第一章焊接电弧基础
1.1 焊接电弧机理
1.1.1 气体放电与焊接电弧
放电分类：电流超过10-8～10-10A后，自持放电（取消最初的诱发措施，气体导电过程本身可以产生维持导电所需的带电粒子，与回路电流平衡，使放电持续下去）。电弧放电是气体放电的最终形式，在所有放电形态中电压最低、电流最大、温度最高的特征通常伴随有熔化和蒸发现象。电弧空间的气体被电离，由阳离子及电子这样的带电粒子、原子及分子这样的中性粒子所构成，与通常状态下的气体所不同的性质，被称作等离子体(Plasma)，以高导电性为其特征。气体放电的表现是电流在气体中流动，而电流是因电子、离子的流动而形成。
1.1.2 电弧中的带电粒子
1）阴极电子发射
阴极电子发射是电源持续向电弧供给能量的唯一途径。
热发射：金属中的自由电子能量分布遵从费米分布。提高温度后，运动能量超过费米能量（温度0K时的最大运动能量）的电子数增加。与周围自由空间相比，金属内的自由电子在能量上处于更稳定状态，同时在阴极金属表面存在电势壁垒，阻碍电子进入自由空间。要想把金属内部的电子吸引到自由空间需要较大的能量（功）-功函数Ф(eV)，逸出电压UW(V)。当温度达到足够高（3×103K）时，运动能量大于e(EF+UW）数值的电子数目也更多，就可以离开金属表面渗透到自由空间。
场致发射：如果对阴极表面施加电场，电势壁垒就会变薄，一部分自由电子穿过电势壁垒渗透出来（隧道现象）。各个温度下，当提高电场强度时，电子电流密度都会增大。当电场强度足够大时，电子电流密度增加的倾向性有所改变。之前，电极达到高温时，热电子发射变得活跃起来。之后，当电场处于高强度领域时，电场发射居于主导地位，与温度无关。在温度及电场强度完全一致时，阴极材料的功函数越小，所得到的电流密度越大。
光发射：金属表面受到光照射后，其中的电子接受某一特定波长光子能量后提高自身的能量所产生的电子逸出。通常发生在放电空间浮游的金属尘埃或者微粒的表面，可以忽略不计。碰撞发射：是指高速运动的外部粒子碰撞金属表面后，把其自身动能传递给金属中的电子促成其逸出金属表面，在电弧条件下表现为正离子对阴极的碰撞（二次电子发射）。
2）中性粒子的电离(Ionize)
电离：存在于电弧空间中性粒子当处于高能量状态时，其电子轨道上的电子脱离约束，分离成电子和离子。使中性粒子产生电离所需要的能量亦电离能（eV）、电离电压U i(V)。
热电离：高温下，高能量粒子直接电离成电子和正离子。
碰撞电离：粒子之间相互碰撞，传递（接受）能量而产生电离。（低温领域的等离子体形成）场致电离：电场的作用下，电子加速，与其他粒子发生碰撞而使粒子电离
光电离：光量子具有能量当能量大于电离能的时候，可能使中性粒子电离
外加电场或提高温度，会增大电离，当粒子场的平均能量等于电离能时，气体几乎全部电离。3）带电粒子的扩散与复合
电弧空间的带电粒子在电场作用下总体进行着定向运动，由于密度分布的差异进行着扩散运动，方向：密度高》密度低，从电弧轴线中心向外部周边区域扩散。中心区域的温度很高，产生大量的带电粒子，扩散并不会造成电荷密度的均一分布，而处于相对稳定的动平衡状态。复合：电子与正离子相遇后重新结合成中性粒子，同时释放出相当于电离能的能量。复合主要出现在电弧温度较低的区域，以电弧外围区域表现更为频繁。复合后的粒子或是在电弧空间重新被电离，参与导电过程，或是随气体介质的运动而散失到电弧以外的空间。
1.1.3 电弧导电机构
1）维持电弧放电条件：放电气隙内带电粒子的生成；保持阴极、阳极、电弧间电的连续性
2）电弧的构造和电弧电压
阴极区（Cathode）：阴极前面存在由阳离子构成的正
空间电荷区域，阴极压降（Cathode V oltage Drop）；阳
极区（Anode）：阳极前面存在由电子构成的负空间电
荷区域，阳极压降（Anode V oltage Drop）。两极区的
区域尺寸相当薄（不到0.5mm），在电弧长度变化时几
乎不产生变化，但压降值很高。两极区以外的部分称
作弧柱区（Arc column/arc plasma），以很平缓的形式
呈现线形电压降，弧柱区压降（Positive Column V oltage
Drop）。电弧全电流I 是电子电流I e与离子电流I i之
和，电子流占大部分。阴极压降区因电极材料的不同，
电子发射能力存在差异，以Fe、Al材料作为阴极时，
离子电流可能占有一定比例，离子通过碰撞阴极使阴
极加热，有利于热电子发射。弧柱区过来的正离子，提高了阴极前面的空间电位，受到此高电场的作用，亦能使电极发射出电子。在阳极压降区，受电弧电流数值的影响，电流成分会有些变化，但几乎100％是电子流。
①阴极区导电特点
热阴极材料（钨、碳），大电流热发射起主导地位。冷阴极（Fe，Cu），热发射不足，阴极区形成正离子（正电荷）堆积，产生的阴极区压降U C较大时形成强电场，导致场致发射。当阴极表面的热电子发射量继续减少时，UC进一步增大，处于阴极压降区中的阳离子受其加速飞向阴极，碰撞阴极表面后产生能量转移，产生碰撞发射。在阳离子加速飞向阴极的途中，与所遇到的中性粒子产生反复碰撞使热电离加剧，产生电子、正离子，形成更大范围的正离子堆积区，将促进电场发射和碰撞发射的进行，起到向弧柱区提供电子的作用，被称作等离子体阴极。等离子体阴极形成后，可以看到在阴极附近有球形的高亮度区。
②弧柱区导电特点
电弧温度极高（5000～30,000K），处于等离子体状态，电弧整体上呈现电中性状态。作为电流主体的电子，在较小的电位梯度下亦可以产生移动，从而能够产生大电流流动，因此弧柱是极为良好的导电体。由于电子与阳离子相比重量极轻，即使在很小的电场下就可以高速向阳极移动，移动途中与阳离子、中性分子及原子产生碰撞，把其动能传给对方，使得电弧等离子体中的粒子动能整体增大，处于高温状态。高温粒子也会相互碰撞，引发热电离，产生新的电子。高温粒子也向弧柱周边区域扩散造成热量损失，该部分热量损失由外部电源向弧柱提供能量(弧柱电压降U P和电流的乘积)予以补充，从而达到一种热量平衡。弧柱既是维持电弧持续放电所必须的电子和阳离子的产生源，也是把电能有效转变为热能的发热体。③阳极区导电特点
阳极区接受从弧柱过来的电子，由于阳离子不能从阳极材料表面产生，电子数目超过阳离子数，产生负空间电荷，形成阳极压降U A，电子受其加速，与阳极区中的中性粒子碰撞并使其电离，产生面向弧柱区运动的阳离子。阳极压降区起到向弧柱区提供部分阳离子的作用。当电流增大，阳极压降区处于高温下，这时即使不通过电子碰撞，而通过中性粒子自身的相互碰撞也会产生充分的热电离，其结果是U A近于0值。在被焊件母材作为阳极时，特别是在较大电弧电流下，电弧高温使母材产生强烈的蒸发，蒸发出的金属原子比之保护气成分具有更低的电离电压，将先于保护气粒子而被电离，是向电弧弧柱区提供正离子的主要途径。
1.1.4 焊接电弧产热及温度分布
3）焊接电弧的热效率
①焊接电弧热效率=热输入量/电弧功率（焊接方法、弧长因素、母材情况）
②热效率：埋弧焊》MIG 、MAG 、焊条》TIG 》等离子熔入型》小孔型
4）焊接电弧温度分布
①电弧温度连续，电弧两极受材料熔点影响，温度呈下降。TIG 电弧钨极正下方轴线上温度最高，在轴向随电弧断面形态的扩展，等温线逐步分散，在接近阳极表面产生收缩（受到阳极上导电通道拘束效应的影响）
②电弧温度及分布的影响：
电弧电流 电流增加，最高温度值增大，到一定程度不再增加，只是等温线有扩散（温度上升受到氩气导电率的制约）；
电极斑点：包括阳极和阴极斑点，斑点处温度明显升高（电流通道集中）；
电弧长度：一般不影响最高温度，电弧的拉长或收缩，温度分布扩展或集中；
阳极材料：作母材时，材料及状态影响阳极表面温度；
保护气成分：最高值无影响，混合气电弧形态扩展；
环境条件：冷却条件、气压条件
③铝材料GMA 由于铝蒸气导致中心区域等温线拉长
1.1.5 电弧压力与等离子气流
1）电弧静压力（电磁收缩力）
①电流的同向吸引作用，导致液体截面收缩，称电磁收缩效应，力即为电磁收缩力（CO2
焊中熔滴短路过度），公式()2224r I P K R r R π=?、中心轴线上径向压力2
02I P K R
π=、轴向合力22
K F I = ②电弧呈圆锥状，其截面直径是变化的进而将产生由点击指向工件的推力a F
2lg b
a a R F KI R ??=????
