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焊接的物理本质焊接是一种通过物理方法将两个或多个金属材料连接在一起的工艺。
其物理本质主要包括热传导、熔融和凝固、原子间结合以及材料塑性变形等方面。
下面将详细介绍这些物理本质，并通过举例说明。
一、热传导焊接过程中，热源将热量通过接触面传递给被焊接的材料，使其局部加热。
热传导是这一过程中最主要的传热方式。
热源可以是电弧、激光、摩擦等，不同的热源产生不同的热量分布。
例如，在使用电弧焊进行焊接时，电弧产生的热量通过电极与母材之间的接触面传递，使局部区域温度升高。
二、熔融和凝固在焊接过程中，被焊接的材料局部加热并熔化，形成熔池。
熔池中的金属处于液态，流动性好，有利于原子间的结合。
当熔池冷却凝固后，两个被焊接的材料就形成了牢固的连接。
熔融和凝固是焊接过程中必不可少的环节。
例如，在钎焊过程中，钎料在比母材低的温度下熔化，润湿并填充在母材连接面上，冷却后形成焊接接头。
三、原子间结合焊接过程中，熔化的金属原子之间会形成金属键，使两个被焊接的材料相互结合。
金属键的形成取决于金属的成分和熔化后的状态。
原子间结合是焊接过程的另一个重要物理本质。
例如，在激光焊过程中，高能量密度的激光束照射到母材表面，使局部加热并熔化，熔化的金属原子通过扩散和再结晶形成焊接接头。
四、材料塑性变形在焊接过程中，被焊接的材料通常会发生塑性变形。
塑性变形是指材料在应力作用下发生的形状变化。
适当的塑性变形可以提高材料的可塑性和韧性，有利于材料的连接。
材料塑性变形也是焊接过程中的一个重要物理本质。
例如，在压力焊过程中，将被焊接的材料挤压在一起，使它们在压力下发生塑性变形，从而形成牢固的连接。
综上所述，焊接的物理本质主要包括热传导、熔融和凝固、原子间结合以及材料塑性变形等方面。
这些物理本质在不同类型的焊接工艺中具体表现形式有所不同，但它们都是实现材料连接所必不可少的因素。
通过对这些物理本质的理解和研究，可以不断提高焊接工艺的水平，为材料连接提供更加高效和可靠的方法。
《焊接冶金学》复习资料1.什么是焊接，其物理本质是什么？答：①定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。
②物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。
2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？答：①对被焊接的材质施加压力：目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。
②对被焊材料加热(局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
3.焊芯和药皮升温过高会引起哪些不良后果？答：(1)熔化激烈产生飞溅；(2)药皮开裂与过早脱落，导致电弧燃烧不稳；(3)焊缝成形变坏，甚至引起气孔等缺陷；(4)药皮过早进行冶金反应，丧失冶金反应和保护能力；(5)焊条发红变软，操作困难。
4.简述焊缝合金化的目的与方式。
答：合金化的目的：补充焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素损失；消除焊接缺陷，改善焊缝金属的组织和性能；获得特殊性能的堆焊层。
合金化的方式：应用合金焊丝或带极；应用药芯焊丝或药芯焊条；应用合金药皮；应用合金粉末。
5.简述焊缝中磷的危害。
答：磷在钢中主要以Fe2P、Fe3P的形式存在。
在液态铁中可溶解较多的磷，固态铁中磷的溶解度很低。
磷与铁、镍可以形成低熔点共晶。
焊缝凝固时，磷易造成偏析。
磷化铁常分布于晶界，减弱晶间结合力，增加焊缝金属冷脆性；磷还能促使形成结晶裂纹。
控制磷的措施：(1）限制原材料的含磷量；（2）用冶金方法脱磷。
6.简述熔池运动原因及对焊接质量的影响？原因：1）液态金属密度差引起自由对流运动使液相产生对流运动。
