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绪论 1

第1章 焊接电弧现象 3

1.1 焊接电弧的本质及其特点 4

1.1.1 焊接电弧的本质 4

1.1.2 焊接电弧的构成及其导电性 5

1.1.3 焊条电弧焊焊接时的电弧功率 9

1.1.4 焊接电弧的热流分布和电弧各区的温度、电流密度及能量密度的分布 11

1.1.5 磁场对电弧产生的作用和影响 12

1.1.6 焊接电弧的特性曲线 14

1.2 焊条电弧焊焊接时的电弧行为表现 16

1.2.1 熔滴的过渡形态 16

1.2.2 焊接电弧行为表现的类型 17

1.2.3 熔滴过渡形态对电弧行为表现的影响 19

1.2.4 焊条药皮类型、焊接电流种类和电流极性对电弧行为表现的影响及对电弧稳定性的评估 20

第2章 焊接化学冶金 23

2.1 焊条的种类及型号 23

2.1.1 焊条的种类 23

2.1.2 焊条的型号 24

2.1.3 焊条的工艺性能 24

2.1.4 焊条的冶金性能 27

2.2 焊接化学冶金的特殊性 28

2.2.1 焊接区金属的保护 28

2.2.2 焊接化学冶金的反应区 29

2.2.3 焊接化学冶金的不平衡性 30

2.3 焊接区内的气体与金属的作用 30

2.3.1 焊接区内的气体 30

2.3.2 气体与金属的作用 32

2.4 焊接熔渣与金属的作用 36

2.4.1 焊接熔渣的作用及其性质 36

2.4.2 焊接熔渣对金属的氧化 37

2.4.3 焊缝金属的脱氧 37

2.5 焊缝成分对焊接质量的影响及焊缝金属的合金化 38

2.5.1 氮对焊接质量的影响及控制 38

2.5.2 氢对焊接质量的影响及控制 39

2.5.3 氧对焊接质量的影响及控制 41

2.5.4 硫的危害及控制 42

2.5.5 磷的危害及控制 43

2.5.6 焊缝的合金化 43

第3章 焊接条件下的焊缝组织及其性能 44

3.1 金属的基本知识 44

3.1.1 金属的晶体构造 44

3.1.2 金属结晶的过程 45

3.1.3 金属的实际构造和晶体缺陷 48

3.1.4 晶体缺陷与焊接冷裂纹 50

3.1.5 合金的构造 50

3.2 铁碳合金 53

3.2.1 纯铁的组织及性能 53

3.2.2 钢铁的基本组织形态 55

3.2.3 铁碳合金相图的分析 55

3.2.4 典型铁碳合金冷却过程的组织转变与合金组织的性能 65

3.3 合金钢 67

3.3.1 合金元素对钢中基本相的影响 67

3.3.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 68

3.3.3 在加热和冷却时合金元素对钢的转变的影响 70

3.4 焊缝金属结晶过程 72

3.4.1 焊接熔池结晶的特殊性 73

3.4.2 焊接熔池的结晶速度 73

3.4.3 焊接熔池的结晶形态 75

3.4.4 焊缝的成分不均匀性及其影响 80

3.5 焊接接头的组织和性能 83

3.5.1 焊接接头的组成及其特点 83

3.5.2 焊缝的相变组织 85

3.5.3 焊缝组织和性能的控制 92

3.6 焊接接头的熔合区 94

3.6.1 熔合区的构成及特征 94

3.6.2 凝固过渡层的特征 97

3.6.3 碳迁移过渡层的特征 98

3.7 焊接热影响区 99

3.7.1 焊接热影响区的组织转变特点 99

3.7.2 焊接热影响区的组织特征 102

3.7.3 焊接热影响区的性能 107

第4章 焊接参数的作用及其选择 114

4.1 焊接电流对电弧产热的作用及其选择 114

