哈工大材料成形工艺大作业之 焊接

哈工大焊接专业课程哈尔滨工业大学焊接专业课程是该校里程碑式的专业课程之一。

该课程致力于为学生提供全面深入的焊接知识以及技能。

此课程拥有丰富的教学资源和优秀的教学团队，能够帮助学生充分理解焊接原理、技术、设备和工艺等方面的知识，为学生提供充足的专业背景知识，有助于日后在焊接领域内的雄厚自信。

以下是哈尔滨工业大学焊接专业课程的概述。

1. 焊接原理在这部分中，学生们将学习焊接原理、焊接工艺、焊接接头类型、焊接材料选择等基本概念。

了解这些基本概念将有助于学生学习一系列后续课程。

2. 焊接技术这部分的主要教学内容包括气焊、电弧焊、TIG、MIG、和激光焊接等技术。

该部分涵盖现代焊接技术的方方面面，从化学反应，到真空环境，到电器和电子。

学生们将接受实验室工作，体验现代焊接设备并进行焊接成型。

3. 焊接设备在这个课程中，学生们将了解到现代焊接设备的结构和工作原理。

该课程还涵盖了功率设备，开关电源和变压器等相关的设备。

4. 焊接工艺这个课程将在学生们了解焊接基本概念之后进行。

学生们将研究各种不同的焊接工艺包括：焊接速率，温度控制，金属材料处理，焊接材料的选用等。

此课程使得学生们在学习焊接工艺时有一种系统性的思路和相应的技能。

5. 焊接质量控制该课程的重点将集中在焊接质量控制方面。

学生将学习如何检验焊接的符合性，以及用于检验的各种方法。

学生们还将了解如何采用最好的方法确定合理的焊接参数，调整焊接过程，使之更加精细。

总的来说，哈尔滨工业大学的焊接专业课程，不仅为学生提供了丰富的知识和技能，而且还为焊接行业提供了许多优秀的焊接技师。

对于将要进入焊接领域的学生来说，熟悉此课程内涵的情况将对追求成功的人生与未来事业具有重要意义。

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
哈尔滨工业大学
材料成形工艺大作业
课程名称：材料成形工艺
院系：机电工程学院
班级：
设计者：
学号：
指导教师：
设计时间：
哈尔滨工业大学
材料成型大作业
题目四：
如图所示，锅炉汽包，生产数量5个，材料为16Mn钢，板材规格50×2200×6000钢板制造。

设计要求：确定焊缝布置，确定焊接方法及材料，确定接头形式；确定工艺路线。

图1
1.确定焊缝位置
由图1的要求可以得到要进行焊接的锅炉汽包的各项尺寸，中间圆柱体的高度取6000，那么周长为4712.39，根据板材的尺寸设计成圆柱体，并且由三块钢板焊接而成，钢板规格为50×1570.80×6000。

在圆柱体上分布着三条焊缝。

上、下封头处由两条环焊缝组成，焊缝位置如图2所示。

图2
2.确定焊接方法及材料
考虑到钢板的规格为50×2200×6000，其厚度为50，并且其体积较大，因此选择埋弧焊。

因为所焊接的材料16Mn钢为低合金结构钢，所以选用与焊件成分相同的焊丝和熔炼焊剂。

又考虑到板厚超过20，则应该使用双面焊进行焊接，由于所焊接的工件的直径大于250，则筒体选择埋弧焊进行焊接。

3.确定接头形式
易熔座与筒体的焊缝采用不开坡口的角焊缝。

由于锅炉为压力容器，且内部有可燃性物质，为保证质量，筒体上2条环形焊缝和3条纵焊缝均采用I型接头双面焊。

4.确定工艺路线。

哈工大材料成型工艺答案《金属工艺学》学习指导姜永军内蒙古科技大学机械学院2006.91上册★第一章金属结构1、试画出纯铁的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。

2、室温和1100°C时的纯铁晶格有什么不同？高温（1000°C）的铁丝进行缓慢冷却时，为什么会发生伸长的现象？3、为什么单晶体有各向异性，而实际的金属（未经过塑性变形的）通常是各向同性？4、指出铁素体、奥氏体、渗碳体在晶体结构、含碳量和性能上有何不同。

