材料成型工艺——焊接（陈茂爱 ）

本书为材料成型工艺系列教材之一的焊接篇，系统地介绍了焊接工艺理论基础，包括焊接电弧物理基础、焊丝熔化及熔滴过渡 、熔池行为及焊缝成型、焊接参数的自动调节，简要介绍了埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊等常用电弧焊方法的工艺原理、特点、应用及设备，详细阐述了这些方法的焊接工艺，特别是焊接工艺的新发展。本书适合作为焊接技术与工程和材料成型及控制工程等专业本科生的教材，也可供相关专业毕业生入职后进行焊接工程师教育、焊接方向研究生进行专业理论及工程应用知识学习时参考。

无

第1章 绪论 1
1.1 材料成型的概念 1
1.1.1 材料成型工艺应用 2
1.1.2 本课程的内容及要求 4
1.2 焊接成型工艺的分类和特点 5
1.3 焊接成型工艺的发展 6

第2章 焊接工艺理论基础 8
2.1 焊接电弧物理基础 8
2.1.1 电弧本质 8
2.1.2 电弧中带电粒子的产生 10
2.1.3 电弧的区域组成及导电机理 16
2.1.4 电弧的产热及温度分布 27
2.1.5 电弧力及其影响因素 31
2.1.6 交流电弧的特点 37
2.1.7 电弧刚直性和偏吹 40
2.2 焊丝的熔化及熔滴过渡 44
2.2.1 焊丝的熔化 44
2.2.2 熔滴过渡机理 49
2.2.3 熔滴过渡基本形式 52
2.2.4 飞溅及熔敷效率 60
2.3 熔池行为及焊缝成型 61
2.3.1 熔池形状尺寸及其影响因素 61
2.3.2 熔池上受到的力及其对熔池行为的影响 67
2.3.3 焊缝形状尺寸及其影响因素 71
2.3.4 焊缝成型缺陷及其防治措施 76
2.4 焊接参数的自动调节 78
2.4.1 焊接速度的自动调节 79
2.4.2 焊接电流及电弧电压的自动调节 79
思考题 87

第3章 埋弧焊 89
3.1 埋弧焊原理、特点及应用 89
3.1.1 埋弧焊工艺原理 89
3.1.2 埋弧焊特点 90
3.1.3 埋弧焊的应用 91
3.2 埋弧焊焊接材料 91
3.2.1 埋弧焊焊剂 91
3.2.2 埋弧焊焊丝 97
3.3 埋弧焊设备 102
3.3.1 埋弧焊设备的分类 102
3.3.2 埋弧焊电源 103
3.3.3 送丝机构、行走机构和机头调整机构 104
3.3.4 其他附件 106
3.4 埋弧焊工艺 109
3.4.1 接头设计及焊前准备 109
3.4.2 焊接工艺参数对焊缝成型尺寸及质量的影响规律 115
3.4.3 焊缝成型控制 119
3.5 埋弧焊新工艺 127
3.5.1 双丝及多丝埋弧焊 127
3.5.2 窄间隙埋弧焊 130
3.5.3 带极埋弧焊 134
思考题 136

第4章 钨极氩弧焊 138
4.1 钨极氩弧焊原理、分类、特点及应用 138
4.1.1 钨极氩弧焊基本原理及分类 138
4.1.2 钨极氩弧焊的特点及应用 139
4.2 钨极氩弧焊的焊接材料 140
4.2.1 保护气体 141
4.2.2 电极材料 142
4.2.3 填充金属 143
4.3 不同电流及极性的TIG焊的工艺特点 144
4.3.1 直流钨极氩弧焊 144
4.3.2 交流钨极氩弧焊 146
4.3.3 脉冲钨极氩弧焊 148
4.4 钨极氩弧焊设备 150
4.4.1 设备组成 150
4.4.2 钨极氩弧焊设备的主要组成部分 151
4.5 钨极氩弧焊工艺 156
4.5.1 焊前准备及接头设计 156
4.5.2 工艺参数的选择原则 157
4.6 高效熔化极氩弧焊 164
4.6.1 热丝TIG焊 165
4.6.2 TOP-TIG焊 166
4.6.3 匙孔TIG焊 169
4.6.4 A-TIG焊 171
4.6.5 双钨极氩弧焊 174
思考题 177