温度高的地方金属密度小，温度低的地方金属密度大。
由于这种密度差将使液相从低温区向高温区流动。
2）表面张力差强迫对流运动。
3）熔池中各种机械力搅拌电磁力、气体吹力、熔滴下落的冲击力、离于的冲击力等。
第一章焊接基础知识§1－1 概述焊接是金属材料连接的最基本方法之一，它具有低成本、永久性、可靠性高的特点。
目前，焊接广泛应用于金属材料间的连接，并对所焊产品产生更大的附加值。
焊接作为一种现代的先进主导制造工艺技术，正逐步集成到产品的主寿命过程，即从设计开发、工艺制定、制造生产，到运行服役、失效分析、维护、再循环等产品的各个阶段。
焊接作为一种广泛的系统工程，大量应用于机械制造、电力建设、石油化工、交通运输设备、建筑工程、航天航空、电子器件、家用电器、医疗器械、通讯工程等众多领域。
几乎有金属应用的地方，都有焊接现象。
一、焊接装备焊接装备包括焊接电源设备、焊接辅机具和切割设备。
近几年来，我国焊接装备的技术水平和制造能力不断提高，绝大多数焊接装备能满足国内市场的需要，一些专机、成套设备和部分通用焊接设备还向国外出口，但是仍然存在很多问题。
1、焊接设备结构不合理在电弧焊机中交流弧焊机所占比例仍较大，以逆变焊机为代表的直流焊机所占比例还有待提高。
2、焊接设备的自动、半自动化程度不高。
以电弧焊机为例，自动、半自动焊机所占比例较小。
3、数控切割机的制造已形成一定的规模，但配套的等离子切割电源还要大量进口，专用的数控切割设备品种不多。
4、焊接机器人制造能力、制造水平和推广应用有待进一步提高。
国内投产使用的焊接机器人绝大部分从国外进口，与日本、美国、西欧等工业发达国家相比，焊接机器人的数量极少，焊接机器人的正常运行率不理想。
5、焊接装备水平相对落后我国在特种焊机、成套设备及其他焊接装备方面发展较慢，满足不了焊接生产的需要。
很多国产新型焊接设备自行研制开发的少，仿制、组装的多。
6、焊接设备、TIG、CO焊枪和配件制造的自动化程度不高，手工作业2较多，产品性能稳定性和一次合格率有待提高。
二、焊接技术应用在重型机械、冶金机械、矿山工程机械、电站锅炉、压力容器、石油化工、机车车辆、汽车等行业，普遍应用了数控切割技术以及埋弧焊、电气保焊、TIG焊、MIG焊、MAG焊、电阻焊、钎焊等焊接方法。
焊接物理公式总结1. 焊缝尺寸计算公式焊缝尺寸是对焊接接头形状和尺寸的描述，常用的焊缝尺寸计算公式包括：•有效焊缝高度（H）：用于计算焊缝的有效高度，一般表示为母材的厚度（t）。
•有效焊缝宽度（B）：用于计算焊缝的有效宽度，一般表示为焊缝的最大值。
•焊缝几何尺寸（S）：用于计算焊缝的尺寸，一般表示为焊缝的长度。
•焊缝面积（A）：用于计算焊缝的面积，一般表示为焊缝的单位长度乘以焊缝的有效宽度。
2. 焊接热力学公式2.1 焊接热输入计算公式焊接热输入是焊接过程中输入到焊接接头的总热量，常用的计算公式为：•焊接热输入（HI）：用于计算焊接过程中输入到焊接接头的总热量，一般表示为焊接电流（I）乘以焊接电压（V）再乘以焊接时间（t）再乘以焊接效率（η）。
2.2 焊接热循环计算公式焊接热循环描述了焊接过程中的温度变化，常用的计算公式为：•焊接热循环（HC）：用于计算焊接过程中的温度变化，一般表示为焊接热输入（HI）除以焊接周期（T）再乘以焊接周期（t）。
3. 焊接力学公式3.1 焊接强度计算公式焊接强度是指焊接接头的抗拉强度和抗剪强度，常用的计算公式包括：•抗拉强度（Rm）：用于计算焊接接头的抗拉强度，一般表示为焊缝的抗拉载荷（F）除以焊缝的横截面积（A）。
•抗剪强度（Rshear）：用于计算焊接接头的抗剪强度，一般表示为焊缝的抗剪载荷（Fshear）除以焊缝的横截面积（A）。
3.2 焊接变形计算公式焊接接头在焊接过程中会发生变形，常用的计算公式包括：•焊接变形（D）：用于计算焊接接头在焊接过程中的变形，一般表示为焊接接头的变形量（L）除以焊接接头的长度（L0）。
