焊接技术立体精品教案

1、一、自我介绍 简单介绍自已，对这门课简单介绍，并联系该专业与这门课的联系性，让大家认识到这本书的重要性。二、新课引入 焊接技术在古代就已经使用，在20世纪初就开始应用于现代工业，本节将对焊接技术在工程建设中的作用和地位、焊接的本质和分类、焊接技术的发展进行讲述，让同学们对焊接知识有一定印象。三、新课内容 （一）、焊接技术在工程建设中的作用和地位焊接技术现已广泛应用于航空航天、原子能、石油化工等工业领域。就工程建设而言，焊接技术已经成为最重要的工艺之一，如石油化工建设中的各种罐、槽、釜、塔以及大量管道的焊接。而且也是最重要、工作量需要最大。并且焊接比其它连接方法更具优势。就目前来说，焊接技术也有

2、一些缺点，如会产生焊接变形，存在焊接残余应力、容易产生裂纹等，其检测技术也比较复杂。由焊接缺陷引起的结构失效和破坏还时有发生。如我国重庆的綦虹桥和韩国的汉江大桥的突然断裂。因此，焊接技术是一项要求极为严格的制造技术，有自身的科学规律和方法，同时有许多标准，所有的焊接工程师和焊工上岗焊接，都需经过严格的考试和发证，而且现在正在制定世界标准。（二）、焊接的本质及分类两个或两个以上零件连接，有螺钉连接、铆接、胶接以及焊接。在所有连接方法中，焊接是应用最广泛、最重要的金属材料的永久连接方法。焊接是指通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。焊接不仅可以使金属材料永久地

3、连接起来，也可以使非金属材料达到永久连接的目的，如玻璃焊接、陶瓷焊接等，但在工业生产中应用最广泛的是金属焊接。焊接与其它连接方法不同，通过焊接连接材料不仅在宏观上建立永久性连接，而且在微观上建立了组织之间的内在联系。因此，就要使分离金属的原子间产生足够大的结合力，才能建立组织之间的内在联系，形成牢固接头。这对液体来说是很容易的，而对固体来说，则比较困难，需要外部给予很大的能量，以使金属接触表面达到原子间的距离。为此，金属焊接时要采用加热、加压或两者并用的方法。按焊接过程中金属所处状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三类。熔焊是加热不加压，在加热条件下，增强金属的原子动能，促进原子间的相

4、互扩散，当被焊金属加热至熔化状态形成液态熔池时，原子间可以充分扩散和紧密接触，因此冷却凝固后，即可形成牢固的焊接接头。常见的气焊、电弧焊、埋弧焊等。压焊是加压可加热，如锻焊、摩擦焊和气焊，并且不进行加热，仅在被焊金属的接触面上施加足够的压力，借助于压力所引起塑性变形。钎焊是采用比母材熔点低的第三种金属材料钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料表面张力润湿母材，润湿的金属和要被结合面产生化学反应，实现去除氧化膜、氧化皮等。（三）、焊接技术的发展近代焊接技术，是从1882年出现碳弧焊开始，直到20世纪30年代，在生产上还只采用气焊和手工电弧焊等方法。由于焊接具有节省

5、金属，生产率高，产品质量好和能大大改善劳动条件等优点，所以在20世纪中期得到迅速发展。20世纪40年代初期出现了优质电焊条，使焊接工艺科到飞跃。20世纪40年代出现埋弧焊和电阻焊，实现了焊接过程的机械自动化。20世纪50年代出现了气体保护焊，到60年代，出现等离子焊、电子束焊等，使焊接技术达到一个新的水平。现代焊接技术自出现以来，一直引导新工业的发展，出现了数十种新的焊接工艺方法，当今，焊接作为一种传统技术又面临新的挑战，材料从黑色金属向有色金属变化，从金属向非金属变化，从结构材料向功能材料变化，从多维材料向低维材料变化，因而对焊接工艺提出新的要求。（四）、学习建议本书较系统介绍焊接技术中熔焊

6、基本原理、焊接材料、焊接检验、焊接结构基础、常用金属材料的焊接以及有关的焊接工艺知识。学习时要注意综合应用已学知识，调整和总结自已的方法，注意理论与实践的联系，在理解和掌握基本原理的基础上，培养分析和解决问题的能力。有条件的情况下应参加焊接专业的职业技术培训，取得相关证书。三、课堂总结 本堂课为焊接工艺绪论，从焊接技术在工程建设中的作用和地位讲解焊接技术，对焊接的本质、焊接的定义和分类进行讲解，对焊接技术的发展进行讲解，了解焊接发展史，最后提出学习本书的一些建议。四、作业布置 P3 1，2，3；五、课堂后记一、知识回顾 上节课所学内容为焊接技术中的绪论，讲解焊接技术在工程建设中的作用和地位讲解

7、焊接技术，对焊接的本质、焊接的定义和分类进行讲解，对焊接技术的发展进行讲解，了解焊接发展史，最后提出学习本书的一些建议。二、新课引入 金属熔焊的一般过程为加热、熔化、冶金反应、结晶、固态相变、形成接头，这是一个复杂的过程。本节课将学习焊接热过程中的常用的焊接热源、焊接过程热效率、焊接温度场的变化，以及焊接热循环的相关知识。三、新课内容 （一）、常用焊接热源及传热方式1、常用焊接热源熔焊时，要对焊件进行局部加热。由于金属具有良好的导热性，加热时热量会向金属内部流动，为保证焊接区金属能快速达到熔化状态，并防止加热区过宽，要求焊的熔点且加热范围小。常用焊接热源有电弧热、化学热、电阻热、摩擦热、电子束