第5章 熔化极气体保护焊 179
5.1 基本原理、特点及应用 179
5.1.1 基本原理及分类 179
5.1.2 特点及应用 180
5.2 熔化极气体保护焊的熔滴过渡 181
5.2.1 短路过渡 181
5.2.2 细颗粒过渡 183
5.2.3 喷射过渡 184
5.2.4 亚射流过渡 185
5.2.5 脉冲喷射过渡 186
5.3 熔化极气体保护电弧焊设备 188
5.3.1 熔化极气体保护焊设备的组成 188
5.3.2 熔化极气体保护焊设备对各个组成部分的要求 189
5.4 熔化极气体保护焊接材料 194
5.4.1 保护气体 194
5.4.2 焊丝 197
5.5 MIG/MAG焊接工艺 199
5.5.1 接头及坡口设计 200
5.5.2 焊接工艺参数 201
5.6 CO2气体保护焊工艺 207
5.6.1 工艺特点 207
5.6.2 冶金特点 208
5.6.3 飞溅及其防止措施 210
5.6.4 CO2气体保护焊工艺参数的选择 213
5.7 先进熔化极气体保护焊 217
5.7.1 药芯焊丝电弧焊 217
5.7.2 表面张力过渡熔化极气体保护焊 223
5.7.3 冷金属过渡熔化极气体保护焊 225
5.7.4 T.I.M.E熔化极气体保护焊 228
5.7.5 Tandem熔化极气体保护焊 229
思考题 232

第6章 等离子弧焊 234
6.1 等离子弧焊原理 234
6.1.1 等离子弧焊的工艺原理 234
6.1.2 等离子弧的特性 235
6.1.3 等离子弧焊的工艺特点与适用范围 238
6.2 等离子弧焊设备 239
6.2.1 等离子弧焊设备的组成 239
6.2.2 等离子弧焊设备对各个组成部分的要求 240
6.3 等离子弧焊的双弧问题 244
6.4 等离子弧焊工艺 245
6.4.1 等离子弧焊工艺方法 245
6.4.2 等离子弧焊工艺流程 247
思考题 256

参考文献 258

材料成型工艺是材料成型及控制工程专业主干课程之一。材料成型及控制工程专业由原铸造工艺及设备、锻造工艺及设备和焊接工艺及设备等三个专业合并而成。由于不同高校的情况各不相同，有些学校以焊接为主，有些学校以焊接和铸造为主，有些学校以焊接和塑性成型为主，还有些学校则是焊接、铸造和塑性成型并重，因此目前尚没有一本适用面广的材料成型工艺教材。鉴于这种情况，我们编写了材料成型工艺系列教材，包括《材料成型工艺——塑性成型》《材料成型工艺——铸造》《材料成型工艺——焊接》。各高校的材料成型及控制工程专业可根据自己的特点，自由组合使用。
本书为《材料成型工艺——焊接》，系统地阐述了焊接电弧物理基础、焊丝熔化及熔滴过渡、熔池行为及焊缝成型、焊接参数的自动调节、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊（MIG/MAG及二氧化碳气体保护焊）以及等离子弧焊。对于电弧焊工艺理论基础，注重理论联系实际，尽量结合图表深入浅出地进行介绍，有利于读者快速地理解和掌握。对于各种电弧焊方法，简要介绍了其工艺原理、特点、应用及焊接设备，重点阐述了焊接材料、焊接工艺及焊接工艺的新发展。本书所有内容均基于最新的焊接标准，充分反映了电弧焊方法、设备及工艺的最新研究成果及应用，特别是反映了我国在材料成型工程领域的重大发展及贡献，可以激发学生的爱国热情，激励其为国家振兴、民族强盛而努力学习。本书配有大量的视频（扫描书后二维码即可获得），帮助读者理解焊接过程的复杂物理现象，迅速掌握工艺机理及工艺选择原则。
参加本书编写的人员还有孙俊华、张辉、赵伟、刘雪梅、高进强、蒋元宁、陈劭卿等。
由于作者水平有限，书中难免出现疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

编者