材料成型工藝：焊接（簡體書）

本書為材料成型工藝系列教材之一的焊接篇，系統地介紹了焊接工藝理論基礎，包括焊接電弧物理基礎、焊絲熔化及熔滴過渡 、熔池行為及焊縫成型、焊接參數的自動調節，簡要介紹了埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊、等離子弧焊等常用電弧焊方法的工藝原理、特點、應用及設備，詳細闡述了這些方法的焊接工藝，特別是焊接工藝的新發展。本書適合作為焊接技術與工程和材料成型及控制工程等專業本科生的教材，也可供相關專業畢業生入職後進行焊接工程師教育、焊接方向研究生進行專業理論及工程應用知識學習時參考。

材料成型工藝是材料成型及控制工程專業主幹課程之一。材料成型及控制工程專業由原鑄造工藝及設備、鍛造工藝及設備和焊接工藝及設備等三個專業合並而成。由於不同高校的情況各不相同，有些學校以焊接為主，有些學校以焊接和鑄造為主，有些學校以焊接和塑性成型為主，還有些學校則是焊接、鑄造和塑性成型並重，因此目前尚沒有一本適用面廣的材料成型工藝教材。鑒於這種情況，我們編寫了材料成型工藝系列教材，包括《材料成型工藝——塑性成型》《材料成型工藝——鑄造》《材料成型工藝——焊接》。各高校的材料成型及控制工程專業可根據自己的特點，自由組合使用。
本書為《材料成型工藝——焊接》，系統地闡述了焊接電弧物理基礎、焊絲熔化及熔滴過渡、熔池行為及焊縫成型、焊接參數的自動調節、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊（MIG/MAG及二氧化碳氣體保護焊）以及等離子弧焊。對於電弧焊工藝理論基礎，注重理論聯繫實際，盡量結合圖表深入淺出地進行介紹，有利於讀者快速地理解和掌握。對於各種電弧焊方法，簡要介紹了其工藝原理、特點、應用及焊接設備，重點闡述了焊接材料、焊接工藝及焊接工藝的新發展。本書所有內容均基於最新的焊接標準，充分反映了電弧焊方法、設備及工藝的最新研究成果及應用，特別是反映了我國在材料成型工程領域的重大發展及貢獻，可以激發學生的愛國熱情，激勵其為國家振興、民族強盛而努力學習。本書配有大量的視頻（掃描書後二維碼即可獲得），幫助讀者理解焊接過程的複雜物理現象，迅速掌握工藝機理及工藝選擇原則。
參加本書編寫的人員還有孫俊華、張輝、趙偉、劉雪梅、高進強、蔣元寧、陳劭卿等。
由於作者水平有限，書中難免出現疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者

第1章 緒論 1
1.1 材料成型的概念 1
1.1.1 材料成型工藝應用 2
1.1.2 本課程的內容及要求 4
1.2 焊接成型工藝的分類和特點 5
1.3 焊接成型工藝的發展 6

第2章 焊接工藝理論基礎 8
2.1 焊接電弧物理基礎 8
2.1.1 電弧本質 8
2.1.2 電弧中帶電粒子的產生 10
2.1.3 電弧的區域組成及導電機理 16
2.1.4 電弧的產熱及溫度分布 27
2.1.5 電弧力及其影響因素 31
2.1.6 交流電弧的特點 37
2.1.7 電弧剛直性和偏吹 40
2.2 焊絲的熔化及熔滴過渡 44
2.2.1 焊絲的熔化 44
2.2.2 熔滴過渡機理 49
2.2.3 熔滴過渡基本形式 52
2.2.4 飛濺及熔敷效率 60
2.3 熔池行為及焊縫成型 61
2.3.1 熔池形狀尺寸及其影響因素 61
2.3.2 熔池上受到的力及其對熔池行為的影響 67
2.3.3 焊縫形狀尺寸及其影響因素 71
2.3.4 焊縫成型缺陷及其防治措施 76
2.4 焊接參數的自動調節 78
2.4.1 焊接速度的自動調節 79
2.4.2 焊接電流及電弧電壓的自動調節 79
思考題 87