8、、等离子束等。2、焊接过程的热效率焊接时，热源所产生的热量并不能全部得到利用，其中有一部分损失于周围介质和飞溅中。焊件和母材所吸收的热量称为热源的有效功率。以电弧焊为例，公式为P0=UI，其中U为电弧电压，I为焊接电流P0为电弧功率。有效功率为P=UI=P0, 为焊接加热过程中的热效率，或称功率有效系数。的大小与焊接方法、焊接工艺参数、焊接材料和母材等因素有关，一般由实验测定。如碳弧焊最高为0.65，埋弧焊为0.9，焊条电弧焊为0.87。焊接时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热能称为热输入，以E表示，E=P/v=UI/v，E为焊接线能量，v为焊接速度。3、焊接传热的基本方式自然界中热量的传递

9、有热传导、对流和辐射，这与焊接一致。(二)、焊接温度场1、焊接温度场的表示和特点焊接时，焊件上各点温度不同，并随时间变化。焊接过程中某一瞬间焊接接头上各点的温度分布状态称为焊接温度场。可以由列表法、公式法或图像法表示。2、影响温度场的因素分别为热源的性质及焊接工艺参数，被焊金属的热物理性质，焊件的几何尺寸及状态。热源的性质：热源越集中，加热面积小，温度场等温线分布密集。在焊接工艺中，热源功率和焊接速度的影响最大。被焊金属的热物理性质：热导率、比热容、传热系数等对焊接温度场的影响较大。焊件的几何尺寸：影响导热面积和导热方向。（三）、焊接热循环焊接热循环讨论的是焊件上某一点的温度与时间的关系。这决

10、定了该点的加热速度、保温时间和冷却速度，对焊接接头的组织与性能都有明显影响。1、焊接热循环概念表示焊件某点随温度与时间的关系。2、焊接热循环的主要参数及特点有加热速度、最高温度、相变温度以上停留时间、冷却速度、焊接热循环的特点等。3、多层焊的焊接热循环分为长段多层焊和短段多层焊。长段多层焊为长度为1m以上的多层焊，由于焊道较长，焊完前一道再焊下一道，前层已经冷却了。而短焊道为长度在50400mm，前层焊道的温度可以保持在Ms点以上。4、影响焊接热循环的因素主要影响因素有焊接规范和线能量、预热和层间温度、焊件尺寸、接头形式、焊道长度等。三、课堂总结 本堂课为焊接热过程，知识量较大，从常用焊接热源

11、及传热方式来讲授，并对焊接热效率、焊接温度场、焊接热循环进行讲解，对温度场和热循环的影响因素，调整办法进行计授，对焊接热过程有一系统认识。四、作业布置 P41： 1，2，3；五、课堂后记一、知识回顾 上节课所学内容为焊接热过程，对焊接温度场的意义，焊度场的表述方式进行了学习，对焊接热循环进行了学习，并与同学们一起画热循环和温度场分布图，掌握了基本知识。二、新课引入 本节课将对焊接化学冶金过程进行学习，对熔焊的焊接区热源和类型，对熔滴过度以及熔池构造进行学习。三、新课内容 （一）、焊缝金属的组成1、焊条的加热和熔化焊条电弧焊时焊条是电弧放电的电极之一，加热熔化进入熔池，与熔化的母材混合而成焊缝，

12、焊条的加热与熔化，对焊接工艺过程的稳定性，化学冶金反应以及焊缝质量有直接影响。分电弧热和电阻热，电弧热是最主要的热源，电阻热应该控制小，不宜过大，否则焊条分解发生分解等不良反应。2、熔滴过渡的主要形式自由过渡大滴过渡：下垂滴状过渡、大滴排斥过渡喷射过渡 ：射滴过渡、射流过渡、旋转射流过渡 爆炸过渡：接触过渡：短路过渡、搭桥过等。3、熔滴上的作用力1）、电磁收缩力 2）、重力3）、等离子流力 4）、斑点力5）、爆破力 6）、表面张力（二）、常见问题1、熔滴上的作用力有哪些？ 答：焊条端头的金属熔滴受以下几个力的作用：表面张力、重力、电磁收缩力、斑点压力、等离子流力和其他力。 2、什么是熔滴和熔滴

13、过渡？ 答：电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的，并向熔池过渡的液态金属滴即熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程即熔滴过渡。3、熔滴过渡分为哪几种类型？各自的特点是什么？ 答：熔滴过渡形式大体上可分为三种类型，即自由过渡、接触过渡和渣壁过渡。 自由过渡是指熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之间不发生直接接触。接触过渡是焊丝端部的熔滴与熔池表面通过接触而过渡。在熔化极气体保护焊时，焊丝短路并重复地引燃电弧，这种接触过渡亦称为短路过渡。TIG 焊时，焊丝作为填充金属，它与工件间不引燃电弧，也称为搭桥过渡。渣壁过渡与渣保护有关，常发生在埋弧焊时，熔滴是从熔渣的空腔壁上流下的。 4、什么是喷射过

14、渡？它可分为哪几种过渡形式？ 答：在纯氩或富氩保护气体中进行直流负极性熔化极电弧焊时，若采用的电弧电压较高（即弧长较长），一般不出现焊丝末端的熔滴与熔池短路现象，会出现喷射过渡。 熔滴呈细小颗粒并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式称为喷射过渡。根据不同的焊接条件，这类过渡可分为射滴、亚射流、射流及旋转射流等形式。 5、什么是短路过渡？它有哪些焊接特点？ 答：在较小电流、低电压时，熔滴未长成大滴就与熔池短路，在表面张力及电磁收缩力的作用下，熔滴向母材过渡的过程称短路过渡。这种过渡形式电弧稳定，飞溅较小，熔滴过渡频率高，焊缝成形较好，广泛适用于薄板焊接和全位置焊接。 短路过渡的主要焊接特点