5、根据铁碳合金状态图，说明产生下列现象的原因：（1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。

（2）在1100°C，含碳量为0.4%的钢能进行锻造，含碳量为4.0%的白口铁不能锻造。

（3）钢适宜通过压力加工成形，而铸铁适宜通过铸造成形。

6、分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织第二章金属的工艺性能★1、什么是结晶过冷度？它对金属的结晶过程、铸件的晶粒大小及铸件的机械性能有何影响？2、如果其它条件相同，试比较在下列条件下铸件晶粒的大小，并解释原因。

（1）金属型浇注与砂型浇注；（2）铸成薄件与铸成厚件；（3）浇注时采用震动与不采用震动。

3、铅在20°C、钨在1100°C时变形，各属于哪种变形？为什么？（铅的熔点为327°C，钨的熔点为3380°C）10、有四个材料、外形完全一样的齿轮，但制作方法不同，试比较它们中哪种使用效果最好？哪种最差？为什么？2（1）铸出毛坯，然后切削加工成形；（2）从热轧厚钢板上取料，然后切削加工成形；（3）从热轧圆钢上取料，然后切削加工成形；（4）从热轧圆钢上取料后锻造成毛坯，然后切削加工成形。

11、金属经冷变形后，组织和性能发生了哪些变化？分析加工硬化存在的利与弊。

有何办法来消除加工硬化？12、提高浇注温度可以提高液态合金的充型能力，但实际中为什么又要防止浇注温度过高？13、试用图中轨道铸件分析热应力的形成原因，并用虚线表示出铸件的变形方向。

哈尔滨工业大学
材料成形工艺课程论文
题目：三
院系：机电学院
专业：飞行器制造工程
班级：1108301
学号：1110830106
姓名：唐愉真
一、题目要求
如图所示，焊接梁，材料为20钢，现有钢板最大长度为2500mm，设计要求：确定腹板、上、下翼板、筋板的焊缝位置；选择焊接方法；画出各条焊缝的接头形式；确定各条焊缝的焊接次序。

二、题目解答
1. 焊接位置的选择
（1）焊缝避免交叉密集
（2）焊缝尽量对称分布
（3）焊缝避开最大应力和应力集中处
（4）考虑板材规格，确定拼接方式。

综上，焊接位置（涂黑处表示上下翼板和腹板的焊缝）如下图所示中心应力最大不布置焊缝，焊件左右对称抵消焊接变形，板材拼接时焊缝不交叉密集。

2. 焊接方法
大批量生产时翼板和腹板分别采用埋弧焊焊接然后用焊条电弧焊连在一起，焊接筋板时同样用焊条电弧焊，小批量生产全部使用焊条电弧焊。

3. 设计接头形式
（1）翼板腹板分别用对接接头拼接，然后T形接头组装，筋板同样采用T形接头。

同时注意翼板和腹板、翼板和筋板厚度不同，为避免较大应力集中，焊接前在翼板开凹槽。

（2）焊接筋板时在与腹板翼板相交处避免应力集中应有倒角
4. 焊接次序
焊接时首先将翼板腹板各自焊接起来（下翼板还需先弯曲），然后将上翼板与腹板焊在一起，焊接时注意前后对称的焊，以免变形，再将下翼板与腹板焊接同样注意前后对称焊接，最后焊接筋板，焊接时前后对称左右对称焊接，抵消变形量。

此外，每条焊缝焊接时采用对称法安排顺序。

三、参考文献
[1] 杜丽娟．材料成型工艺．哈尔滨工业大学出版社．。

Harbin Institute of Technology工程材料成型技术基础课程大作业说明书院系：机电工程学院班级： 1008301设计者：丁烨学号： 1100801020指导教师：包军设计时间： 2012 年 12月 6日设计题目三：如图所示，焊接梁，材料为20钢，现有钢板最大长度为2500mm，设计要求：确定腹板、上、下翼板、筋板的焊缝位置；选择焊接方法；画出各条焊缝的接头形式；确定各条焊缝的焊接次序。

