第二章、金属焊接与切割基础知识

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1、图图21 机械联接机械联接(a)螺栓联接(b)铆钉联接概念：焊接就是通过加热或加压（或两者并用），用（或不用）填充材料，使工件达到结合的方法。图图22 永久性联接永久性联接 焊接焊接（二）、焊接方法的分类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、电渣焊、气体保护焊、等离子弧焊 。2、压力焊：是利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法。如：锻焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊 。3、钎焊：是把比被焊金属熔点低的钎料金属加热至熔化液态，然后使其渗透到被焊金属接缝的间隙中而达到结合的方法。如：锡焊、铜焊 。 焊接方法的分类 见图23示。 图图23 焊接的分

2、类焊接的分类 （三）、切割的方法和种类切割火焰切割电弧切割冷切割气 割液化石油气割氢氧源切割氧熔剂切割等离子弧切割碳弧切割激光切割水射流切割 焊接是一种应用范围很广的金属加工方法，与其它热加工方法相比，它具有生产周期短、成本低，结构设计灵活，用材合理及能够以小拼大等一系列优点。在工业部门中，采用金属型材、板材和管材等，通过焊接技术制造各种金属结构件。例如：锅炉、压力容器、管道、船舶、桥梁、汽车、飞机、火箭、起重机、海洋结构、冶金设备等 ,焊接已成为不可缺少的加工手段。因此，在现代工业中得到了广泛应用。 三、学习焊接切割安全技术的必要性三、学习焊接切割安全技术的必要性随着生产的发展，焊接技术的应

3、用愈来愈广泛。为切实保护工人的安全与健康，特种作业人员，必须进行与工种相适应的、专门的安全技术理论学习和实际操作训练，并经考核合格取得国家经贸委统一制作的安全技术操作证后方准独立作业。特种作业是指容易发生人员伤亡事故，对操作者本人、他人及周围设施的安全有重大危害的作业。直接从事这些作业的人员，对于安全状况是至关重要的，许多重大、特大事故就是因为这些作业人员的违章造成的。鉴于特种作业人员在安全生产工作中的重要性，劳动法、矿山安全法、煤炭法等法律法规都对特种作业人员的培训、考核、管理提出了要求。特种作业人员的培训、考核发证工作，已经成为安全生产监督管理的一项基本内容。 职工在焊接切割工作过程中需要

4、与各种易燃易爆气体、压力容器和电机电器接触。焊接过程中会产生有毒气体、有害粉尘、弧光辐射、高频电磁场、噪声和射线等。上述危害因素在一定条件下可能引起爆炸、火灾、烫伤、急性中毒(锰中毒)、血液疾病、电光性眼炎和皮肤病等职业病症。此外还可能危及设备、厂房和周围人员安全，给国家和企业带来不应有的损失。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做出适当的处理，从而保护操作者自己和周围人员及厂房设备不遭到损害。焊接工人只有详细地了解焊接生产过程的特点和焊接工艺

5、、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，严格地执行安全规程和实施防护措施，从而保证安全生产，避免发生事故。1、生产和生活的需要2、安全和健康的需要3、法律和法规的需要一、金属晶体结构的一般知识一、金属晶体结构的一般知识 众所周知，世界上的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： 第一大类是金属，化学元素中有83种是金属元素。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。常见的金属元素有铁、铝、铜、铬、镍、钨等。第二大类是非金属，化学元素中有22种，非金属元素不具备

6、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、氧、氢、氮、硫、磷等。(一)晶体的特点对于晶体，大家并不生疏。食盐、水结成的冰，都是晶体。一般的固态金属及合金也都是晶体。并非所有固态物质都是晶体。如玻璃、松香之类就不是晶体，而属于非晶体。晶体与非晶体的区别不在外形，而在内部的原子排列。在晶体中，原子按一定规律排列得很整齐。而在非晶体中，原子则是散乱分布着。(二)典型的金属晶体结构金属的原子按一定方式有规则地排列成一定空间几何形状的结晶格子，称为晶格。见右图：图图24 典型的金属晶体结构典型的金属晶体结构(a)体心立方晶格(b)面心立方晶格