15、有： （1）由于采用较低的电压和较小的电流，所以电弧功率小，对焊件的热输入低，熔池冷凝速度快。这种熔滴过渡方式适宜于焊接薄板，并易于实现全位置焊接。 （2）由于采用细焊丝，电流密度大。例如：直径为1.2mm的碳钢焊丝，当焊接电流为160A时，电流密度可达141A/mm2，是通常埋弧焊电流密度的2倍多，是焊条电弧焊的810倍，因此对焊件加热集中，焊接速度快，可减小焊接接头的热影响区的焊接变形。 短路过渡是CO2气体保护焊的一种典型过渡方式，焊条电弧焊也常常采用。 三、课堂总结 本堂课重点对焊条的熔化热进行了讲授，并对熔滴过渡形式和6种熔滴过渡作用力进行了讲授，最后以问题的题目进行了复习 。四、作

16、业布置 P41： 4，5；五、课堂后记一、知识回顾 上节课所学内容为焊接化学冶金过程，对焊接温度场的意义，焊度场的表述方式进行了学习，对焊接热循环进行了学习，并通过对三层焊，来掌握焊接热循环的变化情况。二、新课引入 本节课将讲授熔池中的有害元素的影响，对有害元素氧氢氮硫磷的来源和危害进行学习，并将对如何控制这些有害元素进行分析。三、新课内容 （一）、氢对焊缝金属的作用1、氢的来源来源于焊条药皮或焊剂中的有机物、结晶水或吸附水，焊伯和焊丝表面的污染物、空气中的水份。2、氢与焊缝金属的作用1）、氢的溶解氢能深于铁、镍等金属中，氢向金属中的溶解因焊接方法的不同而不同，气保焊时，氢通过气相与液态金属的

17、界面以原子或质子的形式溶于金属。电渣焊时，氢通过渣层溶入金属。氢在铁的溶解是以原子或离子溶入的，并且温度越高，溶解度越大。2）、氢与金属的作用方式氢与金属的作用方式分两种，第一种是与金属形成稳定的氢化物，如ZrH2，TiH2等，在氢不多时，形成固溶体，较多时为氢化物。第二种是形成间隙固溶体，如铁、镍等。3）、氢在焊缝金属中的扩散在钢焊缝中，氢大部分以氢原子或质子状态存在，与铁形成间隙固溶体。由于氢原子半径小，扩散能力强，一部分可自由扩散，另一部分扩散到晶格缺陷中，形成氢分子。并且，当焊件放置的时间增加，扩散氢和总氢含量减少，残余氢增加。3、氢对焊接质量的影响形成氢气孔，氢以分子状态存在。第二种

18、为产生白点，含量较高时，在金属的断面可以观察到一种白色圆形斑点，称为白点。第三种是导致氢脆，使钢的塑性下降。第四种为形成冷裂纹。4、控制气的措施1）、焊条、焊剂使用前应烘干处理2）、去除焊件及焊丝表面的杂质3）、冶金处理（加入萤石CaF2，可以形成HF而逸出）4）、控制焊接工艺参数5）、焊后的脱氢处理如焊后加热焊件，氢可以逸出。（二）、氮对焊缝金属的影响主要来源于空气。在金属中，以氮原子存在，或者以NO存在，温度越高溶解度越高。氮的影响可以形成氮气孔，降低力学性能和时效脆化，以固溶体存在，塑性降低。主要通过加强保护，短弧焊接 ，控制成份来控制氮的影响。（三）、氧对焊缝金属的作用1、氧的来源来源

19、于氧化性气体如CO2、O2、空气、铁锈、水等。2）、氧对焊缝金属的作用氧以原子氧和氧化亚铁存在于液态铁中，随温度升高，溶解度增大。3）、氧对焊缝质量的影响 包括降低焊缝金属的强度、硬度等，引起焊缝金属的热脆和冷脆，产生气孔，产生飞溅等。4）、控制氧如控制氧的来源，控制焊接工艺等。5）、脱氧先期脱氧，在焊条药皮或药芯中的氧化物于高温时分散出氧，药皮中的脱氧剂与其反应，形成渣。沉淀脱氧，用脱氧剂与FeO反应，形成如SiO2等杂质，然后再与药皮中的MnO2结合生成渣。扩散脱氧，FeO与SiO2直接结合生成渣。（四）、硫和辜负的危害和脱除1、硫、磷的危害和脱除硫和磷来源于母材、焊丝、焊条、药皮或焊剂的

20、原材料。主要以FeS存在，磷以Fe3P等存在。因此应限制材料。脱硫和脱磷较为复杂，可以有元素脱硫，熔渣脱硫和冶金脱硫等。三、课堂总结 本堂课讲授内容为焊缝金属中的有害元素的影响，对焊缝金属中的氧、氢、氮、硫、磷的来源，危害及控制方法，以及对这些元素的去除方法进行了讲授，并重点掌握了几种脱氧方式。四、作业布置 P41： 8，9，10，11；五、课堂后记一、知识回顾 上节课所学内容为有害元素对焊缝金属的影响，对氧、氢、氮、硫、磷的来源和危害，对这些元素在焊缝中的影响，以及如何控制这些有害元素进行了学习。二、新课引入 焊缝金属的合金化是通过焊接材料向焊缝金属过渡一定合金元素的过程，本次课将学习焊缝金

21、属合金化的目的和方式，对对焊接接头的组织和性能进行学习，对热影响区的性能进行学习。三、新课内容 （一）、焊缝金属的合金化1、焊缝金属合金化的目的可以补偿焊接过程中合金元素的损失；消除焊接工艺缺陷，改善焊缝的组织与性能；并能获得具有特殊组织的堆焊金属。2、合金化的方式可以应用合金焊丝，也可以用合金药皮或陶质焊剂，或者应用药芯焊丝和药芯焊条，或应用合金粉末，以及应用转换反应达到效果。（二）、焊接接头的组织与性能焊接接头由焊缝、熔合区、热影响区三部分组成，熔池金属在经历了一系列化学冶金反应后，随着热源远离温度迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝，并在继续冷却中发生固态相变。熔合区和热影响区在焊接热源的作用

