第1章　焊工作业基础知识

1.1　金属焊接与热切割基础知识

1.1.1　金属焊接基础知识

焊接是将两个或两个以上的焊件在外界某种能量的作用下，借助于各焊件接触部位原子间的相互结合力连接成一个不可拆除的整体的一种加工方法。它广泛应用于工业生产的各种领域。

（1）焊接的生产过程

火车、汽车、轮船等，它们的外壳和骨架就是一些钢板和型钢焊接起来的。图1-1所示的油罐车罐体是一个典型的焊接结构。焊接是罐体生产的关键工序，通过焊接才能把一些钢板制造成符合要求的油罐车罐体。这种工序的顺序如图1-2所示。

图1-1　油罐车罐体结构

图1-2　油罐车罐体的生产过程框图

在这些工序中，主要分两个阶段：备料阶段（成形加工以前的工序）和装焊阶段。备料阶段中，先要把罐体所需要的板材矫平，再按照图样要求的尺寸在钢板上划线，然后按划线剪切成形，后进行加工。在装焊过程中，要进行部件装焊、分段装焊和总体装焊工作。部件装焊是将剪切成形加工完的构件装焊成部件。部件比较简单，常由两个或由两个以上的构件装成独立的组合体。如罐体的上板，有许多块钢板，可先将两块钢板焊接成部件。分段装焊是把各个部件组合装焊成分段部件，它的尺寸较大，构造也较为复杂。如罐体的上板和底板是由几个部件组焊成的。总体装焊是将分段组合装焊成整体结构。如罐体是由端板、上板、空气包、底板4个部件装焊而成的。

在结构生产过程中，要考虑选用最佳的加工方法和焊接方法，选用合理的焊接顺序和检测手段，使焊接生产具有合理性、先进性，以保证不断提高产品质量。

（2）焊接的特点

①焊接结构的应力集中变化范围比铆接结构大　焊缝除了起着连接焊件的作用外，还与基体金属组成一个整体，并能在外力作用下与它一起变形。因此，焊缝的形状和布置必然会影响应力的分布，使应力集中在较大的范围内变化。应力集中对结构的脆性断裂和疲劳有很大的影响。采取合理的工艺和设计，可以控制焊接结构的应力集中，提高其强度和寿命。

②焊接结构有较大的焊接应力和变形　经焊接后的焊件因局部加热而不可避免地在结构中产生一定的焊接应力和变形。焊接应力和变形不但会引起工艺缺陷，而且还会影响结构的承载能力（如强度、刚度和受压稳定性）及结构的加工精度和尺寸的稳定性。

③焊接接头具有较大的不均匀性　因焊缝金属的成分和组织与基体金属不同，接头各部位经历的热循环不同，使得接头不同区域的性能不同。焊接接头的不均匀性表现在力学性能及金相组织上。对于高强度钢选用不同的焊接材料和工艺，接头各区域的组织和性能也有很大差别。接头的这种不均匀性对接头的断裂行为有很大影响。

④焊接接头中存在着一定数量的质量缺陷　焊接接头中通常有裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合等质量缺陷。质量缺陷的存在会降低强度，引起应力集中，损坏焊缝的致密性，是造成焊接结构破坏的主要原因之一。但是，采用合适的工艺措施加强工艺质量管理，这些质量缺陷是可以预防的，即使已产生了质量缺陷，也是可以修复的。

⑤焊接接头的整体性　焊接接头的整体性是焊接结构区别于铆接结构的一个重要特性。这个特性一方面赋予焊接结构高密封性和高刚度，另一方面也带来了问题。例如，止裂性能不如铆接结构好，裂纹一旦扩展，就不易制止，而铆接往往可以起到限制裂纹扩展的作用。

（3）焊接能源

焊接能源有电能、机械能、化学能、光能和超声波能等，见表1-1。焊接使用的能源，也就是焊接时的各种热源，其主要特性见表1-2。

表1-1　焊接能源