（锥形弧柱上底面半径/下底面半径），弧柱中心电流密度》周边，电弧静压力的分布是中心轴上的压力高于周边
2）电弧动压力（等离子流力）
焊接电弧呈非等截面的近椎体，电磁收缩力在其内部各处分布不均匀，不同截面处存在压力梯度，靠近电极处的压力大，靠近工件处压力小，形成电弧静压力。电弧中的静压力差使较小截面处的高温粒子（中性粒子为主）向工件方向母材流动，并有更小截面处的气体粒子补充到该截面上来，以及保护气氛不断进入电弧空间，从而形成连续不断的气流，称作等离子气流，到达工件表面时形成附加的一种压力，称作等离子流力。与电流值、电弧长度、电弧形态、电极状态有关
3）斑点力
①带点粒子对电极的冲击力 正离子质量大，阴极压降大，斑点力在阴极表现大
②电磁收缩力 当电极上形成熔滴并出现斑点时，熔滴和电弧空间的电流线都在斑点处集中，由于电磁力合力的方向是由小截面指向大截面，所以在斑点处产生向上的电磁收缩力，阻碍熔滴下落。通常阴极斑点比阳极斑点的收缩程度大，所以阴极斑点力也大于阳极斑点力。 ③电极材料蒸发的反作用力 高电流密度，导致高温度，形成金属蒸气，蒸气发射给斑点反作用，阴极斑点电流密度高，反射强烈，力大
4）爆破力
爆破力存在于短路电弧焊接，当熔滴与熔池发生短路时，电弧瞬间熄灭，因短路时电流很大
（短路电流有一个上升的过程），短路液柱中电流密度很高，在金属液柱中产生很大的电磁收缩力，使液柱产生颈缩，电阻热使金属液柱小桥温度急剧升高，使液柱汽化爆断，可能使液柱金属形成飞溅。液柱爆断后电弧重新引燃，电弧空间的气体突然受高温加热而膨胀，局部压力骤然升高，对熔池和焊丝端头的液态金属形成较大的冲击力，严重时也会造成飞溅。5）熔滴冲击力
熔滴在等离子气流驱动下，以很高的加速度冲向熔池，对熔池金属形成强烈的冲击
6）电弧力影响因素
①气体介质的不同，物理性能不同
②电流和电压电流大，力变大（电磁收缩力和等离子流力起主要作用），电弧电压升高亦即电弧长度增加时，电弧力降低（电弧范围扩展）。
③电极（焊丝）直径焊丝直径越细，电流密度越大，电磁力越大，同时电弧呈现锥形越明显，等离子流力增大，使电弧的总压力增加。（钨极端部角度为45°，具有最大的电弧压力）④电极（焊丝）极性：GTA，钨极接负时允许流过较大的电流，阴极区收缩的程度大，将形成锥度较大的锥形电弧，产生的轴向推力大，电弧压力也大。钨极接正则形成较小的电弧压力，一是需要使用较粗的钨极，同时电弧在钨极上的覆盖面积较大，形成的电磁力和等离子流力小。对于GMA焊，当焊丝接负时，熔滴受到正离子冲击，较大的斑点力作用在熔滴上，使熔滴长大，不能顺利过渡，也不能形成很强的电磁力和等离子流力，电弧力小。在焊丝接正，所受到的斑点力小，易形成细小的熔滴，有较大的电磁力和等离子流力，电弧压力较大。
⑤钨极端部几何形状脉动电流的影响：当电流以某一规律变化时，电弧压力也相应变化。
1.1.6 直流电弧与交流电弧
1）直流电弧是指电弧（电极）极性不发生变化的电弧，最大特点是稳定性好。
2）交流电弧电弧（电极）极性随时间交替变化的电弧
①交流电弧燃烧特点交流电弧每半个周波极性反转一次，当产生极性转换时，都存在电流过零问题，此时电弧瞬时熄灭，造成电弧不稳定。当电弧两个电极材料不同时，由于电子发射能力的不同，电弧两种极性状态时将流过不同的电流值，在电弧和焊接回路中出现正负半波电流不同的情况，其差值直流分量，铝合金焊接中正半波加热负半波清理氧化膜保护阴极。
②电弧产热与电弧力特性介于直流与交流之间，钨电极作阳极的热输入量大，但易熔化
1.2 焊接电弧特性
1.2.1 焊接电弧静特性
1）电弧静特性变化特征
静特性曲线是在某一电弧长度数值下，在稳定的保护气流量和电极条件下，改变电弧电流数值，在电弧达到稳定燃烧状态时所对应的电弧电压曲线，呈现降特性区（负阻特性区）、平特性区、上升特性区，由电弧自身性质决定，与电弧自身形态、所处环境、电弧产热散热平衡有关。
在小电流区，电弧电压随电流增大而减小，呈现负阻特性。原因：电流较小时，电弧温度较低，粒子电离度低，电弧导电性较差，需要有较高的电场推动电荷运动；在阴极区，由于温度较低，电子提供能力较差，不能实现大量的热电子发射，会形成较强的阴极压降，这样在
小电流时表现出电弧有较高的电压值。电流增加，弧柱温
度增加，粒子电离度增加，电弧导电性增强，电极温度提
高，阴极热发射能力增强，U C值降低，阳极蒸发量增加，
U A值降低，两极区电场相对减弱，使得电弧电压降低。
即在电弧温度和电极温度提高的情况下，电弧中产生和运
动等量的电荷不再需要更高的电场。对于弧柱区，从产热
和散热平衡角度考虑，
在小电流区，为维持电流密度(电流/截面积)一定，如果电流增大4倍，则弧柱直径增大2倍，弧柱向周边区的热量损失随之增大2倍，而弧柱内产热量(I×U P)却是增大4倍，如果电弧电压仍然维持原来的数值，那么产热量就超过了热损失量，而电弧自身性质具有保持热量动态平衡的能力，实际上电弧的产热量没有增加4倍，弧柱压降U P不会维持原来的数值不便，而是自动降低，从而使U P表现出负阻特性，即电弧不再需要原来数值的电压就可以维持稳定燃烧，其以较少的产热量增加就能够平衡散热损失的增加，这也是小电流区出现负阻特性的原因之一。中等电流区，电弧等离子气流增强，除电弧表面积增加造成散热损失增加之外，等离子气流的流动对电弧产生附加的冷却作用，因此在一定的电流区间，电弧电压自动维持一定的数值，保证产热量与散热量的平衡，在电弧静特性曲线上出现一定区间内的平特性特征。大电流区，电弧中的等离子气流更为强烈，而由于电弧自身磁场的作用，电弧截面不能随电流的增加而同步增加，电弧的电导率减小，要保证较大的电流（更多的电荷）通过相对较小的截面积，需要有更高的极间电场强度驱动，因此在大电流区间，电弧电压随电流的增加而增加，呈现正特性。
静特性曲线3个变化区段，并不是在各种电弧中都能够表现出来，受电弧形态和电极条件的影响较大。GTA焊接一般都能明显表现出3个区段的特征。GMA焊接由于通常采用较细的电极焊丝，可使用的电流一般在中等数值以上，电弧形态多呈圆锥状，等离子气流作用强烈，所以静特性曲线通常呈现上升特性，平特性区间较窄。SAW电弧掩埋在焊剂层下面，受焊剂层的覆盖，电弧的散热损失小，并且电弧中基本没有等离子气流存在，一般又采用较粗直径的焊丝大电流焊接，其电弧静特性呈现下降特性。
2）影响电弧静特性及电弧电压的因素
①电弧长度电弧长度增加或减小时，电弧静特性曲线随之上移或下移，在各电流数值上表现出的斜率变化会有所改变。理想情况下，GTA焊接弧长和电压成一定比例关系。
②保护气成分对电弧电位梯度有影响，一是对电弧散热程度的不同。原子量小的气体，其电位梯度极大，这是由于高温状态下质量轻的气体粒子从弧柱内部向周边区域的扩散速度大于质量重的气体粒子，其扩散到电弧外周带走的热量损失也较大，为了补偿该项损失，电弧将自动提高其电位梯度。二是对于氧气、氢气、二氧化碳气等多原子分子气体，其在电离之前要分解为原子，分子的分解是吸热反应，需要从电能上予以补偿，从而亦使电位梯度提高。三是各种气体（原子或分子）的电离能不同，电离能大的保护气体从电弧中吸取的能量更多，而低电离能物质存在于电弧气氛中将会显著降低电弧电压，提高电弧稳定性。电位梯度受到周围气氛冷却作用影响
③电极条件钨极形状、熔化极及钨极直径、熔化极材料、电极接法
④母材情况热导率影响熔池大小、散失热量快慢，对电极产生间接冷却
⑤保护气流量、环境温度、焊接电流形式
1.2.2 焊接电弧动特性
1）直流电弧动特性采用一定形式的变动电流进行焊接时的电流、电压关系曲线，恒定直流电弧没有动特性问题。
电弧动特性中表现出的电流、电压非单值对应关系，是由于电弧等离子体的热惯性效果在发挥作用。在焊接电流的上升过程中，由于电弧先前处于相对低温状态，电流的增加需要有较高的电场进行驱动，因此表现出电弧电压有某种程度的增加；在电流下降过程中，由于电弧先前已处于较高温度状态，电弧等离子体的热惯性不能马上对电流的降低做出反应，电弧中仍然有较多的游离带电粒子，电弧导电性仍然很强，使电弧电压处于相对较低的水平，从而形成回线状的电弧动特性表现。如果电弧电流高频变化（1KHz以上），与电弧等离子体的形成、消失的时间相比，等离子体的状态跟随不上电流的变化，与电流相位无关，而维持一定的状态，其结果就呈现出近电阻特性。高频电弧的维弧电流可以达到零电流值，但电弧仍
能够稳定燃烧，其原因就是电弧的温度稳定性和导电性已经处于稳定的状态。
2）交流电弧的动特性
在电弧的正负半波，电弧动特性曲线同样表现出回线特征。交流电弧情况下，电弧的状态亦即等离子体的温度、导电率、阴极压降区的状态等时刻在变化着，在极性转换时，电弧电流
一旦达到零值，必须使转换前的阳极表面迅速形成阴极，在极性转换时需要加以高电压。（再点弧电压）
1.2.3 阴极斑点和阳极斑点
1）阴极斑点某些情况下，电场发射很剧烈时，电弧导电通道将主要集中在一个较小的区域，该区域电流密度、温度、发光强度远高于其它区域。（对焊接不利）阴极斑点对电极有“黏着”作用，钨电极上出现的阴极斑点在电流值、保护气流不变的情况下，一般“黏着”在原处不动；铝合金母材上面形成的阴极斑点在电流较小、母材上没有明显熔池形成时，也不能与电弧运动同步，常常出现跳跃式移动，主要是受到母材散热速度的影响，在电流较大时，阴极斑点分散多处，不断变化位置（电极上的阴极斑点也一样）。
成因：1、非熔化极材料作为阴极、惰性气体保护时，在电流值较小的情况下出现阴极斑点。多数是由于电极直径较大、电极尖端角度接近于钝角、电极表面不平滑或存在有污染物，在电弧温度不能使电极前端全面积产生热电子发射的情况下，阴极及阴极区将辅助以电场发射或等离子型导电机构向弧柱区提供电子，在阴极表面产生较大密度的正离子堆积，构成阴极压降区。为减少与周围环境的接触，降低散热损失，电子发射将集中在一个较小的区域内进行，从而形成阴极斑点。2、低熔点材料作为阴极（焊丝）时（冷阴极），如果使用氧化性气氛作为保护气，保护气对电弧（包括阴极和阴极区）有较强烈的冷却作用，电弧电场强度较高，从自身减小能量消耗的角度，电弧更趋于集中，难以全面积包围焊丝熔化金属（熔滴），电弧导电通道集中在熔滴下方较小的区域。电极材料本身的熔点温度满足不了电极热发射条件，电场发射是主要的电子发射形式，更容易形成阴极斑点。处于熔化状态下的熔滴不断运动着，电弧阴极斑点也随之产生跳动，自动选择有利于发射电子的区域，电弧通过该区域提高电子时阴极区消耗能量最小。3、惰性气体保护下母材作为阴极时，受母材尺寸大、导热量大等条件的影响，表面上容易形成阴极斑点。该情况多出现在铝、镁及其合金的焊接场合，一是其电子发射能力低，二是其本身导热性能好，对电弧能量的消耗大，不利于熔池的形成，三是由于表面氧化膜的存在，氧化物与纯金属相比，电子逸出功低，更具备电子发射的能力，电弧导电点更多集中在有氧化膜的地方，从而形成阴极斑点。
2）阳极斑点在阳极区，阳极材料过热蒸发出来的金属原子比气体原子具有更低的电离能，更容易被电离，很容易在阳极产生金属蒸汽附近形成弧柱，电弧集中于阳极表面一点形成主要的电流通道，大部分电子经过该通道进入阳极。阳极斑点具有寻找纯金属的特性。
原因：1、小电流焊接，母材作为阳极，如果母材上不能形成连续的熔化，将会在母材上电弧后面形成阳极斑点，也有后拖、“黏着”、跳动的现象；2、大电流焊接，母材作为阳极，虽然形成了较大的熔池，但由于熔池运动或表面波动频繁，也可能是熔池中各处蒸发情况的变迁，或由于合金元素的蒸发，将在熔池内部形成阳极斑点，并快速“扫动”，但该情况下阳
极斑点处的电流密度并不很高。
1.2.4 电弧的阴极清理作用
惰性气体中的电弧在以金属板（丝）作为阴极的情况下，阴极斑点在金属板（丝）上扫动，除去金属表面上的氧化膜，使其露出清洁金属面，称作电弧的阴极雾化（清理）作用。清理作用是在不含氧化性气氛的高纯度惰性气氛中。冷阴极型阴极材料时该作用明显。
阴极斑点的清理作用是由于来自电弧空间的阳离子受阴极电场加速以很高的速度对阴极表面的碰撞所造成的，使阴极表面上的氧化物破碎并消失，原子质量大的清理效果显著。所涉及区域仅限于在保护气能够完全隔绝大气入侵的范围。
1.2.5 最小电压原理