一、确定腹板、上下翼板、筋板的焊接位置1、对于上翼板，其总长为5000mm，由于焊缝应避免分布在应力最大位置。

在该题中，应力最大位置为梁的中心位置。

则上翼板由三段钢板焊接而成。

从左至右长度依次为1250mm。

2500mm，1250mm。

如下俯视图所示，宽度均为300mm，厚度均为10mm。

2、对于下翼板，在俯视图中，其长度为5000mm，在两转折点处，必定由焊接升程，对于中间长度为4000mm的翼板，同样由三段钢板焊接而成，从左到右依次为750mm，2500mm，750mm，如下俯视图所示，宽度均为300mm，厚度均为10mm。

3、对于腹板，其总长为5000mm，同样为了避免焊缝位于最大应力处，不讲焊缝设置在中心位置，为了与焊缝1、2、5、6错开一段距离，则中间板长为2000mm，两边板长为1500mm，如下正视图所示，中间板宽为800mm，板厚度为8mm，两侧板在板的一侧宽度变化，其厚度也均为8mm。

4、由腹板连接上下翼板的焊缝，如下图所示：5、在4的基础上加上筋板，对筋板进行一定处理，在每一块筋板的一个角上切除一个三角，进而避免多条焊缝交叉，影响焊接质量。

如下图所示：二、选择焊接方法本次设计所焊接的对象是厚度不大的薄板，在综合考虑设计中的材料和接头形式、空间位置以及生产率和生产费用等因素后，采用焊条电弧焊最为适宜。

三、焊接的接头形式由步骤一种的焊缝位置分析可知，焊缝1、2、3、4、5、6、7、8为对接接头，焊缝9、10、11、12、13、14、15、16、17、18为下行接头形式。

钎焊接头的金属学形态
钎焊接头的金属学形态
化合物相一般硬而脆，对接头的机械性能有不利的影 响。当化合物分散不连续分布时，其影响较小，且可能 由于弥散强化作用而强化接头，但是，当化合物层形成 连续层而夹在母材与钎料之间，且厚度较大时，其影响 较大，会使接头明显变脆，强度显著下降。 为减缓界面处化合物相的生成,可采用如下措施:
溶解度特征
结晶状态无变化的完全 互溶系 高温下完全互溶，低温 下产生同素异形转变或 形成化合物体系 大溶解度的体系（用原 子%表示） 中等溶解度的体系 小溶解度的体系 极小溶解度的体系
二元系
Ag-Au，Ag-Pd，Au-Pd，Ni-Pd，Pt-Rh，Cr-Mo，CuNi，Ir-Pt，Mo-W Ni-Pt ， Fe-V ， Fe-Pt ， Fe-Pd ， Fe-Ni ， Cu-Pt ， Fe-Mn， Cu-Pd ， Cr-Fe ， Co-Ni ， Cu-Mn ， Co-Fe ， Cd-Fe ， CdMg，Au-Pt，Au-Cu，Ni-Mn Ag中含Cd42%，Li中含Hg75%，Ag中含Hg36%，Cu中 含Zn38%，Ag中含Pt40%，Ni中含Zn40%，Al中含 Zn66%，Cr中含Ni47%，Pd中含In67% Ni中含W16%，Fe中含Zn18%，Cu中含Be16%，Ni中含 Ta16%，Ni中含Sn10%，Ni中含Be15%，Fe中含Si25%， Fe中含Ge18%，Cu中含Sn9%，Mg中含Pb8% Cu中含Zr0.6%，α-Fe中含Cu1.2%，Cu中含Ti5.6%，Sn 中含Pb1.5% W中含Ni，Sn中含Ni，Si中含Ni，Zn中含Mn，Zn中含 Mg，Sn中含Mg，Ni中含Mg，Cu中含B
Cu-Mn系在Mn含量为35%时有最低熔点。二者 的接触面在这一最低点处溶解(接触溶解)，凝 固时如图分为各相。

