结构的基本类型焊接结构疲劳强度相关知识
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第四章焊工识图 第二节 焊接装配图教案.
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