在给定电流与周围条件一定的情况下，电弧稳定燃烧时，其导电区的半径（或温度），应使电弧电场强度具有最小的数值，即电弧具有保持最小能量消耗的特性。
原理：弧柱区电场强度E的大小意味着电弧导电的难易。电导率与弧柱电离度及温度有关，E是弧柱温度的函数。当电流、周围条件一定时，弧柱的断面只能在保证E为最小的前提下来确定。如果电弧断面大于或小于其自动确定的断面，都会引起E的增加，即散失能量要增大。因为如果电弧直径变大，电弧与周围介质的接触面积增加，向周围介质散失的热量增加，则要求电弧产热增加（I E增加），电流一定，只有E值增加。若电弧断面小于其自动确定的断面，则电流密度要增加，在较小断面里通过相同数量的带电粒子，电阻率增加，要维持同样的电流，也要求有更高的E，所以电弧只能确定一个能够使E为最小值的断面。1.2.6 电弧的挺直性与磁偏吹
1）电弧的挺直性(arc stiffness)是指电弧作为柔性导体具有抵抗外界干扰、力求保持焊接电流沿电极轴线方向流动的性能。通常情况下，电弧是在电极与母材间最短距离区间形成弧柱，对于较大电流下的焊接电弧，当电极产生倾斜后，电弧的指向亦随之倾斜，电弧中心线沿着电极的倾斜方向伸展。电流密度越大，这种倾向性也越大。电流越大，电弧自身磁场强度越大，电弧越受拘束，电弧的挺直性也就越大。同时电弧的等离子气流、保护气气流、周围气流的冷却作用，也有助于电弧挺直性的提高。（电流在电弧空间形成磁场与电流之间作用力）2）磁偏吹如果某种原因使磁力线分布的均匀性受到破坏，使电弧中的电荷受力不均匀，就会使电弧偏向一侧。电磁力把电弧从磁力线密集的一侧推向磁力线稀疏的一侧。
导线接线位置；电弧附近的铁磁性物质；电弧处于工件端部时；平行电弧
1.3 电弧中的保护气
保护气作用：一是向电弧空间提供气体介质，二是起到保护作用，包括保护电弧、保护电极、保护被焊件（焊接区），避免受到大气的侵蚀。
1.3.2 保护气的分解及在金属中的溶解
1）保护气的分解保护气的解离（分解成单原子），解离反应吸热，冷却效果明显
2）在焊接金属中的溶解1、气相气体与融入到液相中相同，能够溶解到液体中的气体的浓度与气相中气体的分压成比例。第二种情况，比如氮气、氧气、氢气溶解到钢水中的情况，是通过界面上的反应以原子形态N溶解到钢水中，钢水中氮元素的含量与气相中氮原子分压的平方根成比例；气孔产生的条件是焊接金属的凝固速度大于气泡的上浮速度。
3）混合气的选择及使用
补充：气瓶颜色：O2: 淡蓝色；Ar/He: 银灰色；CO2: 铝白色；H2：淡绿色；N2/压缩空气：黑色；乙炔：白色；丙烷：棕红色
①Ar+He He气电弧温度高，母材热输入量大；Ar气中电弧燃烧稳定，熔化极焊接时焊丝金属容易呈现轴向射流过渡飞溅少；焊接铝及铝合金，可改善熔深、减少气孔、提高生产率；铜及铜合金、钛，改善金属润湿性，改善熔深，提高质量；
②Ar+H2 镍及合金，抑制和消除焊缝CO气孔，H2《6%
③Ar+N2 电弧温度比Ar高，焊接铜及铜合金，但有飞溅，表面粗糙，有烟雾；
④Ar+O2 O2含量1~5%焊接不锈钢等高合金钢及级别较高的高强钢；含量20%焊接低碳钢及低合金结构钢；纯Ar焊接不锈钢问题：液体金属粘度及表面张力大，易产生气孔，焊缝金属润湿性差，焊缝两侧易形成咬边；阴极斑点不稳定，产生阴极斑点漂移现象，电弧根部不稳，引起焊缝熔深和焊缝成形不规则（焊缝为蘑菇型）
⑤Ar+CO2 焊接低合金钢和碳钢，使用脱氧焊丝防CO减气孔，CO2增加，冲击韧性降低
⑥CO2+O2 熔敷速度快，熔深大；焊缝金属含氢量底；能采用强规范焊接
保护气的电离能对弧柱电场强度及母材热输入的影响是轻微的，主要作用是其传热系数、比热容、热分解性质，一般熔化极反极性焊接保护气对电弧冷却作用越大，母材热输入越大。
1.3.4气体保护效果
影响因素：气体流量过小，气流挺度差，受侧向风影响大，流量大层流薄，易形成紊流；喷嘴至工件距离；焊接速度和侧向风；焊接接头形式；电弧功率
1.4 电弧的引燃及稳弧措施
1.4.1 接触引弧熔化极焊接，开始时送丝机送进焊丝，焊丝与工件接触瞬间，在电源空载电压的作用下，焊丝中流过电流，由于接触面积小，在很大的接触电阻中产生很大热量，使端部被迅速熔化并烧断，在焊丝端部、气隙空间及工件表面建立电场，立即在焊丝与工件的气隙间隔引燃电弧。
1.4.2 非接触引弧原因：不允许，无法接触；TIG焊接触引弧钨极污染，焊缝夹钨；
①引弧电压施加方式：并联引弧直接把引弧电压接续道电极和工件上，串联引弧将其串联到焊接主回路，通过变压器或旁路电容施加到电极和工件（效果好，主回路简单，无大电抗器）②引弧电压特点：高压脉冲式采用电容储能，引弧时接通电容放电，其山高压通过主回路中电磁线圈偶合施加到电极、工件；高频引弧采用电容-电感-气隙回路高频放电（放电电路）1.4.3 交流电弧稳弧稳弧基本回路，再电弧电压
补充：
焊接电弧产热：在电弧中转变为热能（主要）、光能、磁能、机械能。弧柱区产热一部分通过粒子运动传递到阳极区和阴极区，一部分易对流、辐射的形式传递给周围空间（包括光能量传递），一部分通过辐射传递给阳极和阴极，以及等离子气流对热量传递等，对电极和母材加热熔化有重要作用。
1）电弧向阳极的热输入：流入阳极的电子所携带的能量P e （主要）；来自电弧等离子体的放射能P rA ；电弧等离子体以传导和对流形式提供的能量P cA 。
P A=P e+P rA+P eA ≈P e=I (U A+U WA+U T)
P A —— 阳极热输入；I a —— 电弧电流；
U A —— 阳极区压降(V)；U WA —— 阳极物质的功函数(V)；
U T —— 电弧等离子体中的电子所保有的能量，即等价电压(V)；
第1项表示电子在阳极区被加速所获得的能量；第2项是气体中的自由电子被拉进阳极材料(金属)时释放出的能量；第3项是电子气团在等离子体中保有的能量。
从弧柱区来的电子受阳极压降的加速飞向阳极，其进入阳极后所具有的电势比在电弧空间时为低，因此把相当于阳极物质的功函数U WA 的能量释放给阳极。阳极区的产热及对阳极的热输入量，还包括粒子碰撞阳极时原子受到激励所释放的能量，以及离子与电子复合所释放的能量。
2）电弧向阴极的热输入：在阴极区，从电弧等离子体来的离子受到阴极压降区电压的加速获得能量，碰撞阴极表面后把这部分能量传递给阴极，同时与阴极发射出的电子结合释放出电离能U i(V)给阴极区。另一方面，从阴极放射出的电子具有相当于阴极物质功函数U WC(V)的能量，当离开阴极区进入电弧空间时，要带走这部分能量，相当于对阴极区冷却。 P C--阴极热输入；I a --电弧电流；U C --阴极区压降(V)；U i--离子的电离电压；f --电子电流的比率；U WC--阴极物质的功函数(V)；U T--电弧等离子体中离子运动能量的等价电压(V)；
括号中第1项是离子的影响；第2项是从阴极发射出的电子所带出的能量；第3项是电弧等离子体中离子的运动能量。
电弧温度分布及热效率：通常认为电弧温度具备连续性，在电弧两极受材料熔点即承受温度能力的限制。电弧最高温度在点击下方中心部位，可达2-3万度。影响因素：电流、弧长、保护气、电极斑点、环境、阳极材料等。
c a c i WC wc T rC cC
=[(1-)()]P I f U U U fU U P P +??+++
第二章电弧焊熔化现象
2.1 母材熔化与焊缝成形
2.1.1 母材熔化特征与焊缝形状尺寸
1）母材的熔化热与温度分布
①电弧产热借助于传导、辐射、电子能量、极区能量、熔滴、等离子气流等传入母材。电弧焊输入到母材中的热量：Q＝η·I·U a I为焊接电流，U a为电弧电压，I·U a是供给电弧的全部电能。η称作电弧加热母材的热效率，即电弧产生的热量输入到母材中的比率（保护气种类及焊接电流影响小，弧长增加导致降低）。
2）母材的熔化断面形状
母材的熔化形态影响因素：母材的热物理参数(比热、热传导率等)、母材的形状、焊接速度、电弧对母材的热输入量及电弧燃烧形态，焊接条件(弧长、电流、速度)、焊丝直径、熔滴过渡形态。
①单纯熔化型(热传导型熔化)：常见于SMAW及TIG焊中，在GMAW中，采用小热输入的短路过渡；熔池中熔化金属的对流比较自由，热量通过熔池和固体金属的界面均匀流出，熔化截面呈现半圆形
②中心熔化型：与周围区域相比，电弧正下方产生了很深的熔化；产生在细丝大电流焊接中；源于电弧力或等离子气流对熔池的挖掘作用，熔池受到的挖掘力与电流的平方成正比，而与电极直径的平方成反比。
③周边熔化型：周边区的熔化比中心区深；熔池内金属向外侧流动，从电弧正下方进入的热量通过熔化金属的对流被逐渐传送到周边区，促进周边区的熔化；电弧较长或焊接速度较慢（极端：电弧点焊）时常见；原因：熔池中心区与周边区的温度差所造成的表面张力、熔池内部对流产生的电磁力，以及等离子气流的吹力等，其详细机构尚不完全清楚。
气保熔化极焊母材多呈现中心熔化型。MIG焊（焊丝直径细，电流值大）时，焊丝作阳极，熔滴喷射过渡，焊丝前段被削尖，同时熔池周围因阴极清理作用而使电话扩展，产生强烈的等离子气流向下挖掘，电弧热输入也想周围区域扩展，形成指状熔深；较大电流CO2焊，电极前段处于母材平面位置，电弧弧柱因热拘束力产生收缩，因阴极斑点不能扩展没有阴极清理作用而集中在熔池中央，使得熔池中央下凹对熔池底部熔化很充分，呈现带有圆形的熔深形状；电极前段深入母材内部，内部区域熔化充分，形成梨形焊缝，熔化很深但金属凝固时树枝状组织在焊缝中心汇合，易产生裂纹。电极直径越细，母材熔化越深。
3）焊缝形状尺寸
成形系数φ=B/H，深宽比(Depth to width ratio)，余高：可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷，也可增加焊缝承载能力；余高过大将引起应力集中或降低抗疲劳强度
影响因素：
焊接电流：焊接电流增大时，焊缝的熔深和余高增加，而熔宽略有增加，一定范围内熔深与焊接电流近于成比例关系。（电流增大后，作用在工件上的电弧力和电弧对工件的热输入均增大，热源位置下移，有利于热量向深度方向传导；熔化极焊接中，通常是通过改变送丝速度来改变焊接电流，焊丝供给量增加，并且熔宽增加较少，所以余高增大；电流增大后，弧柱直径增大，会使熔宽增加，但是电弧潜入工件的深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽增加量较小）
电弧电压：电压增大后，电弧功率加大，工件热输入有所增大。电压的增加通过增加电弧长度实现的，电弧热源半径增大，工件热输入能量密度减小，熔深略有减小而熔宽增大。焊接电流不变，焊丝送进速度和焊丝熔化量没有改变，使得焊缝余高减小。为了得到合适的焊缝成形，在增大焊接电流时，也要适当地提高电弧电压。
焊接速度：焊速提高时焊接线能量减少，熔宽和熔深都减小，余高也减小。线能量：单位长
度从移动热源输入的能量，J/mm H=UI/v
电流的种类和极性：TIG焊焊接钢、钛等金属时，以直流正接所形成的焊接熔深最大，直流反接时的熔深最小，交流居于两者之间。熔化极电弧焊，母材作为阴极时的熔深和熔宽都要大于作阳极的情况，交流焊接居于两者之间。但在母材接阴极时，焊丝熔化快，可用于表面堆焊。对于GMA焊接，考虑到熔滴过渡的重要性，一般采用直流反接。埋弧焊对电流种类和极性的选择要考虑焊剂的成分，直流焊接时也是采用反接，以获得更大的熔深。
钨极端部形状、焊丝直径和伸出长度：钨极前端角度和形状对电弧集中性及电弧压力影响较大，根据使用的电流、焊件厚薄选取。通常电弧越集中、电弧压力越大，所形成的熔深越大，而熔宽相应减小。熔化极电弧焊，如果电流不变，焊丝越细，电弧加热越为集中，熔深增加，熔宽减小。焊丝伸出长度加大时，焊丝电阻热增加，焊丝熔化速度增加，使余高增大而熔深有所减小，在钢质、细径焊丝中表现最为明显，铝焊丝影响不大。（焊丝熔化稳定性及成形）焊接工艺因素对焊缝尺寸的影响：坡口形式、尺寸、间隙的大小，电极与工件间的倾角，接头的空间位置及焊接方式等
2.1.2 熔池金属的对流和对流驱动力
等离子气流引起的对流、表面张力流及电磁对
流最为重要，浮力流相对可以忽略。电磁对流
使熔深加大，而等离子气流的作用及表面张力