4. 焊接能量计算公式焊接能量是指焊接过程中转化为热量的能量，常用的计算公式为：•焊接能量（EW）：用于计算焊接过程中转化为热量的能量，一般表示为焊接电流（I）乘以焊接电压（V）再乘以焊接时间（t）。
结论综上所述，焊接物理公式对于焊接过程中的各种参数和特性的计算具有重要的作用。
焊接物理基础资料电弧焊基础兰州理工大学焊接系本科生学习整理第一章焊接电弧1.焊接方法分类焊接方法分为熔焊、钎焊、和压焊三大类熔焊：熔焊是在不施加压力的情况下，将待焊处的母材加热熔化以形成焊缝的焊接方法。
焊接时母材熔化而不施加压力是其基本特征。
压焊：压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）才能完成焊接的方法。
焊接施加压力是其基本特征。
钎焊：钎焊是焊接事采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但是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，并与母材相互扩散而是心爱那个连接的一种方法力气特征是焊接时母材不发生熔化，仅钎料发生熔化。
2.焊接电弧中气体电离的种类热电离——气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。
其实质是气体粒子由于受热而产生高速运动和相互之间激烈碰撞而产生的一种电离。
场致电离——当气体中有电场作用时，气体中的带电粒子被加速，电能被转换为带电粒子的动能，当其动能增加到一定程度时，能与中性粒子产生非弹性碰撞，使之电离，这种电离称为场致电离。
光电离——中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。
不是所有的光辐射都可以引发电离，气体都存在一个能产生光电离的临界波长，气体的电离电压不同，其临界波长也不同，只有当接受的光辐射波长小于临界波长时，中性气体粒子才可能被直接电离。
3.焊接电弧中气体的发射有几种热发射——金属表面承受热作用而产生电子发射的现象称为热发射。
场致发射——当阴极表面空间有强电场存在时，金属电极内的电子在电场静电库仑力的作用下，从电极表面飞出的现象称为场致发射。
光发射——当金属电极表面接受光辐射时，电极表面的自由电子能量增加，当电子的能量达到一定值时能飞出电极的表面，这种现象称为光发射。
粒子碰撞发射——高速运动的粒子（电子或正离子）碰撞金属电极表面时，将能量传给电极表面的电子，使电子能量增加并飞出电极表面，这种现象称为粒子碰撞发射。
4.阴极斑点的条件及阴极斑点的特点。
阴极斑点是指阴极上导通电流的一些灼亮的孤立点。
某点充当阴极斑点的条件：1）该点能发射电子；2）电弧通过该点时耗能最小。
阴极斑点的特点：1）电流密度大，温度高。
（2）跳跃性及粘着性（3）存在斑点压力（4）自动寻找氧化膜5.接触引弧过程接触式引弧包括短路、分离和燃弧三个过程。
6.电弧的电特性包括哪些焊接电弧的电特性主要指的是焊接电弧的静特性和焊接电弧的动特性。
7.电弧静特性概念焊接电弧的静特性是指在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系，也称伏-安特性。
等离子弧的静态特性是指一定弧长的等离子弧处于稳定的工作状态时，电弧电压U ?与电弧电流I?之间的关系，即：U ? ＝?（I?）特点：1. 由于冷壁喷嘴的拘束作用，使等离子弧柱的横截面积减小，弧柱电场强度增大，电弧电压明显提高，U型曲线的平直区较自由电弧明显减小；2. 当焊接电流较大时，等离子弧的磁收缩效应使弧柱直径的增加受到限制，静特性曲线会出现平的或上升的伏安特性；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，U 形特性平直区域就越小，上升区域斜率增大，即弧柱电场强度增大；4. 等离子气种类和流量不同时，弧柱的电场强度有明显变化，因此等离子弧供电电源的空载电压应按所用等离子气种类而定；5. 如果采用联合型等离子弧，转移弧的U行特性曲线下降区段斜率明显减小，这是由于非转移弧的存在为转移弧提供了导电通路。