22、下，也将发生不同的组织变化。很多焊接缺陷，如气孔、夹杂物、裂纹等都是在上述这些过程中产生，因此，了解接头组织与性能变化的规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。1、熔池的凝固与焊缝金属的固态相变随着温度下降，熔池金属开始了从液态到固态转变的凝固过程，并在继续冷却中发生固态相变。熔池的凝固与焊缝的固态相变决定了焊缝金属的结晶结构、组织和性能。在焊接热源的作用下，大的冷却速度还会使焊缝的化学成分与组织出现不均匀的现象，并可能产生缺陷。1）、熔池的凝固焊缝金属由液态转变为固态的凝固过程，即焊缝金属晶体结构的形成过程，称为一次结晶。这个过程由晶核不断形成和长大两个因素构成，还受到焊接热循环的

23、制约。熔池凝固的特点有熔池体积小，冷却速度大，熔池中液态金属处于过热状态，合金元素烧损严重，使熔池中作为晶核的质点大为减少，促使焊缝得到柱状晶；另外，熔池是在运动状态下结晶的。熔池的结晶由晶核产生和长大两个过程组成，熔池中生成的晶核有两种，即自发晶核和非自发晶核。熔池的结晶主要以非自发晶核为主。2）、焊缝金属的化学不均匀性在熔池结晶过程中，由于冷却速度很快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，因此，合金元素的分布是不均匀的，这种现象为偏析。根据焊接过程特点，焊缝中的偏析主要有显微偏析、区域偏析和层状偏析三种。显微偏析，在一个晶粒内部和晶粒之间的化学成分不均匀现象，称为显微偏析。熔池结晶时，最

24、先结晶的结晶中心的金属最纯，而后结晶部分含合金元素和杂质略高，最后结晶的部分，即晶粒和外碳和前端合金元素和杂质最高。影响显微偏析的主要因素是金属的化学成分，金属的化学成分不同，结晶区间大小就不同，一般情况下，合金元素含量越高，结晶区间就越大，变越容易形成偏析。区域偏析，由于柱状晶体的不断长大和推移把杂质推向熔池中心，使熔池中心的杂质比其它部位多，这种现象为区域偏析。影响区域偏析的主要因素是焊缝的断面开关，对于窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在焊缝中心，这时极易形成热裂纹。对于宽而浅的焊缝，杂质聚集在焊缝的上部，这种焊缝具有较强的抗热裂纹的能力，因此可以利用这一特点来降低焊缝产生热裂纹的可能。层状偏

25、析， 焊接熔池始终处于气流和熔滴金属的脉动作用下，所以无论是金属的流动或热量的供应，都具有脉动性。同时，结晶潜热存在，造成结晶过程周期性停顿。这些都使晶体的成长速度出现周期性的变化， 晶体长大速度的变化可引起结晶前沿液体金属中杂质浓度的变化，从而形成周期性的偏析。3)、焊缝金属的固态相变熔池凝固以后，焊缝金属从高温冷却到室温还会发生固态相变，焊缝金属的固态相变过程称为焊缝金属的二次结晶。2、熔合区的组织和性能熔合区是焊接接头中焊缝与母材交界的过渡区。即熔合线处微观显示的母材半熔合区，该区范围很窄。熔合区最高加热温度在固、液相线之间，焊接时部分金属熔化，通过扩散方式使液态金属与母材金属结合，因此

26、，晶粒粒大，性能降低。3、焊接热影响区的组织和性能熔焊时，不仅焊缝在热源的作用下要发生从熔化到固态相变等一系列的变化，而且焊缝两侧未熔化的母材也要经历一定的热循环而发生组织的转变。焊接过程中，母材因受热影响，而发生金相组织和力学性能变化的区域为热影响区。 1）、过热区加热温度在11001490度，在这样高温下，奥氏体晶粒严重长大，冷却后为晶粒粗大的过热组织，该区塑性低，尤其是冲击韧性比母材金属低。力学性能最差。2）、正火区，加热温度为9001100度，加热时该区的铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，由于温度不高，晶粒长大慢，冷却后得到均匀的铁素体和珠光体，相当于热处理中的正火组织，。力学性能较好。

27、3）、部分相变区，加热温度为Ac1Ac3，对低碳钢为750900度，该区母材中的珠兴体和部分铁素体转变为为晶粒比较细小的奥氏体，但仍有部分铁素体。性能不均匀。4）、再结晶区，加热温度为450750度，当母材先冷加工，在此温度中会再发生再结晶，塑性有一定提高。三、课堂总结 本堂课为焊接接头的组织和性能，讲授了熔池的凝固与焊缝金属的固态相变，对一次结晶、二次结晶，对于焊缝中存在的三种偏析，对低碳钢的热影响区的组织和性能进行了讲授。四、作业布置 P41： 17，18，20，22；五、课堂后记一、知识回顾 上节课所学内容为焊缝金属合金化的目的和方式，对焊接接头的组织和性能进行学习，对热影响区的性能进行

28、学习。二、新课引入 本节课为复习课，将对第一章所学内容系统复习，对熔焊过程中的金属和焊条的熔化，到冶金反应，到一次结晶，以及出现的偏析，到二次结晶，从这些过程来分析焊接的相关特点等。三、新课内容 （一）、焊接热过程1、焊接热源    电阻热和电弧热，区别他们在电阻焊、电弧焊的使用，能区分哪些是主要热源。2、焊接温度场    理解温度场的定义，对焊接温度场能通过曲线辨别。能画出等温线，对不同的参数的影响。影响温度场的主要因素明确，如热源的性质和焊接工艺参数，被焊接金属的热物理性质，焊件的集合尺寸和状态。3、焊接热循环    理解焊接热循