对流增强，得到周边熔化型焊缝。电弧等离子
气流以电弧压力的形式作用于熔池，使熔池的
中心区出现凹陷，同时又从熔池的中心区向周
边区流动，把熔池表面从中心区从周边区拉伸，
对熔池表面金属形成从熔池中心向熔池周边区
流动。表面张力流的方向依赖于液面上的表面
张力梯度和分布，是从表面张力低的部分流向
表面张力高的部分。焊接情况下，熔池表面存在着从固液界面处的熔点温度到中心高温区的温度差，通常情况下，熔化金属的表面张力依赖于温度值，由此熔池表面的各部位出现了表面张力差。从电弧进入熔池的电流在电弧正下方有着较高的电流密度，从熔池到母材内部，电流密度是逐渐降低的。电流与其自身产生的磁场之间相互作用而产生了电磁力，该电磁力指向电流发散方向，由此产生了电磁对流。电磁对流的流动方向是向着电流的发散方向即从电弧正下方熔池中心区向熔池底部流动。熔池内部的温度是从电弧正下方的高温区向固液界面处的熔点温度变化着的，形成了熔池内部的空间温度场。液态金属是温度越高密度越低，密度低的部分受到浮力的作用向着重力的反方向运动。
2.1.4 焊缝成形缺陷及形成原因
1）未焊透：单面焊接时，接头根部未完全焊透的
现象；未熔合：单层焊、多层焊或双面焊时，焊道
与母材之间、焊道与焊道之间未能完全结合的部
分。原因：焊接电流小、焊速过高，或者是坡口尺
寸不合适，以及电弧中心线偏离焊缝、电弧产生偏
吹等，细丝短路过渡CO2焊接，由于工件热输入
量少，容易产生这种缺陷。薄板焊接中，如果夹具
对焊件背面的散热程度大，也会出现未焊透，或背
面一部分焊透、一部分未焊透的成形不均现象。
2）焊穿：焊接时熔化金属自焊缝背面流出并脱离
焊道形成穿孔的现象。原因：焊接电流过大、焊速过小；厚板焊接时，熔池过大，固态金属对熔化金属的表面张力不足以承受熔池重力和电弧力的作用，从而形成熔池脱落；在薄板焊接时，如果电弧力过于集中，或者对缝间隙过大也会出现焊穿
3）咬边：高速焊接的电弧和熔池，焊缝两侧的金属没有被很好熔化，同时熔化金属受表面张力的作用容易聚集在一起而对焊趾部位的润湿性不好，容易形成固液态剥离，凝固后出现咬边；凹坑：电流过大，电弧下面只有薄层熔化，形成沟槽区，若其连续宁国形成分离焊道，若断续凝固形成凹坑焊道。
4）焊瘤：熔化金属流淌到焊缝区以外未熔化母材上聚集成金属瘤，这是由于填充金属过多引起的，或熔池重力作用的结果；直接在焊缝上聚集成大的金属瘤，多数情况是由于不稳定的熔滴过渡造成。
5）大电流MIG 焊接当电弧阴极斑点的清理作用消失、进入熔池内部时，电弧力集中到熔池底部，对熔池金属有激烈的搅动作用，将出现类似大象皮肤的不良焊缝，起皱焊缝。
抑制缺陷：使电弧作用区分散开来、减小电弧力、采用粗径焊丝、给焊丝一个前倾角使电弧吹向前方、采用下坡焊等措施；埋弧焊有合适的焊剂层厚度，合适的焊丝伸出长度；二氧化碳电弧焊中采用小电流区下的短路过渡方式，在大电流区采用潜弧方式焊接，以及增加保护效果，稳定熔滴过渡等
2.2 焊丝熔化与熔滴过渡
2.2.1 焊丝的熔化与熔化速度
1）焊丝熔化热
焊丝作阳极：()A A W T P I U U U =?++（括号成为熔化等价电压）
焊丝作阴极：()C C W T P I U U U =???（受电极极性、焊丝材质；不受弧长及弧柱电压） A U 阳极压降；C U 阴极压降；W U 电极材料功函数；T U 弧柱电子、离子动能等价电压
熔化极电弧焊，焊丝冷阴极材料，C U 》W U ，通常C P 》A P ，非熔化极相反
熔化极气保焊干伸长：10~30mm ()m m e P I U I R =?+?
2）电极焊丝的熔化速度和比熔化量
在电弧长度维持一定数值时，向连续送进的焊丝提供的热量与脱落过渡的金属所保有的热量应该是相等的，单位时间脱落金属带走的热量：()m f Q W C T H J =??+?（W 单位时间熔化金属重量；C 金属比热；f T 脱落金属平均温度；H 潜热；J 功当量）
由m P =m Q ；=>()
f W C T H J ??+?()m e I U I R =?+?=> ()(){}
R m e f M W I U I R C T H J ==+??+?（比熔化量：单位时间、单位电流） MIG 焊时焊丝作阳极Um 与材料功函数Uw 大致相等且为定值，在忽略干伸长电阻产热时，比熔化量与电流无关是定值。
焊丝熔化速度有电弧的热输入量和焊丝电阻产热决定，如熔滴在焊丝端部达到熔点及产生熔化时即脱离焊丝，此时自身保有热量最低，效率高。焊丝熔化速度与焊丝干伸长呈线性关系，斜率与电流值、材质有关。
3）影响焊丝熔化速度的因素
当材质一定时，焊丝熔化速度基本上是由电流、焊丝直径、干伸长决定。但焊丝极性、保护气种类、可见弧长、熔滴过渡形态等也有很大影响。
P78-P79 图2.33 2.34 2.35 解释
2.2.2 熔滴上的作用力及熔滴过渡分类
1）熔滴过渡的作用力
使焊丝端部的熔滴产生脱落、过渡的力主要是重力、表面张力、电磁力、摩擦力。
重力：平焊有利于熔滴过渡，仰焊阻力；表面张力：FΥ＝2π
Rγ，γ表面张力系数，阻碍熔滴过渡，熔池短路促进过渡；等
离子流力：电弧空间产生的等离子气流的作用，对熔滴产生摩
擦力，总是促进熔滴过渡；电磁力：洛伦兹力，具有方向和大
小的矢量，总是从小截面指向大截面，与电流的平方成正比，
对熔滴过渡也有阻碍力和促进力之分。GMAW仰焊熔滴过渡主
要促动力。二氧化碳气体保护电弧及氦气电弧，由于弧柱电位
梯度较大，电弧收缩并多数情况是集中在熔滴底部一个极为窄
小的区域，此时电磁力为阻力。
2）熔滴过渡分类
自由过渡：滴状过渡（大滴过渡、排斥过渡、细颗粒过渡）喷射过渡（射滴过渡、射流过渡、旋转射流过渡）爆破过渡
接触过渡：短路过渡、桥络过渡
渣壁过渡：渣壁过渡、套筒壁过渡
第三章钨极氩弧焊
3.1 钨极氩弧焊特点及应用
3.1.1 钨极氩弧焊的原理及特点
1）钨极氩弧焊原理
钨极氩弧焊是以W或W合金材料做电极，
在惰性气体保护下进行的焊接，又称为
TIG(Tungsten Inert Gas) 或GTAW（Gas
Tungsten Arc Welding）
2）钨极氩弧焊特点
优点：焊接品质高：保护可靠，排除氧、氮、
氢等气体对焊接金属的侵害；电弧稳定，焊
缝美观、平滑；电压低（8-15V），电流（热
输入）调节范围大，适用于薄板焊接、空间
焊接、精密焊接；适用母材范围广，适焊位
置灵活
缺点：焊接效率低（钨电极承流能力有限，电弧功率受到限制，熔深浅，速度低）；使用惰性气体，成本略高；对焊接工人有技术要求，特别是手工焊
3）钨极氩弧焊设备
焊接电源：采用陡降外特性或恒流外特性（垂直下降特性）
自动引弧设备：高频引弧，交流焊接采用同一套电路稳弧
保护气回路：气瓶（银灰）、气管、气体流量计（减压）、气压开关（与电弧同通断）
冷却水路：安全使用电流（水冷条件）
焊枪：电缆接续、水路内部循环、气路通道、电极夹、电极换装、喷嘴
地线电缆
3.2 TIG中的钨极
对电极的要求：电弧引燃容易、可靠；工作中产生的熔化变形及耗损对电弧特性不构成大的影响；电弧的稳定性好，电弧产生在电极前端，焊接过程中不出现阴极斑点的上爬。
电极：W在很广泛的电流范围内充分具备发射电子的能力（引弧稳弧性好）；W具有很高的熔点，能够承受很高的温度（烧损少）
电极的烧损及形状的变化的不良影响：1、引起电弧形态的改变，影响电弧力及对母材的热输入；2、对重要构件的焊接会带来焊缝夹钨的问题；3、影响使用寿命，需要频繁换电极，生产率低。目前常用纯钨极、钍钨极、铈钨极。
3.2.1 钨极材料
纯钨极：熔点最高（热电极），耐烧蚀能力差，适合交流条件下镁、铝及其合金的焊接。
钍钨极：钨材料中加入1%～2%的ThO2，功函数（电子发射所需要的能量）降低，工作温度降低（或许用电流增加），电弧易引燃，过载能力强，综合性能优良，通常用于碳钢、不锈钢、镍合金和钛金属的直流正接焊接。交流焊接会增加直流分量。
铈钨极：加入1%～2%的CeO2 ，弧束较细长，光亮带较窄，温度更集中；最大许用电流密度大；烧损率更低寿命长；阴极压降降低10%，引弧，稳弧性更好；无放射性。适于低电流直流下焊接，管道和细小部件的焊接、断续焊接和特定数目的焊接。
锆钨极：烧损很少，防止污染夹钨，在交流条件下表现良好，当焊接时其端部能保持圆球状而且电弧比纯钨电极更稳定，在高负载的条件下表现优越，锆钨电极同时还具有良好的抗腐蚀性。锆钨电极适用于镁铝及其合金的交流焊接。
镧钨极：W+1%LaO2，焊接性能优良，且导电性能最接近2％钍钨电极，没有放射性，镧钨
电极主要用于直流焊接，但用于交流焊接时也表现良好。
钇钨极：W+2%Y2O3，在焊接时，弧束细长，压缩程度大，尤其在中、大电流熔深最大。
3.2.2 钨电极的基本特性
引弧特性（在可能引弧的最小空载电压下易高频振荡进行引弧）；电弧静特性、电弧压力；电极的变形与消耗
3.2.3 钨极直径和前端形状
1）电极直径：根据焊接电流值和极性选取；同一直径，直流反极性好交流时允许电流小于直流正极性（钨电极作阳极从电弧得到热量大）
2）电极前端形状：200A以下直流接焊接，电极前端角度为30～50°，电弧吹力最强，熔深最大；电流超过200A，电极温度更高，同时电弧吹力增加，保护状态恶化，电极前端形成伞形，但仍可以维持稳定的焊接，下一次焊接需要重新修磨、更换；电流超过250A后，电极前端会产生熔化损失，焊前把电极前端磨出一定尺寸的平台。直流反极性和交流焊接时钨极热输入大，同时电流也不是集中在阳极的某一区域，这时把电极前端形状磨成圆形最为合适。大电流焊接，不论电极开始是何种形状，一旦电弧引燃，电极前端熔化，自然形成半球形。
3.3 焊接方法
3.3.1 直流焊接与交流焊接
1）直流焊接
①直流反接(DCRP/DCEP/DC+) :母材接负极，发射电子能力差，发热量小，焊道浅而宽，效率低，只用于焊接薄板；钨极受到大量电子轰击，发热量大，载流能力小，纯钨极比较好，且最好使用大直径钨极，以分散热量；有阴极雾化作用，能够清理氧化膜，可以焊接薄的铝、镁合金
②直流正接(DCSP/DCEN/DC-)：金属及合金表面不存在高熔点氧化物问题；工件接阳极，发热量大（70%电弧能量），焊缝深而窄，效率高、变形小；钨极发射电子，带走大部分热量，起到冷却作用，载流能力强，寿命长；钨极发射电子强，小电流下电弧也很稳定；最常用，焊接碳钢、不锈钢、钛合金、高温合金、稀有金属；不能焊接铝、镁合金
③交流焊接：正负转换时都加上高压
3.3.2 低频脉冲焊
电弧闪烁：峰值时间内电弧燃烧强
烈，弧柱扩展；基值时间内电弧暗
淡，产热量降低；当脉冲峰值到来
时，焊件上就形成一个近于圆形的
熔池，在脉冲持续时间内迅速扩大；
在基值电流期间时，熔池迅速收缩
凝固，形成一个一个熔池凝固后相
互搭接所构成的焊缝；
低频脉冲TIG焊特点：焊缝致密性
好；线能量（平均电流小）可以焊
接薄板或超薄板构件；成型美观易控制：可精确控制电弧能量及其分布，降低热积累的影响，熔深均匀一致；能够控制熔池尺寸，使熔化金属在任何位置均不致于因重力而流淌，实现全位置焊和单面焊双面成形；宜于难焊金属的焊接：脉冲峰值电弧温度和电弧力很高，使难熔金属迅速形成熔池，在基值时间，熔池金属迅速凝固，高温停留时间短，且脉冲电流对熔池有强烈的搅拌作用，所以焊缝金属组织致密，树枝状结晶不明显，可减少热敏感材料焊接裂纹的产生；降低对装配夹紧的要求。
3.3.3 高频脉冲焊
高频脉冲TIG焊接的特点及应用：在小电流区域（10A以下）仍然非常稳定，可以进行 0.5mm 以下超薄板的焊接，焊缝成形均匀美观；高速移动下仍然有良好的挺直度，焊接速度大幅提高；坡口内焊接熔合良好：直流焊接时，如果焊丝填充量很多，熔池与坡口侧面的熔合状况恶化，焊道凸起，并偏向一侧，后续焊接不良高频脉冲焊在焊丝填充量很多时仍然呈现凹形表面，对后续焊接没有不良影响；焊缝组织性能好：对熔池金属有强烈的电磁搅拌作用，有利于细化金属晶粒，提高焊缝机械性能。
3.4 焊接条件的选择
3.4.1 焊接规范条件