7、1、体心立方晶格：中心和八个顶点各有一个铁原子。 2、面心立方晶格：八个顶点和六个面的中心各有一个铁原子。金属的晶格常见的有体心立方晶格和面心立方晶格，如图24所示。 铁属于立方晶格，随着温度的变化，铁可以由一种晶格转变为另一种晶格。这种晶格的转变，称为同素异晶转变。纯铁在常温下是体心立方晶格(称为-Fe)；当温度升高到910时，纯铁的晶格由体心立方晶格转变为面心立方晶格(称为-Fe)；再升温到1390时，面心立方晶格又重新转变为体心立方晶格(称为-Fe)，然后一直保持到纯铁的熔化温度。纯铁的这种特性非常重要，是钢材所以能通过各种热处理方法来改变其内部组织，从而改善性能的内在因素之一 。二、合

8、金的基本知识合金的基本知识1、合金概念：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的、具有金属特征的物质称为合金。 2、合金晶体结构的类型固溶体 。一种物质均匀地溶解在另一种固体物质之中，所形成的熔合体叫固溶体。分为置换固溶体（某一元素晶格上的原子部分地被另一元素的原子所取代 ）和间隙固溶体（另一元素的原子挤入某元素晶格原子之间的空隙中 ）两种：见下图金属化合物 合金中的两种元素，按一定的原子数量之比相化合，而形成一种新的化合物，叫金属化合物。如碳钢中的Fe3C（渗碳体）。机械混合物（或称共析体） 固溶体和化合物均为单相的合金，若合金是由两种不同的晶体结构彼此机械混合组成，称为机械混合物

9、。如：常温下铁素体（ -Fe ）和渗碳体（ Fe3C），是互相不溶解的两种晶体结构，它们在钢中形成一种共析体，称为珠光体。三、钢的热处理 1、概念：将金属加热到某一温度，在该温度下保持一定的时间。然后按一定的冷却速度冷却到室温。这一过程称为热处理。 2、热处理的方法（1）退火 A 、概念 ：将钢加热到A3以上或A1左右一定范围的温度，保温一段时间后，随炉缓慢而均匀地冷却，称为退火。 B、目的：细化晶粒。 降低硬度。 消除内应力。（）回火 A、概念：将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。 B、目的：消除内应力。降低钢的强度和硬度。提高钢的塑性和韧性。 C、分类：高温回火(5

10、00650) 。 中温回火(350450) 。 低温回火(150250) 。 钢在淬火后再进行高温回火，这一复合热处理工艺称为调质调质。 （3）淬火 A、概念：将钢(高碳钢和中碳钢等)加热到A1(对过共析钢)或A3(对亚共析钢)以上3070，在此温度下保持一段时间，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却(水冷或油冷)，使奥氏体来不及分解和合金元素的扩散而形成马氏体组织，称为淬火。 B目的：提高钢的硬度及耐磨性。减少塑性。常用的淬火剂：水、油、碱水和盐类溶液等。（ 4 ）正火 A、概念：将钢加热到A3或Acm以上5070，保温后，在空气中冷却，称为正火。 B、目的：消除过共析钢的网状渗碳体。 细

11、化钢的晶粒，提高钢的强度和硬度。能改善焊接接头性能 。第三节常用金属材料的一般知识 金属材料的性能可分为使用性能和工艺性能（又称加工性能）。1、材料的使用性能包括：物理性能物理性能（如：密度、导电性、导热性、热膨胀性等）、化学性能化学性能（如：耐腐蚀性、抗氧化性），力学性能力学性能（又称机械性能）（如：强度、塑性、硬度、韧性等）。2、材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。包括：铸造性能；焊接性能；切削加工性能等。（一）、金属材料的物理化学性能 1、密度 物质单位体积所具有的质量称为密度。用符号表示，单位：克/厘米。 常用金属的密度如下：铸钢7.8g/cm3 ，灰铸铁7.2克/厘米，钢8