1.2.3 焊接热效率
➢在电弧焊接过程中，电弧功率，即：电弧在单位 时间内放出的热量为：
➢q0=UI (W)，U---电弧电压（V），I---焊接电流(A)
➢电弧有效热功率
➢q=ηq0， η---焊接热效率
焊接热效率
焊接方 焊条
法
电弧焊
埋弧焊
η
077-0.87 0.77-
0.90
电渣焊 电子束 0.83 0.90
[哈工大精品课件]材料加 工理论焊接部分第一章材
料的焊接性基础
焊接过程
State of the Art
熔化极气体保护焊
保护气体
焊丝
溶池 母材
焊缝
第一章 焊接热过程
1.1 焊接热过程的特点
➢ 焊接热过程：在焊接过程中， 被焊金属由于热的输入和传 播，而经历加热、熔化（或 达到热塑性状态），称之为 焊接热过程。
• 焊接过程顶示图(Plan view of FSW )
搅拌摩擦焊原理 The Principle of Friction Stir Welding
• 焊缝顶视图 焊接 方向
5083 铝合金
搅拌摩擦焊/Fraction Stir Welding
1.2.2焊接热源的特点
热源 乙炔火焰
最小加局部性 ✓ 热源的运动性 ✓ 瞬时性 ✓ 传热过程的复合性
第一章 焊接热过程
1.1 焊接热过程的特点
➢ 焊接热过程的作用 ✓热量大小和分布状态决定了熔池的形状和尺寸 ✓决定了焊接熔池进行冶金反应的程度 ✓影响熔池金属凝固、相变过程 ✓不均匀的加热和冷却，造成不均匀的应力状态 ✓冶金、应力和被焊金属组织的共同影响，可能产生 各种焊接裂纹和其他缺陷 ✓影响热影响区金属的组织的转变和性能的变化 ✓决定母材和焊材的熔化速度，因而影响焊接生产率

第六章MIG焊(哈工大)讲述 案例
6.1 原理与特点
• 采用与母材相同（近）材质的焊丝作为电极。焊丝为电弧的一极，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Ar、He保护。
• GMAW (Gas Metal Arc Welding ) • MIG（Metal Inert Gas Arc
亚射流过渡焊接最好采用恒流特性电源，通过对实际焊缝熔深的测 量，看到在送丝速度变化时（10%），恒流特性电源得到的焊缝熔深 更为稳定
电弧自身固有的调节作用——特点及应用
• (1) 弧长发生变化时，焊接电流不改变，焊缝熔深均匀，表面成 形良好。
• (2) 焊缝断面形状更趋于合理，可以避免“指状”熔深的出现。 • (3) 电弧长度短，抗环境干扰的能力增强。 • (4) 只适用于铝合金焊接，钢焊丝熔化系数随弧长变化程度较低，不
Welding） • MAG (Ar+O2, Ar+CO2)
(Active )
6.1 原理与特点
发展历史
6.1 原理与特点
☺ 与TIG焊相比，连续送丝，电流密度大，焊丝熔化速度快 ，不需要频繁停机，生产效率高
☺ 与CO2电弧焊相比，熔化极氩弧焊电弧状态稳定，熔滴过 渡平稳，飞溅很少
☺ 由于惰性气体不与熔化金属产生冶金反应， 避免氧化和 氮化，在电极焊丝中不需要加入特殊的脱氧剂，使用与 母材同等成分的焊丝即可进行焊接
能用电弧固有的自身调节作用稳定弧长
• 亚射流过渡需要对焊丝送进速度与电源外特性进行严格的匹配，即是需要 使等熔化速度曲线出现熔化系数随弧长产生急速变化的部分处于电源外特 性上，如果等熔化速度曲线处于电源外特性恒流部分的左侧，即送丝速度 过慢，易引起焊丝的回烧；如果等熔化速度曲线处于电源外特性恒流部分 的右侧或相交区段小，即焊丝送进速度过快，易造成固体短路。