1）焊接电流：缓升缓降（脉冲适用）；缓升:给焊接行走（机械惯性）提供一个缓冲时间；缓降:使电弧下方的熔池凹陷区有一个金属回填过程，防止大电流熄弧在焊缝上形成弧坑；2）焊接电压：TIG与弧长成正比，一般1-5mm，多2-3mm，填丝适当加大；U过大：电弧对母材的熔透能力降低，保护效果差，电极异常烧损，焊缝中易产生气孔；U过小：容易造成电极与熔池的接触，钨极被污染或断弧，在焊缝中出现夹钨缺陷，电弧产热量低，电弧压力过大，成型不好
3）焊接速度：表征生产效率，保证质量前提下，V越大越好；V过大：咬边或驼峰焊道，未熔透；V过小：焊道过宽，合金成分烧损，力学性能下降；一般5-50cm/min
4）保护气：Ar、He、Ar+H2、Ar+O2 、 Ar+N2
He、Ar+He弧焊：电压高，电弧产热量大，电弧力低，适用于大电流焊接。弧柱细，热量集中熔深大，熔宽窄，速度快，变形小，性能好。氦弧焊可以直流正极性焊铝（电子撞击去膜联合高温去膜）。保护气流量：喷嘴尺寸、喷嘴与母材间的距离、保护气类型、侧向风等；过大：紊流；过小：效果差
3.4.2 焊接工艺条件
1）焊接引弧
①高频放电破坏电极与母材的绝缘，引燃电弧；
②接触引弧：把电极与母材轻轻接触随即拉开，为皮面电极受母材污染、电极产生异常损耗、夹钨等，引弧电流限制在7A以下，电极提升速度影响引弧
③间接接触引弧：用辅助碳棒或钨棒与钨电极接触，两者间加小功率电源，引燃电弧，在电源空载电压作用下，电弧转移；
④在空气中引弧，或为引燃，或引燃后暴乱，工件钨极瞬间氧化氮化。直流正极性焊接，如果电极发射热电子很充分，电极处于高温状态，则电弧在电极的前端稳定燃烧。如果电弧引燃后，电极温度较低，则电极热电子发射能力较差，电弧将在电极上寻找容易发射电子的氧化物，电弧沿着电极表面向上爬，电弧拉长，电弧电压增加。当电弧电压增加到接近电源的空载电压时，电弧将熄灭。如果电弧上爬后能够持续一段时间，在电极温度上升后，电弧又会回到电极的前端稳定燃烧。
2）提前送气与滞后停气
3）焊丝及填丝：TIG焊接过热度低，合金元素基本都能过渡到熔池中去，大部分焊丝与母材同材质；为防止热裂纹可采用低碳（钢）或高硅焊丝（铝）；手工送丝：粗焊丝，2-4mm，填到电弧空间；自动送丝：细焊丝，0-8-1.6mm，紧贴熔池前沿；若焊丝端部离熔池有一定距离，焊丝端部熔化后会聚集成球滴，在重力和电弧吹力下过渡到熔池，这时有连续的“啪 — 啪”声，但焊缝成形不好
3.5 焊接技术
焊接热输入（线能量）的概念：H=I *U/V相同热输入条件下，大电流高速度焊接时的熔深大于低电流低速度焊接时的熔深。
1）提高焊接速度：大电流高速度焊接容易产生咬边、焊缝不连续、驼峰焊道等缺陷。（电弧力随电流增大，作用在熔池前半部分表面，熔化金属压后，前半部分金属量减少，形成咬边及异常焊缝）电极前端磨出一定的平台，电弧力降低；Ar+He；向前方倾斜电极，降低电弧对熔池金属向后方的排斥作用。
2）增加熔深：增大I或者降低V都可以增加热输入。I增大，电弧力也增大，熔深会增加，然而电弧同时也扩展，熔宽增加更加明显。对于不锈钢或钛等热导性差的母材，增大I后，熔宽的增加非常明显，最好降低I，同时降低V。对于铝、铜等热导性优良的母材，可以增大I，同时提高V。如果I很大，电弧力过于强烈，容易形成有缺陷的焊缝，这时可以把电极前端磨出一定尺寸的平台。钢材的热导性都较差。TIG焊时，与其提高I，不如降低V；减小电弧长度；Ar+He
3.6 焊接缺陷
夹钨：(a) 从钨极上偶然脱落的颗粒，钨极同工件接触：粒子嵌入到工件表面；钨极尖部进入到熔池：内嵌在焊焊缝中；钨极同填充焊丝接触：焊缝夹钨；(b) 电流过大，钨极端部过热，也会导致钨极端部的颗粒随着电弧过渡到熔池中。
气孔：接头和/或填充金属受到污染(同油, 脂, 涂层, 潮湿, 等)；保护气流量不够；保护气流量过大；焊枪角度不对；焊枪喷嘴直径不合适；钨极伸出长度不正确；保护气偏离电流的方向，或者保护气离除尘装置太近。
弧坑裂纹：焊接结束时，焊接电流减小的太快(对于铝合金来说这个问题尤为严重)。
表面污染：焊枪距离工件太高；焊枪角度不正确
过度熔透和烧穿：焊接电流太大；行走速度过慢；接头装配不正确
根部熔合不良：焊接电流过小；行走速度过快；电弧长度太长；接头装配不正确.
咬边：焊枪角度不正确；接头的可达性受到限制；焊接电流过大；弧长过长
根部未熔合：焊接电流太低；焊接速度太快；弧长太长；接头装配不正确
焊缝表面起皱：弧长太短；送丝不稳定；焊枪角度不对；焊接速度过快
余高：接头间隙太小；焊接速度太低；焊枪角度不对；弧长太短；填充焊丝太粗
根部上凹：接头装配不对；弧长太长；焊接电流太大
第四章等离子弧焊接
4.1 等离子弧的产生及其特性
1 等离子弧概念
等离子弧是通过外部拘束使自由电弧的弧柱被强烈压缩所形成的电弧。
2 等离子弧的工作形式
1）转移型等离子弧：电极与喷嘴内壁引燃引燃弧，加热电极，温度升高，高温气体从喷嘴孔道中流出，喷射到工件表面，在电极与工件产生高温层，产生带电粒子，在主电源较高的空载电压下，电弧自动转移到电极与工件之间，主弧或转移弧，然后切断引燃弧。
2）等离子焰流：在钨极与喷嘴内壁之间引燃等离子弧，电弧电源正负极分别接在电极和喷嘴上，保护气通过电弧区被加热，流出喷嘴时带出高温等离子焰流，对工件加热。但其电流小，电弧温度低，指向性不好。
3）混合型等离子弧：当电弧引燃并形成转移弧后仍然保持引燃弧（小弧）的存在
4.1.2 等离子弧特性及用途
1）电弧静特性
①受到水冷喷嘴孔道壁的拘束，弧柱截面积小，弧柱电弧电场强度增大，电弧电压明显提高，从大范围电流变化看，静特性曲线中平特性区不明显，上升特性区斜率增加。
②混合式等离子弧中的小弧电流对转移弧特性有明显影响，小弧电流值增加，有利于降低转移弧电压，这在小电流电弧（主弧）中表现明显。
③拘束孔道尺寸和形状对静特性有明显影响，喷嘴孔径越小，静特性中的平特性区间越窄，上升特性区斜率越大，弧柱的电场强度越大。
④在电极腔及喷嘴孔道中流过的气体称工作气或等离子气，离子气种类和流量对弧柱电场强度有明显影响。
2）电源热特性
①温度更高，能量密度更大，挺直性。原因：水冷喷嘴孔道对电弧的机械压缩作用，使电弧弧柱截面积减小，能量更为集中；喷嘴水冷作用使靠近喷嘴内壁的气体受到一定冷却，温度和电离度下降，迫使弧柱区带电粒子集中到弧柱中的高温高电离区流动，由于冷却而在弧柱四周产生一层电离度趋近于零的冷气膜，使弧柱有效截面积进一步减小，电流密度进一步提高（热压缩效应）；两种压缩效应使弧柱电流密度增大以后，弧柱电流线之间的电磁收缩作用进一步增强，使弧柱温度、能量密度进一步提高；喷嘴机械拘束是前提，热压缩是本质。
②TIG焊接，加热工件热量来源阳极斑点（阳极区热量），弧柱辐射和热传导辅助；等离子弧弧柱高速高温等离子通过接触传导和辐射带给焊接热量明显增加，阳极产热次要。
4.2 等离子弧焊设备
4.2.1 焊接电源
1）电源特性：采用陡降特性或垂直下降特性（横流特性）电源。
2）单电源工作：大电流一般采用转移型，在电源正极和焊枪喷嘴之间串联电阻。
3）双电源工作：30A一下小电流焊接采用混合型电弧工作，小电流稳定性差，在较长的电弧通道与离子气的强烈冷却作用下易熄灭，须保持引燃弧持续燃烧。
4.2.2 等离子弧焊枪
1）焊枪结构要求：能固定喷嘴与钨极的相对位置，并可进行调节；对喷嘴和钨极进行有效冷却；喷嘴和钨极之间绝缘，以便在钨极喷嘴内壁之间引燃小弧；能导入离子气流和保护气流；便于加工和装配，特别是喷嘴更换；轻巧，便于观察。
2）喷嘴结构参数：喷嘴孔径d，决定等离子弧直径大小即等离子弧的被压缩程度；喷嘴孔道长度l，d给定后，l增加压缩作用加强，孔道比（l/d）表征喷嘴孔道压缩特征；内腔锥角a（压缩角），对等离子弧压缩状态影响不大。
3）电极内缩和同心度：内缩长度增加可提高等离子弧的压缩程度，但内缩过大易引起双弧，钨极偏心导致等离子弧偏斜，使焊缝单侧咬边，也可能导致双弧。
4）送气方式：经一个或多个切向气道送气，气流形成的旋窝流入喷嘴孔道其中心为低压区有利于稳柱于孔道中心。
4.3 等离子弧焊接
4.3.1 小孔型等离子弧焊接
1）基本特点：等离子弧把工件完全熔透并在等离子流力作用下形成穿透工件的小孔，熔化金属沿电弧周围熔池壁向熔池后方流动，小孔跟随等离子弧向前移动，可实现不采用衬垫单面焊双面成形，要求电流较大。装配间隙、错边严格控制，填丝焊可降低装配要求，有利于防止焊穿并形成一定余高。
2）参数：离子气流量增加可使等离子流力和电弧穿透力增加；焊接电流增加等离子弧穿透能力增强，电流小小孔直径小或者难以形成小孔，电流大小孔直径过大，熔池脱落；焊接速度增加，焊缝热输入量减少，小孔直径减小，速度过慢会造成熔池脱落，正面咬边，反面突出太多，离子气流量在小孔法中起到能量控制作用；喷嘴到工件一般3~5mm，过高会使电弧穿透力降低，过低会使喷嘴受到金属蒸气污染，易形成双孔，也不利于观察；保护气流量与离子气流量比例适当，过大会造成气流紊乱。
4.3.2 其他形式等离子焊接
1）熔入型等离子弧焊接：薄板、多层焊缝的上层面、角焊缝
2）微束等离子弧焊接：15~30A以下的熔入型，焊接金属薄膜
3）脉冲：控制热输入量提高焊接过程稳定性，保证全位置焊焊缝成形，减小热影响区宽度和焊接变形
4）变极性VPPAW：铝合金焊接，在负半波施加高幅值窄脉宽的电流，保证熔透同时提高阴极清理氧化膜作用
5）熔化极：等离子弧和MIG电弧联合使用，等离子弧在钨极与工件或者喷嘴与工件燃烧，高温等离子包围熔化极焊丝，焊丝熔化速度加快，熔滴过渡顺畅，抑制飞溅
6）等离子+TIG：穿孔型等离子弧焊枪熔化焊接接头，后面TIG焊枪带有送丝用于盖面焊接，单道焊接，降低了填充金属量，焊接速度提高30~40%，焊接变形小；减少焊道层数，热影响区窄，外观成型好
第五章CO2气体保护焊
5.1 CO2电弧焊原理与特点
5.1.1 CO2电弧焊原理
利用CO2气体在熔化极电弧焊中对电弧及熔池进行保护的焊接方法。采用与母材相近材质焊丝作为电极。焊丝为电弧一极，焊丝熔化后形成熔滴过渡到熔池中，与母材熔化金属共同形成焊缝。为防止外界空气混入到电弧、熔池所组成的焊接区，采用了CO2气体进行保护。
5.1.2 CO2电弧焊特点
优点：焊接成本低：焊丝和保护气便宜；生产效率高：粗丝大电流焊厚板，电流密度高，细颗粒过渡，焊丝熔化速度快，熔敷率高，电弧挺度大，穿透力强，焊接熔深大，可以不开坡口或开小坡口，生产率比焊条电弧焊提高1~3倍；细丝小电流焊薄板，短路过渡，电弧对工件间断加热，线能量小，变形小，焊后矫形工序简化；焊接能耗低：熔化效率高、焊接速度快；适用范围广，半自动焊可焊接任意空间焊缝，工件的厚度尺寸适应范围广，最薄可达1mm；是一种低氢型或超低氢型焊接方法，对油锈水不敏感，焊缝抗裂性能好；CO2气体密度大，保护效果好；焊后不需清渣，明弧焊接便于监视，有利于机械化操作。
缺点：CO2高温分解，氧化性强，不能用于非铁金属的焊接，对不锈钢可能造成焊缝增碳，降低抗晶间腐蚀能力；过渡不如MIG焊稳定，飞溅量较大；产生很大的烟尘，弧光较强；送丝速度快，只能自动或半自动焊。
5.2 CO2电弧焊的金属化学基础
5.2.1 CO2气体的氧化性及合金元素的氧化
1）CO2氧化性
2CO2ù2CO+O2ù2O（解离）
2）合金元素的氧化
直接氧化：发生在熔点温度以下（1500K），在熔池金属周围未熔化区域或凝固的焊缝表面上发生，属于表面氧化，进行的激烈程度较低，对电弧、熔池和焊缝没有太大的影响（CO2）间接氧化：在高温电弧所笼罩区域的熔化金属表面（熔池金属和熔滴金属）主要发生的是与氧原子或氧气分子的反应，因两者在电弧中有较多的分解，并且氧化性更强，从而对处于液态表面的Fe、Si、Mn、C等元素造成氧化
氧化反应导致的不良结果：合金元素烧损：焊缝机械性能下降；CO气孔：飞溅：CO在高温液态金属中聚集后体积膨胀，在熔滴内部或熔池表面层下产生爆破，从而形成液态金属的飞溅，其中以熔滴中产生的比较剧烈
5.2.2 CO2焊的脱氧措施与焊缝金属合金化
1）脱氧反应：脱氧元素的选用原则一是与O的亲和力要大于Fe与O的亲和力，能把O从FeO中置换出来，并先于C与O反应；二是不对焊接过程和焊缝构成不良影响，比如形成气孔、形成飞溅、形成夹渣等。脱氧剂：Al、Ti强脱氧剂，但Al会降低焊缝金属的抗热裂纹能力；Ti可以对金属起到细化晶粒的作用，以及与N结合成氮化物，防止钢的时效。最常用脱氧剂：Si、Mn联合脱氧－H08Mn2SiA