4.1.1 焊接电弧的产热 114

4.1.2 焊条的熔化和熔滴的温度 114

4.1.3 焊条熔滴的过渡 119

4.1.4 母材的熔化和熔池的温度 119

4.1.5 焊缝金属的熔合比 120

4.1.6 焊接电流在焊接中的作用和影响 122

4.1.7 焊接电流、电流种类及极性的选择 123

4.2 电弧电压在焊接中的作用及其选择 132

4.2.1 焊条电弧焊焊接时的电弧电压 132

4.2.2 焊条极性、药皮厚度与电弧电压的关系 134

4.2.3 电弧电压与电弧长度的关系 135

4.2.4 电弧长度对焊条和母材熔化的影响 136

4.2.5 电弧长度对熔池几何尺寸的影响 138

4.2.6 电弧长度与焊缝成形的关系 139

4.2.7 电弧长度与焊缝中气体含量的关系 140

4.3 焊接热输入和焊接速度的作用和选择 143

4.3.1 焊接热输入的主要作用 143

4.3.2 焊接热输入与焊缝成形的关系 144

4.3.3 焊接热输入和焊接速度对焊接温度场的影响 144

4.3.4 焊接热输入和焊接速度对焊接区冷却速度的影响 146

4.3.5 焊接热输入和焊接速度对焊接热影响区宽度的影响 147

4.3.6 焊接热输入和焊接速度对焊缝凝固速度的影响 147

4.3.7 焊接热输入和焊接速度对熔池结晶速度及其形态的影响 148

4.4 焊条倾角和焊条摆动角在焊接中的作用和影响 150

4.4.1 焊条倾角的确立 150

4.4.2 焊条摆动角的确立和焊条摆动角在焊接时的变化 152

4.4.3 焊条倾角和焊条摆动角对焊缝成形和焊接质量的作用和影响 152

第5章 焊接应力与变形 154

5.1 焊接过程中金属随焊接温度发生的变化 154

5.1.1 金属力学性能的变化 155

5.1.2 金属物理性能的变化 155

5.1.3 金属相变时的比体积变化 156

5.2 焊接时金属应力、应变的分类 157

5.3 焊接应力和变形的形成 158

5.3.1 简单杆件的应力和变形 158

5.3.2 金属框架构件在不同加热温度时的应力及应变 159

5.3.3 焊接时的热应力以及由此引起的残余应力 160

5.3.4 焊件中的残余应力及其反作用力 160

5.3.5 焊件中残余应力的分布 161

5.4 残余应力的影响 165

5.4.1 拉应力下的断裂 165

5.4.2 消除应力处理对焊件脆性断裂的影响 166

5.4.3 对静载强度的影响 167

5.4.4 对结构刚度的影响 167

5.4.5 对受压杆件稳定性的影响 167

5.4.6 对疲劳强度的影响 168

5.4.7 对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响 168

5.4.8 对应力腐蚀开裂的影响 169

5.5 调节残余应力的措施 169

5.5.1 设计措施 169

5.5.2 工艺措施 170

5.6 焊接残余变形 171

5.6.1 焊接残余变形的类型 171

5.6.2 焊接残余变形的影响因素 171

5.7 控制焊接残余变形的措施 173

5.7.1 设计措施 173

5.7.2 工艺措施 174

5.7.3 矫正焊接残余变形的方法 175

第6章 焊接缺陷的产生及防止 179

6.1 焊接裂纹 179

6.1.1 焊接裂纹的种类 179

6.1.2 焊接热裂纹的特征及其形成 181

6.1.3 结晶裂纹的形成及其防止 184

6.1.4 多边化裂纹的形成及其防止 192

6.1.5 高温液化裂纹的形成及其防止 193

6.1.6 再热裂纹的形成及其防止 195