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24
缝焊时的电流场
缝焊时的电流场相当于单块板点焊与两块板点焊时二个电流场的组合。电流
密度的分布为不对称，在未焊合的贴合面前沿形成峰值，其机理仍然是边缘效应 的影响。因此，缝焊时的电流场特征仍能保证在贴合面处具有集中加热的效果和 保证熔核的正常生长。
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25
缝焊时的温度场
缝焊时，已焊点对焊接区既有分流作用，同时又有预热作用，但二者 对焊接区的加热过程具有相反的影响。考虑到分流的影响，缝焊时焊接电 流的选择往往比点焊时大，这又进一步加强预热作用。当然，缝焊时焊接 区对巳焊点又有缓冷的作用，这一切都使缝焊时的温度场比点焊时要复杂 的多。当缝焊速度提高时，会使滚轮电极与焊件间的接触电阻增大、析热 作用增强，同时，滚轮电极对焊接区的散热作用减弱，这些情况将使温度 场畸变，造成缝焊时易出现滚轮电极的表面粘损和焊缝表面质量变坏。
点凸焊，以提高生产率和降低接头变形。在使用 平板电极凸焊时，零件表面平整无压坑，电极寿 命长。凸焊既可在通用点焊机上进行，也可在专 用凸焊机上进行，广泛应用于成批生产的盖、筛 网、管壳以及T形、十字形、平板等零件的焊接。
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2
凸焊零件实例
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3
第二节 凸焊接头的形成过程分析 凸焊时焊核生成随时间的h 变化(低碳钢板厚2.3毫米4)
7
焊核生长阶段
凸点被完全压溃的
同时，便开始了焊核的
生长期。焊接接头受热
熔化而生成焊核，因其
体积膨胀要把电极向上
推，但由于焊机加压结
构中有摩擦力阻止焊核
的膨胀，而使电极压力
反而增大。此现象与点
焊相同。断电后，因焊
核冷凝收缩电极又再次
下移。
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8
上图是用同样的规范焊接而无预热电流的情

由碳当量推测焊接性 裂纹敏感指数及临界应力 裂纹敏感性的临界冷却时间 连续冷却组织转变图 断口分析、金相组织分析 焊接热影响区最高硬度 焊接热、力模拟试验 焊接专家系统、仿真系统等
试
验
直
实际产品结构运行的服役试验
方
接
压力容器的爆破试验
法
使 用
法
焊缝及接头的常规力学性能试验
焊 接 法间
焊缝及接头的低温脆性试验 焊缝及接头的断裂韧性试验 焊缝及接头的高温性能试验
43
.
三、低合金高强钢的焊接 性分析
• 一 、钢的分类
• 二、低合金高强钢的种类与性能
• 三、低合金高强钢的焊接性分析
• 四、低合金高强钢的焊接工艺要点
• 五、典型低合金高强度钢的焊接
23
.
一、钢的分类
工业用钢的分类方法很多，可
以按化学成分、性能、品质、用途、内
部组织等进行分类结。构钢
按用途分
工具钢 特殊性能钢
专业用钢
24
.
一、钢的分类
490～980
含碳量
要求wc≤0.22wt% ，实际上都在 0.18wt%以下
30 .
二、低合金高强钢的种类与 性能
2. 低碳调质钢
将钢加热到临界点Ac3或(亚共析钢)或 Ac1 (过共析钢)以上一定温度，保温一定时 间，然后以大于临界淬火速度的速度冷却， 使过冷奥氏体转变为马氏体(或贝氏体)组织31
材料化学成分 物理性能 化学性能 焊接热源特点
使用焊接性的角度：考察金属材料在给定焊接条件下， 获得的接头是否满足设计提出的性能指标要求。
.
5.2 焊接性试验内容和方法
一、焊接性试验内容
焊接性试验用于材料焊接性的评

船体焊接研究意义及当前现状焊接作为船舶建造中的一门重要工艺其地位在整个船舶的建造过程中是不容忽视的。

通常来讲船舶建造过程中焊接约占全船工作量的30%，它作为一种连接技术，在当今工业社会，没有哪一种连接技术象焊接那样被如此广泛、如此普遍地应用在各个领域。

而其中最主要的原因就是其极具竞争力的性价比。

在人类社会步入21 世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶段。

当今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、微电子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域，这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中创造了极高的附加值。

与此同时焊接也已成为关键的制造技术和现代工业不可分离的组成部分。

这是因为焊接作为组装工艺之一，通常被安排在制造流程的后期或最终阶段，因而对产品质量具有决定性作用，并且许多工业产品的制造已经无法离开焊接技术的使用。

焊接技术在船厂的应用及焊接变形的影响那么焊接又是怎样的一门工艺呢？可以说焊接就是通过施加外部能量的方法（通过加热或加压或者两者并用），使两个分离的物体之间达到原子或分子间的永久连接。