2）焊缝金属合金化：为防止气孔、减少飞溅及降低焊缝产生裂纹的倾向性—>CO2焊丝含C 量一般都低于0.15%—>烧损和蒸发，使得焊缝的含C量低于母材—>导致焊缝强度受损—>依靠残留在焊缝中的Si、Mn等合金元素弥补C的损失，保证焊缝强度。
5.2.4 CO2焊气孔
1）N2气孔:在焊缝中成堆出现，类似蜂窝，既有内部的，也有外部的,多由于气体流量不合适、侧向风、飞溅引起的气流扰动等保护不良引起，少数由于液态金属中的N原子聚合来不及逸出而成。从保护和工艺规范两方面解决。（CO2气体重，受热膨胀，保护好，但飞溅）2）CO气孔：沿结晶方向分布，呈条虫状，内表面光滑，一般在焊缝内部分布。当焊丝中
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 2.3.受激吸收 受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级E1的一个原子，在频率为的辐射场作用下吸收一个能量为hν的光子，并跃迁至高能级E2，这种过程称为受激吸收。自发辐射是不相干的，受激辐射是相干的。 由受激辐射和自发辐射的相干性可知，相干辐射的光子简并度很大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能够创造这样一种情况：使得腔内某一特定模式的ρ很大，而其他所有模式的都很小，就能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度，使相干
Location：pWPS No.： 焊接方法：t101 坡口准备和清理：机械加工、化学清洗Welding process：t101 preparation and cleaning：Machining，chemical clean 接头类型：BW 焊接设备：肯倍FastMig Pulse 350 Joint type：BW W elding Equipment: KEMPPI FastMig Pulse 350 焊接位置：PA 焊工姓名： Welding positions：PA Welder，s name： 母材规格（mm）：300*300*3 钨极种类/直径（mm）： Parent metal size（mm）：300*300*3 Tungsten electrode type/size： 母材质保书：GB5237 6063T5 焊材烘干规定： Base metal specification：GB5237 6063T5 Special baking or drying： 焊材质保书：ER5356 53M010512 清根情况： Filler material specification：ER5356 53M010512 Back gouping: 焊接工艺参数【Welding details】： Preheat temperature：Other information： 层间温度（℃）：基值电流/峰值电压： Interpass temperature：Base current/Peak voltage： 钨极种类/直径（mm）：脉冲频率： Tungsten electrode type/size：Pulse frequency： 干伸长度（㎜）：12 脉冲时间： D i s t a n c e c o n t a c t t u b e/w o r k p i e c e：12 Pulse time： 焊枪角度（°）：弧长/微调： Torch angle : Arc length/Fine adjust： 焊后热处理：摆动（焊道的最大宽度）（㎜）： Post-weld heat treatment：W e a v i n g(M a x i m u m w i d t h o f r u n): 时间、温度、方法：振动（振幅、频率、停留时间）： T im e、tem perature、m ethod：O s c i l l a t i o n（Am p l i t u d e,f r e q u e n cy,d w e l l t i m e）： 加热和冷却速度（℃/h）：等离子焊接细节： Heating and cooling rates：Torch angle： 制造商： Manufacture：
导师姓名：吴林 导师分类：材料加工工程哈尔滨工业大学 导师人气：77人看过，0人评论过 吴林教授电话：86402096 电邮：iret@https://www.doczj.com/doc/d31126913.html, 1953-1959 ：毕业于哈尔滨工业大学焊接专业 1978-1982 ：哈尔滨工业大学焊接专业讲师 1982-1985 ：哈尔滨工业大学焊接专业副教授 1985-1987 ：哈尔滨工业大学焊接专业教授 1985- 目前：哈尔滨工业大学材料加工工程学科硕士生导师 1987- 目前：哈尔滨工业大学材料加工工程学科博士生导师 1. 1992- 目前：国务院学位委员会学科评议组成员 2. 1999- 目前：国务院学位委员会委员 3. 2002- 目：黑龙江省学位委员会副主任 4. 1998- 目前：中国焊接学会前任理事长，现任执委 5. 1998-2001 ：国际焊接学会副主席，执委 1. 1986 年被中华人民共和国人事部授予中青年有突出贡献专家 2. 1989 年被授予全国先进工作者称号 -------------------------------------------------------------------------------- 学术兼职 -------------------------------------------------------------------------------- 学科 材料加工工程 -------------------------------------------------------------------------------- 研究方向 ------------------------------------------------------------------------------- 论著成果
哈尔滨工业大学《材料结构与力学性能》考研大纲 一、考试要求 试卷内容分为两部分：第一部分为材料结构与缺陷；第二部分为材料力学性能。 材料结构与缺陷部分的基本要求是应考者需全面掌握晶体材料结构及其缺陷的基本概念、基本规律、基本原理，要求能灵活运用材料结构与缺陷的基本理论综合分析材料结构与性能的相关性。 材料力学性能的基本要求是：(1)理解并掌握材料弹性变形、塑性变形与断裂等基本力学行为的宏观规律及微观本质，并进一步了解应力状态、试样几何因素以及环境因素对材料力学行为的影响；(2)熟悉材料常用力学性能指标的意义、测试原理、影响因素及其应用范围，具有按照实际工作条件和相关标准、规范等正确选择试验方法和指标进行材料测试、评价及选择材料的能力，并了解改善材料力学性能的基本方法和途径。 二、考试内容 1）材料结构与缺陷部分 a:晶体学基础：原子的结合键、结合能；结合键的特点、与性能的关系；晶体学的基本概念；晶面指数、晶向指数的标定；晶面间距的计算；晶体的对称性。 b:晶体结构：典型纯金属的晶体结构；合金相的晶体结构；离子晶体结构；共价晶体结构；亚稳态结构。 c:晶体缺陷：晶体缺陷的分类、结构、表征、运动特性；空位和间隙原子形成与平衡浓度；位错的基本类型与表征、位错的运动与增殖、位错的弹性性质、实际晶体中的位错；界面、相界、孪晶界；位错及位错与其他晶体缺陷的交互作用。 d:相图：相图的基本规律、分析方法与应用；分析各种类型的二元相图及其晶体的结晶过程和组织；三元相图的基本知识。 2）材料力学性能部分 a:材料基本力学性能试验：(1)掌握静载拉伸试验方法与拉伸性能指标的含义及测定，熟悉典型材料拉伸变形断裂行为与应力－应变曲线；(2)熟悉压缩、弯曲、扭转试验原理、特点及应用，了解应力状态对材料力学行为的影响；(3)掌握布氏、洛氏、维氏硬度试验原理、特点及应用范围。 b:材料变形行为与变形抗力：(1)掌握弹性变形行为及其物理本质，熟悉材料的弹性常数及其工程意义；(2)熟悉材料塑性变形行为及其微观机制，了解材料物理屈服现象；(3)了解材料的理论与实际屈服强度、微观与宏观屈服应力及宏观屈服判据；(4)了解材料强化的基本途径与常用方法。 c:材料断裂行为：(1)了解材料常见断裂形式及其分类方法；(2)熟悉金属延性断裂行为及微观机制；(3)熟悉解理和沿晶断裂行为及微观机制；(4)了解断裂的宏观强度理论。 d:材料的脆性及脆化因素：(1)了解材料脆性的本质及表现，熟悉微观脆性与宏观脆性的联系与区别；(2)熟悉缺口顶端的应力和应变特征，了解缺口试样拉伸行为及缺口敏感性；(3)了解冲击载荷特征与冲击变形断裂特点，掌握缺口试样冲击试验与冲击韧性的意义及应用； (4)了解材料低温脆性的本质及其评定方法。 e:材料裂纹体的断裂及其抗力：(1)了解材料的理论断裂强度，掌握Griffith强度理论及应用；(2)掌握线弹性断裂力学的基本概念与基本原理，了解裂纹尖端塑性区及其修正；(3)了解裂纹体的断裂过程与断裂韧性的测定及其影响因素。 f:材料的疲劳：(1)熟悉高周、低周疲劳行为,s-N与-N疲劳曲线及其经验规律，掌握疲劳抗力的意义及表征；(2)了解疲劳断裂过程、特征及微观机制；(3)掌握疲劳裂纹扩展的断
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要：焊接技术主要应用在金属母材热加工上，常用的有电弧焊，电阻焊，钎焊， 电子束焊，激光焊等多种，本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数，还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用，并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，
成人高等教育 毕业论文开题报告 题目：低碳钢表面电弧堆焊耐磨层工艺 及组织性能分析 专业焊接技术与工程 类别专升本 层次本科 学生孔伟 函授站济宁函授站 学号C1002492101 指导教师苗现华 开题报告日期2012年4月20日 哈尔滨工业大学 2012年4月
说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．课题来源及研究的目的和意义； 2．国内外在该方向的研究现状及分析； 3．主要研究内容； 4．研究方案及进度安排，预期达到的目标； 5．为完成课题已具备和所需的条件和经费； 6．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 7．主要参考文献。 二、对开题报告的要求 1．开题报告的字数应在3000字以上； 2．阅读的主要参考文献应在10篇以上，其中外文资料原则上应不少于三分之一。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 3．参考文献按在开题报告中出现的次序列出； 4．参考文献书写顺序：序号作者.文章名.学术刊物名.年，卷（期）：引用起止页。 三、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 四、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交成人教育学院教学调度保存， 以备检查。 指导教师评语：