6.1.7 焊接冷裂纹的特征及其形成 200

6.1.8 焊接冷裂纹的形成条件 209

6.1.9 焊接冷裂纹的防止 210

6.1.10 层状撕裂的形成及防止 215

6.1.11 应力腐蚀裂纹的形成及防止 218

6.2 焊缝夹杂 227

6.2.1 焊缝夹杂物的形成 227

6.2.2 非金属夹杂物的种类及其危害 229

6.2.3 控制焊缝产生夹杂的措施 230

6.3 焊缝气孔 230

6.3.1 气孔的分类及形成机理 230

6.3.2 焊缝气孔的危害 231

6.3.3 影响气孔形成的因素 232

6.3.4 气孔的防止措施 234

6.4 焊缝未焊透和熔合不良 234

6.4.1 焊缝未焊透 235

6.4.2 防止产生未焊透的措施 235

6.4.3 焊缝熔合不良的产生及防止 236

6.5 焊缝表面缺陷的产生及防止 237

6.5.1 焊缝根部未焊透、根部熔透过大造成余高、凹陷超标缺陷的产生及防止 237

6.5.2 焊缝表面气孔、夹杂的产生及防止 238

6.5.3 焊缝弧坑、焊缝表面及附近被电弧烧伤等缺陷的产生及防止 239

6.6 工艺性焊接缺陷的产生和防止 239

6.6.1 近缝区粗晶脆化——焊条电弧焊工艺性缺陷之一 240

6.6.2 热应变脆化——焊条电弧焊工艺性缺陷之二 242

6.6.3 不锈钢焊接区脆化和晶间腐蚀——焊条电弧焊工艺性缺陷之三 244

6.6.4 不锈钢焊接时的晶间腐蚀——焊条电弧焊工艺性缺陷之四 244

第7章 焊条电弧焊焊接技术操作基础 251

7.1 焊条电弧焊焊接运条三要素 251

7.1.1 焊接电弧对于焊接部位的相对运动 252

7.1.2 焊接电弧沿焊条轴线作用于熔池基本面（或焊件焊接面）的长度和角度 252

7.1.3 焊接电弧作用于熔焊部位的时间 254

7.2 焊接操作技术运条基础 254

7.2.1 焊条沿焊接方向的移动 254

7.2.2 焊条沿焊接方向的横向摆动 255

7.2.3 焊条沿其轴向的送进 256

7.2.4 焊接电弧作用于焊接部位的时间 256

7.2.5 焊接电弧施焊时的运动具有“四维空间”的形式 256

7.2.6 引燃电弧的方法 257

7.2.7 灭弧方法和收弧方法 259

7.2.8 焊缝接头方法 260

7.2.9 暂停焊接收弧及续焊接头方法 261

7.2.10 焊接时起始熔池座的建立 266

7.2.11 焊接运条线路 271

7.3 熔焊运条方法 274

7.3.1 连弧焊法 274

7.3.2 灭弧焊法 276

7.3.3 挑弧焊法 278

7.3.4 复合运条焊法 280

7.4 定位焊缝的焊接 280

7.4.1 定位焊缝的功能及要求 280

7.4.2 定位焊缝施焊时的要点 281

7.5 焊接操作中焊接电弧的特殊运用 283

7.5.1 运用焊接电弧对焊接部位进行焊前预热 284

7.5.2 运用焊接电弧对焊接缺陷进行切割清除及补焊 285

7.5.3 运用焊接电弧挖掘作用，对焊接接头部位进行切割处理 286

7.5.4 运用焊接电弧熔焊焊缝时产生的应力、应变来矫正变形的焊接部件 287

7.6 焊条电弧焊熔焊运条方法、运条线路及其运条动作的辅助图形、代号等内容的表示法 288

第8章 板类构件的焊接 290

8.1 焊接条件对熔池几何尺寸及其流动性的影响 290

8.1.1 焊接参数对熔池几何尺寸及其流动性的影响 290

8.1.2 焊接位置的影响 292

8.1.3 药皮焊条类型、牌号的影响 293

8.1.4 母材厚度、接头形式和坡口尺寸的影响 294

8.1.5 焊接操作运条方法、运条线路及其运条动作的影响 294