与传统的铆接方式相比焊接具有诸多优点： 1.节省大量金属材料 2.可改变结构设计 3.结构强度高 4.焊接结构密封性好 5.投资省、劳动条件好、生产率高。

船舶建造工艺从铆接变为焊接，堪与木壳船向钢壳船的过渡相比拟，可以说是造船工业的第二次革命，为船舶建造向自动化、大型化、专业化发展提供了可靠的保证。

在船厂中的焊接技术有：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、药芯焊丝气体保护焊、钨极氩弧焊、气电立焊等。

这其中电弧焊是目前应用最广的焊接技术。

它分渣保护电弧焊和气体保护电弧焊两类。

它包括焊条电弧焊、埋弧自动焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊和气电立焊等。

焊接电弧是一种人工制造下的小能量放电现象，它是在焊接电源支持下，在两个电极之间产生电弧放电。

为了满足弧焊工艺的要求，它必须保证：一、引弧容易；二、电弧稳定；三、具有足够宽的焊接规范调节范围。

哈尔滨工业大学材料成形工艺大作业题目：题目三院系：专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：姓名：题目：如图所示，焊接梁，材料为20钢，现有钢板最大长度为2500mm，设计要求：确定腹板、上、下翼板、筋板的焊缝位置；选择焊接方法；画出各条焊缝的接头形式；确定各条焊缝的焊接次序。

设计内容：1.选择材料题目已经选用20钢。

2.确定焊缝位置因为本题当中所提供的钢板的最大长度为2500mm，因此，上下翼板均需焊接连接。

为了避免焊缝在最大应力的位置，采用三段式焊接，其板长分别为：1250mm，2500mm和1250mm。

对于下翼板，为了避免应力集中，转折处不宜采用焊接方式，于是两段的转折处采用弯曲的方式，同时也采用三段焊接，中间部分板长为2500mm。

其余上下翼板和腹板、筋板之间均为纵焊缝连接，焊缝的具体位置如图所示：图1工艺方案简图及焊缝位置分布3.选择焊接方法和焊接材料上下翼板与筋板、上下翼板与腹板之间的连接，厚度较小，焊缝直径不大，且焊接空间位置为立焊，为了便于操作和降低成本，故采用焊条电弧焊，电焊条为E5015。

上下翼板的焊缝为长直焊缝，为了保证焊接质量稳定，可采用埋弧自动焊，焊丝为H08A、H08MnA或H10Mn2配合焊剂HJ431。

4.设计接头形式为了保证焊接质量，所有的焊接接头均选用对接接头。

由于腹板厚度为8mm，与上下翼板之间的焊接方式为焊条电弧焊（小于6mm选用I形坡口，大于6mm选用其它坡口），并且为了保证焊接变形较小，故采用对接方式双Y形坡口，接头形式如图2所示。

而其余的焊接板厚为10mm，采用的焊接方式为埋弧电弧焊（小于14mm选用），选用的对接方式为I形坡口，其接口形式如图3所示。

图2双Y形坡口图3 I形坡口5.设计焊接顺序为了能通过后来部分焊接产生的变形抵消开始焊接时产生的微量变形，采用对称法焊接。

具体焊接顺序如下：(1)焊上翼板：1、2（或2、1）。

(2)焊下翼板：3、4（或4、3）。

高效焊接方法第一章一、窄间隙焊接日本压力容器研究委员会施工分会第八专门委员会：板厚大于３０mm以上，以小于板厚的间隙进行焊接，一般而言板厚小于200mm时，间隙小于20mm，板厚超过200mm时，间隙小于30mm。

对于常规厚板（３０mm左右）坡口尺寸8mm以下为窄间隙，5mm以下为超窄间隙。

注意：窄间隙焊接不是一种常规意义上的焊接方法，而是一种焊接方式，是利用了现有的弧焊方法的一种特别技术。

多种焊接方法都可用窄间隙焊接 (NG：Narrow Gap)：①NG-SAW：考虑脱渣，已成熟，但不适于全位置焊；）：适于全位置焊，但要解决飞溅和；②NG-GMAW（MAG、CO2侧壁熔合问题（特别是横焊时），工艺规范区间较窄。

NG-TIG：焊缝质量好，但效率低，主要用于不锈钢等特殊材料或进行打底焊；NG-MAW和窄间隙电渣焊：应用较少；NG-GMAW＋药芯焊丝：小规范下短路过渡，飞溅小，成形好，但清渣困难，研究热点值得关注；特殊的窄间隙焊接：激光焊接、电子束焊接。