29、环的意义，他表示焊件上某点温度随时间变化的关系。    最高加热温度，温度高低影响再结晶、重结晶、晶粒长大等变化；相变温度以上停留时间，相变温度以上停留时间越长越有利于奥氏体的均质化过程，但温度过高，如1100度以上，会使晶粒长大，温度越高，晶粒长大需要时间越短。所以相变温度以上高温区停留时间过长，晶粒长大严重，接头的组织和性能差；冷却速度，冷却速度不同，得到的组织不同，一般用800到500度所需要的时间来表示冷却速度。    能理解多层焊接和单层焊接，焊接热循环的特点。因此上，应尽量用多层焊接，保证冷却速度慢，加热速度快，可以防止淬硬层的组织出现。（二

30、）、焊接化学冶金过程    研究熔焊的焊接区内各种物质之间在高温条件下的相互作用，其中不仅包括化学变化，而且包括物质在各个反应物的迁移和扩散。    焊接化学冶金过程，对焊缝金属的成分、组织、性能、某些焊接缺陷以及焊接工艺性能都有很大影响。1、焊缝金属的组成    加热和熔化焊条的热量，有电阻热、电弧热和化学热，化学热可以忽略，能区别电阻热的影响因素，并能加以控制。2、熔滴过渡的作用力    能区别6种作用力在不同的焊接位置，哪些是阻碍和促进作用。3、熔滴过渡形式    有三种形式，分别为粗滴过

31、渡、短路过渡和喷射过渡，能理解他们的特点。4、母材的熔化和熔池    能画出熔池的形状，能分别影响熔池宽度和熔池深度的因素，即电流和电压的影响。例如焊接厚的焊件，应调节电流。能理解熔池温度的变化。5、焊接化学冶金过程    焊接化学冶金过程，实质是金属在焊接条件下再熔炼的过程，与炼钢相比，无论在原材料还是冶炼方面，都有很大不同。熔焊时，应对金属进行保护。焊接冶金过程的特点能明确，如焊接冶金反应区连续进行，焊接冶金反应具有超高温性质，冶金反应界面大，焊接冶金过程时间短，熔融金属处于不断运动状态。6、焊接冶金反应区    有药皮反应区，包

32、括脱水区，有机物的分解反应，矿物质的分解反应，铁合金的氧化，气体间的反应，还有熔滴反应区，如气体的分解，氢气等的溶解，熔融金属的氧化反应，金属的蒸发和熔滴反应区。7、焊接熔渣    焊接熔渣的作用很多，有机械保护作用，改善焊接工艺性能，冶金处理作用，熔渣分为酸性、碱性和两性氧化物熔渣。（三）、有害元素1、有害元素的种类和来源    有害元素有氧、氢、氮、硫、磷。氧主要来源于有机物、水分、空气等。氢主要来源于有机物、水等。氮来源于空气。硫磷来源于母材等。2、氢的影响和控制    氢能溶解于金属，能和金属发生反应，能在金属中自由扩散，然后

33、形成氢气孔、白点、导致氢脆和形成冷裂纹。控制氢的方法很多，主要有对焊条、焊剂等进行烘干处理。去除焊件和焊丝表面的杂质，冶金处理，控制焊接工艺参数和焊后脱氢处理。3、氮的影响和控制    氮能形成氮气孔，能降低焊缝金属的力学性能，能产生时效脆化，所谓时效脆化是熔池在凝固过程中冷却速度大，氮气来不及逸出，从而使氮以过饱和状态溶于固溶体中，这是一种不稳定状态，随着时间推移，过饱和的氮会形成Fe4N，导致焊缝金属的塑性和韧性持续下降。    对氮进行控制，主要有加强焊接区的保护，选用合理的焊接工艺规范和控制焊接材料的成分。如增加焊接材料的含碳量，可以使氮的溶解度

34、降低。采用短弧焊接等。4、氧的影响和控制    降低焊缝金属的力学性能，引起焊缝金属的热脆、冷脆及时效脆化，产生气孔，降低焊缝金属的物理和化学性能，产生飞溅。应严格限制氧的来源，控制焊接工艺规范和脱氧处理。5、焊缝金属的脱氧    能区分三种脱氧方式，然后进行理解，能解决几个问题：什么是酸性焊条和碱性焊条；什么是扩散脱氧和沉淀脱氧；酸碱性焊条脱氧剂选择什么？为什么？ 为什么碱性焊条没有扩散脱氧？酸性焊条的主要脱氧方式是沉淀脱氧，请说明过程？（四）、焊接接头的组织和性能1、画出焊接接头的结构图    分别为焊缝、熔合区和热影响区。然后画

35、出他们的温度分布。2、能区分常见的三种偏析    显微偏析、区域偏析和层状偏析，分别在黑板上画出杂质的分布。3、对于低碳钢，掌握热影响区的组织和性能    分别为过热区、正火区、不完全重结晶区和再结晶区，能分析出不同区域的组织和性能。三、课堂总结 本节为复习课，对金属熔化焊的过程，如加热、熔化、冶金反应、结晶、固态相变和形成接头，对每个过程进行了复习，给同学们建立了系统的认识。并对焊缝有了更深的了解。四、作业布置 P41： 13，14，19 ； 五、课堂后记一、知识回顾 通过上节课，学习到熔焊过程中从加热到熔化、冶金反应，凝固和固态相变以及热影响区的组织

36、和性能，对焊接温度场、焊接热循环、熔滴过渡作用力和过渡方式、偏析、有害元素的影响和控制、热影响区的组织和性能进行了掌握。二、新课引入 如果我们给一根铁棒两端加压力，它们的变化过程如何？我们再给一个铁棒加热，它的变化过程又是如何，再思考一下，铁碳合金的相变过程，是不是会存在应力呢？本节我们将学习焊接应力与变形。三、讲授新课（一）、焊接应力与变形的基本知识1.焊接变形物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。 当使物体产生变形的外力或其它因素去除后变形也随之消失，物体可恢复原状，这样的变形称为弹性变形。当外力或其它因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状，这样的