第3章 埋弧焊 89
3.1 埋弧焊原理、特點及應用 89
3.1.1 埋弧焊工藝原理 89
3.1.2 埋弧焊特點 90
3.1.3 埋弧焊的應用 91
3.2 埋弧焊焊接材料 91
3.2.1 埋弧焊焊劑 91
3.2.2 埋弧焊焊絲 97
3.3 埋弧焊設備 102
3.3.1 埋弧焊設備的分類 102
3.3.2 埋弧焊電源 103
3.3.3 送絲機構、行走機構和機頭調整機構 104
3.3.4 其他附件 106
3.4 埋弧焊工藝 109
3.4.1 接頭設計及焊前準備 109
3.4.2 焊接工藝參數對焊縫成型尺寸及質量的影響規律 115
3.4.3 焊縫成型控制 119
3.5 埋弧焊新工藝 127
3.5.1 雙絲及多絲埋弧焊 127
3.5.2 窄間隙埋弧焊 130
3.5.3 帶極埋弧焊 134
思考題 136

第4章 鎢極氬弧焊 138
4.1 鎢極氬弧焊原理、分類、特點及應用 138
4.1.1 鎢極氬弧焊基本原理及分類 138
4.1.2 鎢極氬弧焊的特點及應用 139
4.2 鎢極氬弧焊的焊接材料 140
4.2.1 保護氣體 141
4.2.2 電極材料 142
4.2.3 填充金屬 143
4.3 不同電流及極性的TIG焊的工藝特點 144
4.3.1 直流鎢極氬弧焊 144
4.3.2 交流鎢極氬弧焊 146
4.3.3 脈衝鎢極氬弧焊 148
4.4 鎢極氬弧焊設備 150
4.4.1 設備組成 150
4.4.2 鎢極氬弧焊設備的主要組成部分 151
4.5 鎢極氬弧焊工藝 156
4.5.1 焊前準備及接頭設計 156
4.5.2 工藝參數的選擇原則 157
4.6 高效熔化極氬弧焊 164
4.6.1 熱絲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 雙鎢極氬弧焊 174
思考題 177

第5章 熔化極氣體保護焊 179
5.1 基本原理、特點及應用 179
5.1.1 基本原理及分類 179
5.1.2 特點及應用 180
5.2 熔化極氣體保護焊的熔滴過渡 181
5.2.1 短路過渡 181
5.2.2 細顆粒過渡 183
5.2.3 噴射過渡 184
5.2.4 亞射流過渡 185
5.2.5 脈衝噴射過渡 186
5.3 熔化極氣體保護電弧焊設備 188
5.3.1 熔化極氣體保護焊設備的組成 188
5.3.2 熔化極氣體保護焊設備對各個組成部分的要求 189
5.4 熔化極氣體保護焊接材料 194
5.4.1 保護氣體 194
5.4.2 焊絲 197
5.5 MIG/MAG焊接工藝 199
5.5.1 接頭及坡口設計 200
5.5.2 焊接工藝參數 201
5.6 CO2氣體保護焊工藝 207
5.6.1 工藝特點 207
5.6.2 冶金特點 208
5.6.3 飛濺及其防止措施 210
5.6.4 CO2氣體保護焊工藝參數的選擇 213
5.7 先進熔化極氣體保護焊 217
5.7.1 藥芯焊絲電弧焊 217
5.7.2 表面張力過渡熔化極氣體保護焊 223
5.7.3 冷金屬過渡熔化極氣體保護焊 225
5.7.4 T.I.M.E熔化極氣體保護焊 228
5.7.5 Tandem熔化極氣體保護焊 229
思考題 232

第6章 等離子弧焊 234
6.1 等離子弧焊原理 234
6.1.1 等離子弧焊的工藝原理 234
6.1.2 等離子弧的特性 235
6.1.3 等離子弧焊的工藝特點與適用範圍 238
6.2 等離子弧焊設備 239
6.2.1 等離子弧焊設備的組成 239
6.2.2 等離子弧焊設備對各個組成部分的要求 240
6.3 等離子弧焊的雙弧問題 244
6.4 等離子弧焊工藝 245
6.4.1 等離子弧焊工藝方法 245
6.4.2 等離子弧焊工藝流程 247
思考題 256

參考文獻 258