窄间隙焊接的特征：（1）多数采用Ⅰ形坡口或坡口角度很小（０.５-７o）的Ｕ、Ｖ形坡口；（2）多层焊接；（3）自上而下的各层焊道数目相同(通常为1或2道)；（4）采用小或中等线能量进行焊接。

二、窄间隙焊接的优点和不足窄间隙焊接的优点：（1）坡口断面积小：减少焊接时间，填充材料少，能耗低，降低成本，效率高；（2）焊接线能量小：HAZ区小，组织细小，改善接头韧性，机械性能优良，焊接残余应力变形小。

窄间隙焊接的不足：（1）在狭窄坡口内的气、丝、水、电的导入困难，焊枪复杂，加工精度高、难度大，通用性不强；（2）由于电弧轴向与侧壁夹角很小，容易导致侧壁未熔合，这是窄间隙焊接关键问题（3）焊丝对中要求高，对中不好，几乎不能进行焊接（4）窄间隙焊缝往往由几十层焊道形成，一层有缺陷，返修很困难（5）焊接规范区间较窄，焊接过程抗干扰性差，飞溅对焊接过程影响严重；（6）在侧壁的拘束下容易产生热裂纹，尤其是第一道焊缝产生的几率最大我国目前主要是应用粗丝大电流NG-SAW， NG-GMAW等因为：（1）埋弧焊对焊丝在坡口内作用位置的不敏感，工艺规范区间宽，粗丝大电流，侧壁熔合好，工艺可靠性高，无飞溅；（2）NG-SAW焊接设备的可靠性和产品化程度较高，国内也可自主开发；（3）NG-GMAW侧壁熔合问题一直未得到有效解决；三、直流正接窄间隙GMAW焊接简介直流正接电弧非常稳定，焊接时，坡口侧壁也产生电弧，熔合较好，熔滴过渡由滴状变为喷射过渡，形成凹形焊缝，成型良好，结晶裂纹倾向小，焊丝熔化速度快，生产率比反极性提高50％。

哈尔滨工业大学科技成果——硬质合金木工刀具的
焊接技术
主要研究内容
这类产品具有硬度高、耐磨损、使用寿命长，刃口锋利不变形，在使用过程中不需要经常修刀或磨刃，被加工的产品质量精度高等特点，是将取代高速钢刀具同类产品的必然发展趋势。

以超长度薄条形硬质合金刀具的焊接为例，是将1000mm长度以内，1mm厚度，10mm 宽度的硬质合金刀条，焊接在1000mm长度，4mm厚度，30mm宽度的带状钢质刀板一侧，形成单侧硬质合金刃口的木工刨刀产品。

生产专用设备
技术特点及适用范围
该技术采用高频全自动钎焊工艺，涉及到刀体、刀条、钎料等原材料的合理选择，刀体及钎焊接头结构形状的设计，焊接变形控制及
消除应力，焊接专用设备及工装卡具的制作，刀具冷加工成型工艺等方面的技术。

该技术与国外相比，生产设备简单，自动化程度高，焊接工序少，生产效率提高一倍，生产成本降低2倍以上，产品质量在某种程度上优于国外同类产品，某些工艺具有独创性，焊接速度可达1200mm∕min。

这种技术也适用于裁纸、布、皮革用的硬质合金刀具、机械加工用的硬质合金刀具及硬质合金模具的焊接及产品的开发。

单侧刃口条形木工刨刀
经济效益分析
该类产品焊接难度较大，目前国内外的生产单位极少，随着木工加工行业面向机械化趋势发展，木工刀具的市场前景非常乐观，各种类型的木工刀具用量在不断增加，尤其国际市场需求高质量刀具的用量较大。