37、变形称为塑性变形。物体的变形还可按拘束条件分为自由变形和非自由变形。在非自由变形中，有外观变形和内部变形两种。 以一根金属杆的变形为例，当温度为T0时，其长度为L0，均匀加热，温度上升到T时，如果金属杆不受阻，杆的长度会增加至L，其长度的改变LT=L- L0，LT就是自由变形，见图1-la。如果金属杆件的伸长受阻，则变形量不能完全表现出来，就是非自由变形。其中，把能表现出来的这部分变形称为外观变形，用Le表示；而未表现出的变形称为内部变形，用L表示。在数值上，L=LT-Le，（二）、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

38、、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。焊接是一种加热和冷却的热循环过程中，焊接时金属受热和冷却的整个热循环的温度范围通常在1500度以上，随着温度的变化，金属的物理化学性能会变化。1、均匀加热时引起的应力与变形的原因为了便于了解焊接时应力与变形的产生原因，首先对均匀加热时产生的应力与变形进行讨论。1）、自由状态的杆件假设有一钢杆，搁在两端无约束的支点上，对钢杆均匀加热后，钢杆便出现了线膨胀和体膨胀，随后均匀冷却，钢杆将恢复到原来的形状和尺寸。因为在整个过程中，钢杆始终处在自由无约束的状态下

39、，所以最终不会出现应力和变形。2）、不能自由膨胀的杆件假设钢杆两端被阻于两壁之间，限制了它在加热时的伸长，而允许在冷却时自由缩短，同时假设，杆件在受到纵向压力时不产生弯曲，加热时杆件与两壁间没有热传导，两壁为绝对钢性，不产生任何变形，整个杆件为均匀加热，均匀冷却。加热杆件，当温度升高时，杆件伸长，但由于杆件两端受阻，实际上没有伸长，相当于将杆件在自由状态下加热而伸长，最后，杆件会缩短。3)、两端完全固定的杆件假设钢杆两端完全固定，加热时既不能自由膨胀，冷却也不能自由收缩，最后杆件没有变形，但一定会产生内应力。2、不均匀加热及焊接过程引起应力与变形的原因假设有一块钢板，它是由许多自由伸缩的小板组

40、成，若在钢板一侧加热，由于是不均匀加热，距加热边越远的小板条受热温度越低。因为，金属在加热时的伸长量与温度成正比，因此，它们的伸长将相似于温度分布曲线的开关。这是理论伸长线，因为事实上所假设的无数小板条是互相结合牵制的。因此，温度高，伸长量大的板条要受到温度低、伸长量小的板条的压缩。而温度低伸长小的板条要受到温度高，伸长量大的板条的拉伸，故实际上钢板加热时伸长的情况为塑性变形。钢板在冷却时，互相牵制的小板条都在收缩，由于原来温度高的部分被压缩的伸长量大，因此，在冷却时的收缩也大，其余部分会减小，结果出现变形。四、课堂总结本节课讲授了焊接变成与应力的形成原因，自由状态的杆件，不能自由膨胀的杆件和

41、两端固定的杆件以及不均匀加热时及焊接过程中引起应力与变形的原因进行了学习，对焊接变形有了更深刻的认识。五、作业布置 P76：1，2；六、课堂后记一、知识回顾 通过上节课，学习到焊接应力与变形的原因，对均匀加热时自由状态的杆件，不能自由膨胀的杆件和两端完全固定的杆件，以及不均匀加热和焊接时引起的应力与变形的形成原因进行了学习。二、新课引入 焊接热过程是一个不均匀加热的过程，以致在焊接过程中出现应力和变形，焊后便导致焊接结构产生焊接残余应力和焊接残余变形。本节课将学习焊接残余变形的相关知识。三、讲授新课（一）、焊接应力与变形的分类、原因及危害1、焊接变形的分类分为局部变形和整体变形。焊接结构的局部

42、变形是指其中一部分的变形，主要包括角变形和波浪变形两种。这种变形对结构影响较小，也易于矫正。焊接结构变形的整体变形是指结构整体变形发生开关和尺寸的变化，它包括纵向和横向变形、弯曲变形、扭曲变形等。焊接变形可能是多样的，但最觉的变形是上述基本变形形式或其组织。2、焊接变形产生的原因1）、纵向收缩变形和横向收缩变形是指焊接及其附近加热区域的纵向收缩和横向收缩所产生的平等于焊缝长度方向和垂直于焊缝长度方向的变形。纵向变形是焊后纵向缩短。焊缝的纵向收缩量一般是随焊缝长度的增加而增加。另外，母材线膨胀系数大，其焊后焊缝纵向收缩量也大，如不锈钢和铝的焊后收缩量就比碳钢大；多层焊时，第一层引起的收缩量最大，

43、这是因为焊第一层焊时焊件的刚性较小。横向收缩，一般来讲，对接焊的横向收缩，随着板厚的增加而增加，同样板厚，坡口角度越大，横向收缩也越大。对于其它的焊接变形，通过图形来讲解变形形成的原因和特点。（二）、影响焊接残余变形的因素1、焊缝在结构中的位置焊缝在结构上的位置不对称，往往是造成结构整体弯曲变形的主要因素。2、焊接结构的刚性结构的刚性就是结构抵抗拉伸、弯曲和扭曲变形的能力，其大小主要决定于结构截面的形状、尺寸和布置。受同样大小的力，刚性大的结构变形小，刚性小的结构变形大，变形总是沿着结构或焊件刚性约束小的方向进行。3、焊件结构的装配及焊接顺序焊接结构的刚性是在装配、焊接过程中增大的，结构整体的