8.影响焊接电弧稳定性的因素有哪些影响焊接电弧稳定性的因素有1、焊接电源，2、焊接电流和电弧电压，3、电流的种类和极性，4、焊条药皮和焊剂，5、磁偏吹，6、其他因素如操作人员技术、焊件清理情况和环境因素等。
第二章焊丝的熔化与熔滴过渡1.焊接熔化速度及影响因素熔化速度Vm 通常以单位时间内焊丝的熔化长度（m/h 或m/min）或熔化质量（kg/h）表示。
其主要取决于单位时间内加热和熔化焊丝的总能量。
影响因素：1、焊接电流的影响电弧热与电流成正比，电阻热与电流的平方成正比。
2、电弧电压的影响与电流一起影响熔化速度。
3、焊丝直径的影响电流一定时，焊丝直径越细电流密度越大，熔化速度增大。
4、焊丝伸出长度的影响焊丝伸长长度越长，电阻热越大，通过焊丝传导的热损失越少，熔化速度越快。
5、焊丝材料的影响焊丝材料不同，电阻率不同故对熔化速度的影响也是不同的。
6、气体介质及焊丝极性的影响介质不同对阴极电压降和电弧热有直接影响。
2.短路过渡的特点1.短路过渡时燃弧、短路交替进行。
2、短路过渡时所使用的焊接电流（平均值）较小，但短路时的峰值电流可达平均电流的几倍。
3、短路过渡一般采用细丝，焊接电流密度大，焊接速度快，故对焊件热输入低而且电弧短，加热几种，减小焊接变形。
3.射流过渡工艺上的特点射流过渡最富有代表性且用途广泛的一种过渡形式。
主要特点有：1、焊接过程稳定，飞溅极少，焊缝成形质量好。
2、电弧稳定，对保护气流的扰动作用小，故保护效果好。
3、射流过渡电弧功率大，热流集中，对焊件熔透能力强。
4.射流过渡临界电流的大小的影响因素1、焊丝成分焊丝成分不同将引起电阻率、熔点、及金属蒸发能力的变化。
2、焊丝直径即使同种材料的焊丝，直径不同临界电流值夜不同。
3、焊丝伸出的长度焊丝生出长度长，电阻热的预热作用增强，焊丝熔化快，易是想射流过渡，是临界电压值降低。
4、气体介质不同气体介质对电弧电场强度的影响不同。
5、电源极性直流反接时，焊丝为阳极易于、实现射流过渡。
母材的熔化和焊缝成形5.焊缝成形过程电弧焊时，焊缝的形成一般要经历加热、熔化、化学冶金、凝固、和固态相变等一系列冶金过程。
其中熔化和凝固时必不可少的过程。
焊接过程中由于熔池是移动的，也使各点的温度是变化的。
沿着熔池的纵向看，熔池前部的固体母材金属处于急剧升温的阶段并不断被电弧熔化成为液体金属；熔池尾部的液体金属渐离电弧热源，温度降低，不断凝固形成焊缝。
6.焊接熔池熔池——在电弧正下方的母材温度超过了熔点，因此必然被熔化，与此同时，填充材料被电弧加热形成熔滴，向母材方向过渡，这两部分金属互相混合在一起，共同形成了具有一定几何形状的液体金属，即所谓的焊接熔池。
7.熔合比熔合比（γ）——指单道焊时，在焊缝横截面上熔化的母材所占的面积与焊缝的总面积之比。
它能反映母材成分对焊缝成分的稀释程度，熔合比γ越大，说明母材向焊缝中熔入的量越大，稀释程度越大。
8.电弧热的损失电弧的热损失包括1、电弧热辐射和气流带走的热量损失。
2、用于加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失（不包括熔渣传导给焊件的那部分热量）。
3、焊接飞溅照成的热损失。
4、用于加热钨极或碳极、焊条头、焊钳或导电嘴等的热损失。
9.焊接温度场焊接温度场——指焊接过程中某一瞬间焊接接头上各点的温度分布状态，通常用等温线或等温面来表示。
10.焊件比热流及其与电弧参数的关系比热流指单位时间内通过单位面积传入焊件的热量。
1、弧长对比热流的影响弧长增大比热流qm 减小，q(r)分布渐趋平缓。
2、电弧电流对比热流的影响电弧电流增加，比热流qm 增大。
3、钨极端部角度及端部直径对比热流的影响钨极端部角度减小qm 增加，钨极端部直径减小qm 增大。
11.焊接参数对焊缝成形的影响焊接参数对焊缝成形的影响1、焊接电流，在其它条件一定的情况下，随着焊接电流增加，焊缝的熔深和余高均增加，熔宽略有增加。