指导教师签字：检查日期： 哈尔滨工业大学毕业设计开题报告表 论文题目低碳钢表面电弧堆焊耐磨层工艺及组织性能分析一、选题背景和意义 随着国家经济的发展，建筑业也得到了蓬勃发展。混凝土泵就是用于建筑的一种机械—高远距离输送混凝土的机械，耐磨环(板)就是其中的重要零件这一。它需要具有高硬度、高耐磨特性。我的论文就是以此作为切入点，通过在碳钢表面堆焊耐磨层从而达到耐磨板的高硬度、高耐磨要求，使其寿命增加，节约资源，提高生产力。 堆焊是用焊接方法在母材表面堆敷一层具有一定性能材料的工艺过程。其目的在于增加零件的耐磨、耐热、耐腐蚀等方面的性能。如今，堆焊在冶金机械、矿山机械、农业机械等方面得到了广泛应用。堆焊的物理本质、冶金过程和热过程的基本规律，与一般焊接工艺无区别。但是，堆焊的主要目的在于发挥表面堆焊合金的性能，故有以下特点: 1)堆焊层合金成份是决定堆焊效果的主要因素 2)尽最降低稀释率; 3)堆焊层易开裂。由此可看出，堆焊工艺就显得尤为重要。 一、课题关键问题及难点 本实验的目的是使堆焊层的硬度达到要求硬度，这就需要选出一种最好的焊接工艺，在多层堆焊的过程中，过渡层的性能不好控制，最外层的性能不容易达到焊材的性能。
哈尔滨工业大学材料科学与工程学院 2017\2018年硕士研究生招生复试指导 根据教育部关于加强硕士研究生招生复试工作的指导意见及学校有关要求，硕士研究生入学考试初试合格的考生和推免生均需参加复试，材料科学与工程学科2015/2016年硕士研究生招生复试指导确定如下： 复试比例及主要内容， Ⅰ复试由笔试和面试两部分组成，外国语听力考试在面试中进行。复试的总成绩为280分，其中笔试200分，面试80分。 Ⅱ复试笔试科目 （一）报考080501材料物理与化学学科的考生 以下共有六套考题供考生选择。参加复试的考生须从六套题中任选两套考题回答。每套题100分，共200分。 第一套题：材料X射线与电子显微分析 一、X射线物理基础 1. 连续X射线 2. 特征X射线 3. X射线与物质相互作用（包含相干散射、非相干散射、光电子、X射线荧光及俄歇电子） 二、X射线衍射方向 1. 布拉格方程的推导 2. 布拉格方程的讨论（包含反射级数、干涉指数、消光等） 三、X射线衍射强度 1．原子散射因子 2．结构因子（包括含义、推导及如何用结构因子推导晶体消光规律） 3．多晶体X射线衍射强度影响因素 四、电子光学基础与透射电子显微镜 1. 电子光学 2. 电磁透镜及相差分析。 五、透射电镜的构造 1. 透射电子显微镜结构及成像原理 2. 透射电子显微镜的分辨本质及放大倍数。 六、电子衍射 电子衍射原理及衍射花样的标定 七、透射电子显微镜的衬度原理 1. 质厚衬度 2. 衍衬成像原理 3.消光距离 八、扫描电子显微分析 扫描电子显微镜工作原理及构造，表面形貌衬度原理及应用 九、电子探针显微分析 电子探针仪的结构及工作原理，电子探针仪的分析方法及应用
1就业方向:本专业的学生主要就业于石油、化工、锅炉、压力容器、航空航天、电子通讯、船舶制造、汽车制造等领域的研究机构或大型国营企业、外资与合资企业以及政府相关职能部门. 2专业解读:焊接技术与工程专业是一个技术性较强、知识面相对集中的一个专业,目前全国只有哈尔滨工业大学等少数几所高校开办了焊接技术与工程专业,每年的毕业生人数较少,而近几年来,一方面,国家对特种设备行业加强了管理和监督,另一方面,大量外资制造业和技术服务业的涌进,使焊接专业人员更加稀缺. 3就业形势:可以说,目前焊接专业的学生在毕业前,签订率就达到100%,在未来10~20年,随着制造业的发展和企业自身的完善,该专业仍然比较吃香,所以该专业的就业前景非常好. 4薪资状况:总体来说,该专业并不是一个高薪专业,但随着工作时间和工作经验的增加,会“越老越值钱”.该专业的学生毕业后第一年的工资都在2000元左右,以后几年工资会快速上涨,按照目前的薪资水平,国营和民营企业可达 3000~5000元/月,外资企业可达8000~10000元/月,如果运气好的话,每个月20000~30000元也是有可能的. 5专业介绍 ●业务培养目标:本专业培养具有大学专科层次,适应焊接生产、管理、服务第一线需要的,德、智、体、美等方面全面发展的高等技术应用性专业人才. 业务培养要求:培养能掌握焊接工程、电子技术、机械设计等方面的基础知识和专业知识,具备机械设计、电子电力学科以及计算机等相关的基础理论知识与应用能力,能在航空航天、能源交通、电力电器等领域从事焊接工程相关的科学研究、设计制造、技术开发与管理的应用型高级工程技术人才. ●毕业生应获得的知识与能力 毕业生应具备机械设计、电子电力学科以及计算机等相关的基础理论知识与应用能力,能够从事焊接工程领域的科学研究、技术开发、设计制造、试验研究、企业管理和经营、基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、适应市场经济发展的富有创新精神和实践能力的高素质复合型人才.掌握材料成型工艺的研究、开发. 计算机控制和计算机辅助设计的能力. 具有研究、开发材料成型工艺、新设备及从事工装模具设计的能力. ●主干学科:机械工程、材料科学与工程、电子技术 ●主要课程:机械制图与AUTOCAD、熔焊原理、金属材料焊接电源、弧焊方法设备、焊接结构生产、焊接检验、焊接工程管理
激光焊接的未来与前景 激光焊接前景 摘要：焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。 关键词：焊接技术关键制造工艺激光焊接产业化 焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。中国2005年钢产量达到3．49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国，而焊接结构的用钢量也突破1．3亿吨，相当于美国一年的钢产量，成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统，包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径10．7m 高5．4m 重440t，为世界最大的铸－焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用12t焊丝，耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收，标志着中国航天事业的巨大进步，其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5．5m 长62m 厚337mm 重2060t，为当今世界最大、最重的锻－焊结构加氢反应器，采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢（X70）大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板－焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨，占世界造船总量的17％，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的170舰，都是中国造船界的骄傲，船体是典型的板－焊结构。另外，上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥；国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶；奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨，也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30～60万瓦级循环硫化床（CFB）锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。 但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。
激光焊接技术应用及其发展趋势 摘要：本文论述了激光焊接工艺的特点、激光焊接在汽车工业、微电子工业、生物医学等领域的应用以及研究现状，激光焊接的智能化控制，论述激光焊接需进一步研究与探讨的问题。关键词：激光焊接；混合焊接；焊接装置；应用领域 引言 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的Y AG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 一、激光焊接的质量与特点 激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段[2]，激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。 1、激光焊接的焊缝形状 对于大功率深熔焊由于在焊缝熔池处的熔化金属，由于材料的瞬时汽化而形成深穿型的圆孔空腔，随着激光束与工件的相对运动使小孔周边金属不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝，其焊缝形状深而窄，即具有较大的熔深熔宽比，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：l，最高可达10：1。图2显示四种焊法在316不锈钢及DUCOLW30钢上的焊缝截面形
95年 1．什么是熔渣的碱度？为什么焊接合金钢是希望采用碱性熔渣？ 2．试述焊缝中形成气孔的机理 3．结？？2，结？？7各用什么做脱氧剂？为什么 4．为什么钢材焊接冷裂纹在近缝区产生 5．如何选择16Mn钢及15MnVN钢的焊接线能量 96年 1．名词解释 1焊接温度场2焊接线能量3层状撕裂4碳当量5短渣 2什么是熔合比？融合比与那些因素有关？融合比对焊缝质量有何影响 3说明熔合区的形成及及对焊接接头性能的影响， 4。什么是焊接热影响取得粗晶脆化？为了减少粗晶脆化的影响，对热处理特性不同的钢材在确定焊接规范参数时应遵循什么原则 5试述焊接延迟裂纹的影响因素及防止措施 6试分析比较低碳调质钢的冷裂倾向 97年 1．试述在焊接钢材的氢对焊接质量的影响及控制措施 2．说明结晶裂纹的特性及影响因素 3．分析说明焊缝中形成气孔的影响因素 4．分析比较结**2与结**7两种典型焊条的工艺性能 5．试述预防和减小焊接变形的措施 98年 1．分析说明温度及熔渣性质对扩散氧化的影响 2．试述焊接熔池结晶的特点。结晶方向及晶粒成长线速度 3．试述16Mn钢焊接热影响区的组织分布及性能 4．用应力扩散理论解释冷裂纹的氢致延迟开裂机理，并叙述如何防止焊接冷裂纹 5．绘制并分析低碳钢Q235平厚板平面多层焊对接头中AO线上的焊接残余应力分布状况，并阐述采用什么焊的街头（坡口）设计及其焊接工艺措施可以减小其焊接残余应力的措施。可以减小其焊接残余应力的数值 02年考研题 1．按功能成分举例说明焊条药皮组成物有哪几种 2．论述熔渣性质和温度对氧化还原反应的影响 3．分析HY80低碳钢的焊接问题并提出解决方案 4 5 02年期末诗体 1．试述S。P在焊缝中的危害及控制措施 2．产生气孔的影响因素及防治措施 3．为什么延迟裂纹在钢材热影响区产生 4．以铝合金热裂纹的产生条件谈防治措施和工艺措施 5．奥氏体不锈钢的晶间腐蚀机理及控制措施 05年 1. 简答焊接热影响区各分区组织特点
1、课程代码 2、课程名称 材料科学基础 3、授课对象 金属材料工程专业本科生 4、学分 3.5 5、修读期 第4学期 6、课程组负责人 彭志方教授、雷燕讲师 7、课程简介 材料科学基础是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业课。本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态。本课程着眼于材料基本问题、从金属材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，同时也培养学生的动手能力、验证理论、探索新知识的能力。本课程也是材料科学与工程专业的技术基础课，它为该专业学生的后续课程，如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。 8、实践环节学时与内容或辅助学习活动 材料科学基础综合实验1周 9、课程考核 布置课后作业，作为平时成绩，占30％。 期末考试为闭卷考试，卷面考试成绩占70％。 10、指定教材 石德珂，材料科学基础，机械工业出版社，2006 11、参考书目 [1] 物理冶金基础，冶金工业出版社，唐仁正，1997 [2] 材料科学基础，哈尔滨工业大学出版社，赵品，谢辅洲，孙文山.，2000 [3] 材料科学基础，清华大学出版社，潘金生等，1998 [4] 金属学，上海科技出版社，胡庚祥，钱苗根.，1980 12、网上资源