44、刚性总比它的零部件刚性大。所以，尽可能先装配成整体，然后再焊接，这样可减少焊接结构的变形。（三）、控制焊接残余变形的措施 控制焊接残余变形，应从结构的设计和焊接施工两方面考虑。下面主要学习焊接施工中的控制措施。1、选择合理的装焊顺序焊接结构的装焊顺序，可以采用先装配后焊接的方法。2、采用不同的焊接方向和顺序对称焊缝采用对称焊接，不对称焊缝应先焊焊缝较少的一侧。还可以采用分段退焊法等。3、反变形法根据生产中已经发生变形的规律，预先把焊件人为地制成一个变形，使这个变形与焊件发生的变形方向相反而变形量相等，以达到防止产生残余变形的方法为反变形法。4、刚度固定法刚性固定法的实质是在焊接时，将焊件固定在

45、具有足够刚性的基础上，使焊件在焊接时不能移动，在焊接完全冷却以后再将焊件放开，这时焊件的变形要比在自由状态下焊接时所发生的变形小。5、散热法散热法又称强迫冷却法，是把焊接处的热量迅速散走，使焊缝附近金属受热区域大大减少，以达到减少焊接变形的目的。此外，选择合理的焊接方法和规范对减小焊接变形也具有积极意义，如选用能量比较集中的焊接方法，如CO2焊，等离子弧焊等。四、课堂总结本节课讲授了焊接残余变形的形成原因，对6种焊接残余变形进行学习，对焊接残余变形的形成原因、影响因素以及焊接残余变形的控制进行了学习，掌握了五种控制焊接残余变形的基本方法。五、作业布置 P76：3，4，5；六、课堂后记一、知识回

46、顾 上节课所学内容为焊接变形的相关知识，对6种常见的残余变形，影响焊接残余变形因素，并重点学习了控制焊接残余变形的措施，对采用不同的焊接方向和顺序，反应形等方法进行控制。二、新课引入 焊接残余应力是影响焊接结构或焊接部件疲劳强度、脆性断裂和抗腐蚀性等性能的重要因素。同时，残余应力还会严重影响结构的机械加工质量和尺寸的稳定性。因此，了解焊接后残存在焊接结构中的应力分布情况，以及降低和消除焊接应力的措施是很必要的。三、讲授新课（一）、应力的分类焊接结构中，可以把应力分为热应力，拘束应力，相变应力，氢致集中应力和焊接残余应力。其中氢致集中应力是由于扩散氢聚集在显微缺陷处而引起的集中应力，往往在氢来源

47、较多，扩散氢含量高且不易扩散的条件下产生。（二）、焊接残余应力的分布及其对结构的影响1、焊接残余应力的分布在焊件厚度不大时，残余应力基本是双轴的，即纵横双向的，只有在大厚度的焊接结构中，厚度方向的残余应力才有较高数值。通常将平行于焊缝轴线方向的应力称为纵向残余应力，用x表示，将垂直于焊缝轴线方向的残余应力称为横向残余应力，用z表示。对低碳钢和普通低合金钢，焊缝附近压缩塑性变形区内的纵向应力x为拉应力，稍离开焊缝区，拉应力陡降，出现压应力。故，在对拉板的截面上，可以看出，焊缝附近为拉应力外侧为压应力。随着焊缝长度缩短，稳定区减少，当焊板较短时，不存在稳定区，并且焊板越短，焊缝中的纵向应力就越小，

48、因此，分段焊较好。对于圆筒环焊缝所引起的纵向应力，在焊缝及附近区域为拉伸应力，远离焊缝则为压缩应力，它与平板直缝不同，其数值取决于圆筒直径厚度等。并且随直径增大而增加。对于横向残余应力分布，一般认为，沿焊缝中心线的横向残余应力与焊缝及附近塑性变形区的纵向收缩引起的横向残余应力，另一个是由焊缝及附近塑性区横向收缩的不同引起的。2、残余应力对焊件性能的影响在焊接结构中，焊缝及附近的纵向拉伸残余应力可以达到s，如果外载产生的应力与它方向一致，则其变形将比没有内应力时要大，当卸载时，其回弹量小于加载变形量，构件不能回复到原始尺寸。（三）、减少残余应力措施1、从设计上考虑保证焊件强度的前提下，尽量减少焊

49、缝数量和减少焊缝尺寸；避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的间距；焊缝不要布置在高应力区及断面突变的地方，以避免应力集中；采用刚性较小的接头形式对管接头，可降低焊缝的约束度，减少焊接应力；在残余应力为拉应力的区域内，几何的不连续性会造成应力集中，使内应力在该处进一步增高，应避免几何不连续性。2、减少焊接应力的工艺措施采用合理的焊接顺序，如在焊接位置和焊接顺序上，先焊收缩量大的焊缝；在钢板拼接时，应先焊错开的短焊缝，后焊直通焊缝；为了提高接头强度，应先焊在工作时受力较大的焊缝，使内应力合理分布；在焊平面交叉焊缝时，应对交叉处进行处理。还可以采用降低接头局部的拘束度，预热的方法，以及对局部加热造成反

50、变形，采用锤击的方法。（四）、消除焊接残余应力的措施1、热处理法有整体高温回火，将整个焊接件或局部加热，然后保温的方法，热处理一般在炉内进行，对于大型结构就不适用。还有一种方法是局部高温法，对焊缝及附近区域进行加热，去应力效果不如整体加热。3、机械加载法有过载法，在构件加一定拉伸力，使其与焊缝区的拉伸残余应力叠加，以达到消除残余应力的目的。温差拉伸法，利用拉伸来抵消焊接时产生的压缩塑性变形，区别在于机械拉伸借助外力，而温差拉伸则利用局部加热产生的温度差来拉伸。四、课堂总结本节课讲授了焊接残余应力知识，对焊接残余应力的种类，焊接残余应力的分布，以及减少焊接残余应力的措施和消除焊接残余应力的措施上