2、电弧电压，在其它条件一定的情况下，提高电弧电压，熔深略有减小而熔宽增大，焊缝余高减小。
3、焊接速度，在其它条件一定的情况下，提高焊接速度导致焊接热输入减少，从而焊缝熔宽、熔深和余高都减小。
1.等离子弧的产生机理及分类机理：等离子弧是一种受到约束的非自由电弧，它是借助于以下三种压缩效应而形成的：1、机械压缩效应，利用喷嘴来限制弧柱直径，提高能量密度的效应；2、热压缩效应，利用气流或水流的冷却作用使电弧得到压缩的效应；3、磁压缩效应，如果将通过喷嘴的弧柱看作是由许多载流导线束，由于电流同向，因此会彼此吸引，形成一个指向弧柱中心的力场，使电弧收缩，这种效应称为磁压缩效应。
分类：等离子弧按电源供电方式不同分为三种形式:1、非转移型等离子弧电极接电源的负极，喷嘴接电源的正极，电弧在电极与喷嘴之间产生，工件不接电。
2、转移型等离子弧电极接电源的负极，工件接电源的正极，等离子弧在电极与工件之间燃烧，很难直接形成。
3、联合型（混合型）等离子弧非转移型等离子弧和转移型等离子弧同时存在，这时需要两个独立的电源供电。
2.等离子弧焊接的种类和特点种类：1.穿孔型等离子弧焊接 2.熔透型等离子弧焊接优点：（1）电弧能量集中，因此焊缝深宽比大，截面积小；焊接速度快，特别是厚度大于3.2mm的材料尤显著；薄板焊接变形小，厚板热影响区窄。
（2）电弧挺直性好，以焊接电流10A为例，等离子弧喷嘴高度（喷嘴到焊件表面的距离）达6.4mm，弧柱仍较挺直，而钨极氩弧焊的弧长仅能采用0.6mm。
（3）电弧的稳定性好，微束等离子弧焊接的电流小至0.1A时仍能稳定燃烧。
（4）由于钨.内缩在喷嘴之内，不可能与焊件接触，因此没有焊缝夹钨问题。
缺点：1）由于需要两股气流，因而使过程的控制和焊枪的构造复杂化。
2）由于电弧的直径小，要求焊枪喷嘴轴线更准确地对中焊缝。
3.双弧的形成原因1、喷嘴因素，喷嘴孔径越小、孔道长度或内缩增大，双弧倾向大；2、电流因素，电流大，双弧倾向大；3、离子气体因素，离子气体流量增加，双弧倾向反而减小；4、其他因素：喷嘴冷却不好使温度升高，或喷嘴表面有氧化物或金属飞溅物等，也是形成双弧的原因。
4.什么叫电离、解离、激励？电离：中性粒子处于高能量状态时，其电子轨道上的电子脱离约束，分离成电子和离子称之为电离解离：电弧中的多原子气体（是由两个以上原子构成的气体原子）在热作用下分解为原子的现象称为解离激励：当中性粒子接受外来能量的作用还不足以使电子完全脱离气体原子或分子时，但可能使电子从较低的能级转移到较高的能级，这种现象称为激励。
5.什么是阴极斑点、阳极斑点，二者有何异同？各优先在何处产生？阴极斑点：电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的光亮极小区域。
阳极斑点：电弧放电时，正电极表面上集中接受电子的光亮微小区域。
相同点：用低熔点材料或者高熔点材料，但电流很小，做电极才能产生阴极阳极斑点，都具有温度高，粘着性，自动选择性，都阻碍溶滴过度相异点：阴极斑点电流密度大于阳极斑点，斑点力阴极大于阳极6、什么是热发射，有何特点？什么情况下发生场发射？有何特点？热发射：金属表面承受热作用而产生电子发射的现象。
阴极采用W,C等高熔点材料，且电流较大的情况下，发生热发射特点：阴极表面不会有正离子堆积，阴极压降趋于0，阴极区覆盖整个阴极表面，对于阴极有强烈的冷却作用，阴极上不存在阴极斑点场发射：当阴极材料为W,C且电流较小时，或阴极采用熔点较低的Al Cu Fe时，发生场发射特点：有正离子堆积，阴极前面有正电性场，有阴极压降区无冷却作用7、电弧是如何产热的？弧柱区的产热对焊丝和母材的加热与熔化有多大贡献？电弧产热：焊接电弧的产热来自电源输入电能的转换，电源输入的总能量Pa=I(Ua+Uc+Up)，该能量在电弧中转换为热能，光能，磁能，机械能，其中热能占绝大部分，并以传导，对流，辐射等形式给予周围气体，阳极和阴极材料在动态稳定中保持产热和散热平衡。