8.2 焊缝形状的控制 294

8.2.1 根据焊接条件选用合适的焊接参数，使焊接熔池的几何尺寸及其质量和熔池的流动性符合焊缝成形的要求 294

8.2.2 选择合适的焊接操作技术，运用合适的焊接运条方法、运条线路及其运条动作 294

8.3 平焊 295

8.3.1 堆焊平焊 295

8.3.2 I形坡口对接平焊 296

8.3.3 V形坡口对接平焊 297

8.3.4 T形接缝平焊 299

8.3.5 船形焊平焊 302

8.3.6 搭接接缝平焊 302

8.4 立焊 302

8.4.1 堆焊立焊 303

8.4.2 I形坡口对接立焊 303

8.4.3 V形、Y形、U形坡口对接立焊 304

8.4.4 角接缝立焊 308

8.4.5 搭接接缝立焊 310

8.4.6 立向下焊 310

8.5 横焊 316

8.5.1 堆焊横焊 316

8.5.2 I形、V形、K形坡口对接横焊 317

8.6 仰焊 322

8.6.1 堆焊仰焊 323

8.6.2 I形坡口对接仰焊 324

8.6.3 V形、U形坡口对接仰焊 325

8.6.4 仰角接缝的焊接 328

8.7 典型钢种板状构件的焊接 329

8.7.1 Q345R钢容器（壁厚δ≥20mm，直径≥2000mm）立式构件的安装横焊 329

8.7.2 18MnMoNb钢的焊接 334

第9章 管类构件的焊接 340

9.1 固定位置管子对口焊缝的成形 340

9.1.1 固定位置管子对口焊接熔池的力学状态 340

9.1.2 固定位置管子对口打底焊时焊接熔池几何尺寸及其流动性的控制 341

9.2 固定位置管子对口的焊接 345

9.2.1 固定位置管子对口打底焊单面焊双面成形技术 345

9.2.2 焊前准备 347

9.2.3 焊接工艺 351

9.2.4 固定位置管子对口施焊时，焊接顺序、焊道数目和焊接层次的选择 354

9.2.5 焊接参数的选择 357

9.3 水平固定管子对口的焊接 360

9.3.1 水平固定管子φ50mm×5mm（小径）对口的焊接 361

9.3.2 水平固定管子φ（76～168）mm×10mm（中径）对口的焊接 367

9.3.3 水平固定管子φ≥168mm（大径）对口的焊接 369

9.3.4 水平固定管子带垫圈对口的焊接 369

9.4 垂直固定管子对口的焊接 373

9.4.1 垂直固定φ50mm×5mm（小径）管子对口的焊接 373

9.4.2 垂直固定φ（76～168）mm（中径）和φ＞168mm（大径）管子对口的焊接 377

9.5 倾斜45°固定管子对口的焊接 377

9.5.1 倾斜45°固定小径管子对口的焊接 378

9.5.2 倾斜45°固定中径（φ≥76～168mm）、大径（φ＞168mm）管子对口的焊接 381

9.6 固定位置管板对口的焊接 382

9.6.1 插入式管板垂直固定对口的俯焊 383

9.6.2 骑座式管板垂直固定对口的俯焊 385

9.6.3 插入式、骑座式管板垂直固定对口仰焊 387

9.6.4 插入式、骑座式管板水平固定对口焊接 389

9.7 三通管对口的焊接 393

9.7.1 受压等径三通管的焊制 393

9.7.2 等径三通管焊接操作技术 398

9.7.3 异径三通管的制作、组装和焊接 399

9.7.4 特种披肩高压三通管对口的焊接 400

9.8 水平固定大径管子对口立向下焊 403

9.8.1 立向下焊专用焊条 403

9.8.2 管子对口立向下焊焊接工艺 404

9.8.3 水平固定管子对口立向下焊操作技术 408

9.9 典型管道用钢的焊接 409