1、课程代码 2、课程名称 材料工程基础 3、授课对象 金属材料工程专业本科生 4、学分 2.5 5、修读期 第5学期 6、课程组负责人 李正刚讲师、梁夏讲师 7、课程简介 《材料工程基础》是材料专业学生的重要技术基础课，主要阐述了固态相变的基础理论和材料强化的基本工艺方法，并介绍了常用的各种工程材料。本课程重点放在基本现象、基本概念和基本方法上，主要内容包括钢的加热转变、冷却转变、回火转变，珠光体相变，马氏体相变，贝氏体相变，钢的退火、正火、淬火和回火和工业用钢、铸铁及有色合金等内容。阐明了钢在不同工艺条件下的组织转变规律，介绍基本的和成熟的相变理论。并运用有关基本知识分析认识和研究材料发展的内在规律，提出提高材料强韧性的途径。对不同种类材料的合金化问题分别进行了分析，目的在于是学生掌握如何根据构件的服役条件和对性能的要求正确地选择材料和合理地制订工艺。 8、实践环节学时与内容或辅助学习活动 材料工程基础综合实验1周 9、课程考核 布置课后作业，作为平时成绩，占30％。 期末考试为闭卷考试，卷面考试成绩占70％。 10、指定教材 崔忠析，金属学与热处理，机械工业出版社， 1993 11、参考书目 [1] 胡光立，谢希文. 钢的热处理. 西安：西北工业大学出版社，1993 [2] 戚正风. 金属热处理原理.北京：机械工业出版社，1988 [3] 安运铮. 热处理工艺学. 北京：机械工业出版社，1988 12、网上资源
激光焊接技术 激光焊接技术属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上。 目录 1基本信息 2激光焊接的优势 3工艺参数 ?激光功率 ?光束焦斑 ?功率控制 4优缺点 5应用 6混合焊接优势 1基本信息 激发电子或分子使其在转换成能量的过程中产生集中且相位相同的光束，Laser来自Light Amplification by Stimulated Emission Radiation的第一个字母所组成。 由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。介质受到激发至高能量状态时，开始产生同相位光波且在两端镜间来回反射，形成光电的串结效应，将光波放大，并获得足够能量而开始发射出激光。激光亦可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源转换成某些特定光频（紫外光、可见光或红外光的电磁辐射束的一种设备。转换形态在某些固态、液态或气态介质中很容易进行。当这些介质以原子或分子形态被激发，便产生相位几乎相同且近乎单一波长的光束-----激光。由于具同相位及单一波长，差异角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及热处理等功能前可传送的距离相当长。 世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达10^6瓦，但仍属于低能量输出。使用钕（ND）为激发元素的钇铝石榴石晶棒（Nd:YAG）可产生1---8KW的连续单一波长光束。YAG激光，波长为1.06uM，可以通过柔性光纤连接到激光加工头，设备布局灵活，适用焊接厚度0.5-6mm。使用CO2为激发物的CO2激光（波长10.6uM），输出能量可达25KW，可做出2mm板厚单道全渗透焊接，工业界已广泛用于金属的加工上。 早期的激光焊接研究实验大多数是利用红宝石脉冲激光器，当时虽然能够获得较高的脉冲能量，但是这些激光器的平均输出功率相当低，这主要是由激光器很低的工作效率和发光物质的受激性所决定的。激光焊接主要使用CO2激光器和YAG激光器，YAG激光器由于具有较高的平均功率，在它出现之后就成为激光点焊和激光缝焊的优选设备。激光焊接与电子束焊接
第一档次：哈工大、清华、天大、上交大、哈焊所；第二档次：、北航、南理、华南理工（电源方面不错）、江苏科技大学、（北京工业大学）、（西交大）、（华科）；第三档次：西工大（铸造）、东北大（材料成型及钢铁冶金）、北理、吉大（锻压比焊接强）、中南、重大、武大、川大、武理、山大、北科、大连理工、兰州理工、南航（有些是985院校，有些是211里的名校，它们都开设焊接专业了，但各个学校焊接专业的实力到底怎么样真的不清楚） 第四档次：中国石油大学（华东）、太原理工、湘潭大学、南航大学、河海大学、南昌大学、中国矿大、沈阳工业大学、大连交通大学、浙江工业大学、河北工业大学、太原科技、西南交大、佳木斯大学，哈理工、西安理工…………（非985院校，有些是211的，有些不是） 哈工大的材料加工最好的当属焊接，有全国唯一的国家重点实验室。本科毕业待遇就很不错了，硕士生就更不用说了，听说企业都是抢着要，他们毕业之前工作早就签好了。不过确实比较难考。 天大的材料加工（焊接）也很不错，关键是差额复试比例一般为1：1.2，这个比例还是比较合理的（哈工大复试差额比例好像是1：2）。考个350左右就比
较保险了。 上交的焊接实力比较强，但上交材料加工的专业里貌似锻压的实力是最强的 北航的焊接实力也很强，航空航天里需要焊接技术的地方还是挺多的 另外说明一点的是，最近几年天大、哈工大对英语的要求逐渐下降，而上交则一直要求比较高。对于变态的考研英语始终学不明白的同学应该好好考虑考虑，千万别在英语上卡住了！(天津、北京、上海都是A区，而黑龙江是B区，阅卷尺度相对松些) 10年上交的英语分数线为50，哈工大和天大都是45；09年上交和哈工大的英语分数线为50，天大则为45；08年上交是55，哈工大和天大都是50；07年上交还是55，哈工大则为52分，天大为50分；
引领先进焊接技术应用中央直属大型科技企业服务重点焊接产品制造国家级重点高新技术企业集科技英才采焊接精髓 扬哈焊风采铸民族品牌 所概况 所简介 哈尔滨焊接研究所建于1956年，原隶属于机械工业部，是焊接技术研究方面具有综合科技实力的国家级科研机构。随着我国科技体制改革的发展，1999年7月转制为科技型企业，现隶属于国务院国有资产监督管理委员会管理的机械科学研究总院。 哈焊所现有职工400多人，其中中国工程院院士1名，国家级突出贡献专家1名，政府特殊津贴获得者8名，研究员及高级工程师共110多人。研究与开发的方向包括金属材料焊接性和产品焊接、焊接行为物理及计算机模拟、焊接材料及制备技术、先进焊接工艺和焊接自动化装备、激光焊接技术、焊接机器人应用、表面涂敷材料和工艺、热切割工艺与装备、焊接无损检验及修复、技术信息等。 哈焊所是中国焊接协会秘书处、中国机械工程学会焊接学会秘书处、全国焊接标准化技术委员会秘书处挂靠单位；是国家焊接材料质量监督检验中心、机械工业火焰切割机械产品质量监督检测中心、高效优质焊接新技术国家工程研究中心依托单位；拥有国家进出口商品检验局焊接材料及焊割设备认可实验室和国家进出口商品检验局金属材料认可实验室。 自改革开放以来，哈焊所承担了大量国家重大科技攻关项目和促进焊接技术进步的行业服务任务，同时也承担了焊接高新技术产业化工程建设的任务。为适应市场经济发展的要求，围绕科技成果转化，积极建立相关的焊接科技产业示范基地。近年来对全所的生产资源、技术资源、人力资源进一步整合，成立了特种焊条、焊剂及配套焊带作为主营产品的焊条焊剂事业部；以高纯实心焊丝作为主营产品的实心焊丝事业部；以高强钢及药芯焊丝作为主营产品的药芯焊丝事业部；以配套定型焊接专机及焊接机器人工作站作为主营产品的定型专机事业部，以为表面工程领域提供产品和技术服务的表面工程事业部。生产的产品广泛应用于石化、汽车、机械、冶金、桥梁、车辆、水电、核电设备和国防工程等的各个领域，服务对象遍及全国各地，取得了显著的经济效益和社会效益。 哈焊所不断加强国际间技术交流与合作研究，获得首批国家级“国际科技合作基地”称号。与乌克兰巴顿电焊研究所合作成立了“哈尔滨巴顿焊接技术开发中心”，与英国焊接研究所、美国俄亥俄州立大学、美国爱迪生焊接研究所、日本大阪大学焊接研究所、法国焊接研究所、德国BAM研究院、澳大利亚乌仑贡大学、韩国工业技术研究院等二十余个国家的大
哈尔滨工业大学材料科学与工程学院 2012\2013年硕士研究生招生复试指导 根据教育部关于加强硕士研究生招生复试工作的指导意见及学校有关要求，硕士研究生入学考试初试合格的考生和推免生均需参加复试，材料科学与工程学科2011年硕士研究生招生复试指导确定如下： 复试比例及主要内容， Ⅰ复试由笔试和面试两部分组成，外国语听力考试在面试中进行。复试的总成绩为280分，其中笔试200分，面试80分。 Ⅱ复试笔试科目 （一）报考080501材料物理与化学学科的考生 以下共有六套考题供考生选择。参加复试的考生须从六套题中任选两套考题回答。每套题100分，共200分。 第一套题：材料X射线与电子显微分析 一、X射线物理基础 1. 连续X射线 2. 特征X射线 3. X射线与物质相互作用（包含相干散射、非相干散射、光电子、X射线荧光及俄歇电子） 二、X射线衍射方向 1. 布拉格方程的推导 2. 布拉格方程的讨论（包含反射级数、干涉指数、消光等） 三、X射线衍射强度 1．原子散射因子 2．结构因子（包括含义、推导及如何用结构因子推导晶体消光规律） 3．多晶体X射线衍射强度影响因素 四、电子光学基础与透射电子显微镜： 1. 电磁透镜的像差种类、消除或减少像差的方法； 2. 透射电子显微镜结构、成像原理 五、电子衍射： 1. 爱瓦尔德球图解法 2. 晶带定理与零层倒易面 3. 电子衍射基本公式 参考书目： 周玉、武高辉编著，《材料X射线与电子显微分析》，哈尔滨工业大学出版社。 第二套题热力学 一、热力学基本规律 1．物态方程 2．热力学第一定律 3．热容量和焓 4．热力学第二定律 5．熵和热力学基本方程 6．熵增加原理的简单应用
激光焊接工艺详解 随着科学技术的发展，近年来出现了激光焊接。那么什么是激光焊接呢？激光焊接的特点与优点又有哪些呢？ 下图是激光焊接的工作原理： 首先，什么是激光？世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达106瓦，但仍属于低能量输出. 激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，假如焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内熔化和蒸发，这一效应可用于焊接工艺高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd:YAG 激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省往复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车产业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生均匀为10.6μm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2-5千瓦之间。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远间隔焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。