– 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
阴极雾化作用
3.1 直流焊接与交流焊接 —直流TIG焊接
• • • • 直流正接(DCSP/DCEN/DC-)：母材接正极 DCEN：direct current negative eletorde (ASME) DCSP：direct current straight polarity (欧洲) DC-：不常见，多见于老企业内部、老教材
1.2 TIG焊接设备 -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。
主要材料：W及W合金 其他材料：特殊环境下有锆电极和钽电极，昂贵
1.2 TIG焊接设备 -钨极
1.2 TIG焊接设备 -焊接操作机及回转工作台 工装夹具：控制薄板变形及背面成型、保护（钢加铜） 焊缝跟踪 弧长控制
1.2 TIG焊接设备 -辅助设备
弧长自动调节装置：电弧电压与电弧长度之间具有良好线性 对应关系，弧压反馈PID闭环控制，精度0.3V 焊枪摆动器
流旁路施加到电极和工件上，由此引燃电弧。
2.1 TIG焊接过程 —稳弧
交流电弧焊由于电流过零，电弧空间温度急剧下降， 电弧瞬时熄灭，再引燃困难，电弧不稳定。 • 焊条电弧焊：稳弧剂、电源 • TIG焊接：一是加快电流过零速度（动特性好）；二是 调整电压波形，在电流过零瞬间施加高脉冲电压
2.1 TIG焊接过程 —稳弧

激光填丝钎焊：交叉排布双光束激光
单光束
双束激光交叉排布
¾ 2005年，德国拜罗伊特(Bayreuth)大学，铝合金－镀锌板激光熔钎焊。 ¾ 双束激光交叉排布加热，能获得更好的焊缝成形并控制界面金属间化合物层。
研究现状
镀锌板激光填丝钎焊
¾ Fronius International GmbH，可减少镀锌层烧损 ¾ Crus，温度更容易控制，并且热源可以精确加热填充材料，降低母材变形
？
1mm
(P=1400W, d=3mm, V焊=0.8m/min, V送=1.78m/min)
¾ 增加钎焊方向激光能量分布长度 ¾ 延长激光加热时间 ¾ 后束激光后续加热改善钎缝表面
工艺特性
双焦点光束激光钎焊
单光束、双焦点光束钎焊钎缝成形比较 单光束
双焦点光束
5mm
(P=1000W, V焊=1.0m/min, V送=1.78m/min)
钎料容易被加热至熔化，但加热区温 度梯度较大，钎料在母材表面的铺展
差
状态稳定性难以控制。
光束特征参数增加了双束激光功率配
比、焦点间距、离焦方式、光束排布
好
等参数，使其钎焊过程更具灵活性。
长度方向上激光能量均匀分布，减少 了在钎缝宽度上的加热范围，进一步 延长了钎缝长度方向的加热时间
最差
激光能量 利用率
双焦点光束激光钎焊
材料对激光的吸收率与温度的关系
¾ 吸收率随电阻率的增加 而增加。
¾ 金属电阻率是温度的线 性增函数
¾ 金属熔化时电阻率突跃 上升，这样在金属熔化 时，材料对激光的吸收 率陡升。
¾ 若前束激光能熔化钎料 ，材料对后束激光的吸 收率大大增加。
吸收率 A/%

哈尔滨工业大学科技成果——激光-TIG电弧复合热源
焊接技术
主要研究内容
激光-TIG电弧复合热源焊接是将激光束与TIG电弧复合在一起同时作用于熔池，利用激光产生的锁孔效应吸引、压缩和稳定焊接电弧，使得电流密度显著提高，从而建立一种全新的高效热源，是一种高效率、高质量、高适应性的焊接方法，具有熔深大、焊速快、成本低等显著优势，非常适合于薄板高速焊及大厚板的焊接，更适用于铝合金、一些特殊材料或者异种材料的连接。

哈工大率先在国内开展激光与电弧复合焊接的研究，研究水平与国外保持同步，激光-TIG复合脉冲协调控制焊接新方法获得了国家发明专利。

激光-TIG复合电弧
激光-TIG复合热源焊接接头
主要技术指标
与同能量输入的激光焊接相比，复合热源焊接技术可将焊接熔深提高50%以上，焊接速度提高一倍以上。

在焊接2-8mm厚不锈钢薄板时，间隙达到0.4-0.8mm，对中偏差0.25mm及错边0.5mm时仍可获得满意焊缝。

激光-TIG复合热源焊接可以获得上下几乎等宽的优良焊缝形状，成功地应用在长征系列运载火箭动力系统的Ω连接件中。

火箭发动机连接件。