51、进行学习，学习内容较多，知识点较难，因而应首先掌握如何减少，如何消除的使用方法。五、作业布置 P76：8，9，10；六、课堂后记一、知识回顾 第二章焊接应力与变形的新课已经上完，我们对焊接应力与变形的知识进行了掌握，对如何控制焊接残余应力与变形进行了学习，并对课后习题进行了完成。二、新课引入 本节课将对第二章所学内容进行复习，将分两轮进行复习，第一轮为对教材的知识点进行系统复习，第二轮将以课堂练习的形式进行复习。三、讲授新课（一）、焊接应力与变形的原因与分类焊接应力与变形的根本原因是局部的不均匀加热和冷却。把焊接应力分为：热应力，即由不均匀加热和冷却引起的；拘束应力，由于结构本身或外加约束引起

52、的应力；相变应力，由于组织和性能发生变化引起的；氢致集中应力，由于氢的存在产生的应力集中现象；焊接残余应力，即在焊接过程中存在的残余应力。（二）、焊接残余应力和变形的控制1、焊接残余变形的控制1）、选用合理的装配焊接顺序如选装配后焊接的原则。2）、选用不同的焊接方向和顺序如对称焊缝要采用对称焊接，不对称焊缝先焊焊缝少的一侧，对于长直焊缝，应采用分段焊等焊法。3）、反变形法4）、刚性固定法5）、散热法2、焊接残余应力的控制1）、从设计上考虑，尽可能减少焊缝的数量和尺寸，保证焊缝间距大，避免出现交叉焊缝。2）、从工艺上考虑如尽可能考虑焊缝能自由收缩的原则，一般是先焊短焊缝后焊长焊缝，先焊内部的焊缝

53、后焊外部的焊缝，通过这种方式可减少残余应力。先焊收缩量大的焊缝，如对接焊缝比角接焊缝收缩量大，应先焊对接焊缝。在出现交叉焊缝时，在交叉部位应进行处理。3）、从工艺参数上选择如选用较快的焊接速度，选用小的热输入。4）、降低拘束度5）、预热6）、加热（三）、相关试题1、判断题1）、焊件的纵向收缩和横向收缩是在焊接过程中同时产生的（）2）、焊件上的残余应力都是压应力（）3）、焊接变形和应力是无法避免的（）4）、焊缝越长则其纵向收缩变形量越大（）5)、焊件越厚，其横向收缩量越小（）6)、增加结构的刚度，则焊接残余变形增大（）7）、双V形坡口的变形比V形坡口小（）8）、板越厚，坡口角度越大，横向收缩越大

54、（）9）、不锈钢焊后残余变形比碳钢大（）10）焊缝不对称时，应先焊焊缝少的一侧以减少弯曲变形（）11）、对于长焊缝的焊接采用分段退焊法是减少变形（）12）、焊接电流越大，焊接变形越小（）13）、适当减少焊缝尺寸有利于减少变形（）2、选择1）、分段焊法可以（A）A减少变形，B减少应力，C降低硬度，D提高韧性2）、散热法主要减少AA变形，B硬度，C未焊透3）、焊缝离断面中性轴越远，则A越大A弯曲，B角，C扭曲4）、焊接变形种类多，基本是由于A引起的A纵向横向收缩，B角变形，C弯曲变形5）、多层焊时，第一层引起的收缩比其它层的AA大，B小，C相同6）、焊接应力方向平行于焊缝轴线的称为A，垂直于轴线的

55、称为BA纵向应力，B横向应力7）、为减少应力，合理的工艺措施是CA反变形，B刚性夹紧，C尽可能自由收缩四、课堂总结本节课对焊接应力与变形的内容进行了复习，分为两轮复习，第一轮为系统对教材中的重点难点进行复习，第二轮通过课堂练习的形式对所学内容进行掌握。五、作业布置 课堂完成教案中的作业，并写在作业本上以备复习；六、课堂后记一、知识回顾 上节课对第二章所学内容进行了系统复习，并留出一节课完成课堂练习，同学们对焊接应力与变形形成的原因，焊接应力与变形控制与影响进行了掌握，并能解决所遇到的问题。二、新课引入 本节课将开始新的章节，焊接时所消耗的材料称为焊接材料，它包括焊条、焊丝、焊剂、气体及熔剂、钎

56、剂、钎料等。焊接材料选用正确与否，影响焊接效果和质量。本节将学习并掌握焊条的相关知识。三、讲授新课（一）、焊条的组成及作用焊条由焊芯和药皮组成，焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊用的焊接材料。在焊条电弧焊时，焊条做电极和填充金属熔化后与母材熔合形成焊缝。焊条规格是以焊芯直径来表示的，常用2、2.5、4、5几种规格。其长度L一般在250到450mm之间。1.焊芯焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊接时，焊芯有两个作用，一是传导焊接电流产生电弧，把电能转换成热能；二是焊芯本身熔化作填充金属与熔化母材金属熔合形成焊缝。焊条电弧焊时，焊芯金属约占整个焊缝金属的5070%，所以焊芯的化学成分，直接影响焊缝的质量。因此，做焊芯用的钢丝都是经过特殊处理的，且单独规定了牌号和成分，这种焊接钢丝称为焊丝。 牌号：字母“H”表示焊丝；“H”后的一位或两位数字表示含碳量；化学元素后面的数字表示该元素的近似含量，当某种合金元素的含量低于1%时，可省略。2药皮压涂在焊芯表面上的涂料层称为药皮。药皮由各种矿物类、铁合金和金属类、有机物类及化工产品等原料组成。（1）、焊条药皮的作用：有机械保护作用，冶金处理渗合金作用，改善