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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