作者：王新洪、韩芳、郑暹林 等编著
出版社：化学工业出版社
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焊条电弧焊技术问答试读：
前言
焊接是机械制造、建筑及其他行业的常用技术，是许多高新技术产品制造不可缺少的加工方法。焊接技术已广泛地应用于工业生产的各个部门，在推动工业发展和产品的技术进步以及促进国民经济的发展中发挥着重要的作用。焊条电弧焊技术是应用最广泛的焊接技术，也是焊接技术的基础。随着我国经济的迅速发展，对焊接技术的要求越来越高，急需一批技术过硬的焊接人才。
本书以回答问题的形式，系统地介绍了焊条电弧焊的基本知识，焊接材料、焊接设备、操作技术、常用金属焊接材料的焊接、焊接过程质量检验以及焊接安全和防护等知识。具有以下主要特点。（1）内容丰富 书中列出了焊条电弧焊技术相关且常见的400多个技术问题，基本上涵盖了焊条电弧焊的各方面，能满足焊工与焊接相关的工程技术人员全面理解焊条电弧焊知识。（2）实用性 强调技术的实践性，注重解决生产实践问题。在表达方式上力求实用为主，简明扼要与条理清晰，以便焊工容易理解和掌握。（3）新颖性 书中既介绍常用的、基本的手工电弧焊知识，同时又介绍新工艺、新的焊接材料及新型结构材料的焊条电弧焊接技术。
本书由山东大学王新洪、潍坊学院韩芳、福建省长兴船舶重工有限公司郑暹林、山东大学工训中心宋思利，山东大学赵冠林、钱法余、罗世兴、刘树帅、张培俊编著。具体分工为：第1章 （王新洪、钱法余），第2章 （赵冠林，刘树帅），第3章 （宋思利，张培俊），第4章 （王新洪、郑暹林、罗世兴），第5章 （王新洪、韩芳），第6章 （郑暹林、宋思利），第7章 （韩芳）。全书由王新洪、宋思利统稿，山东大学曲仕尧教授审校。
在本书的编写过程中，得到了山东大学陈茂爱教授、曲仕尧教授的关心与帮助，提出了许多宝贵意见，在此表示衷心的感谢。此外，向关心本书出版的焊接界同行及所引文献的作者表示诚挚的谢意。
本书通俗易懂，既可作为焊工自学读物，也可供从事焊接工作的技术人员以及相关专业科研院所、大专院校师生参考。限于编写人员水平，疏漏之处难免，恳请广大读者和专家们提出宝贵意见。编 者第1章 焊条电弧焊基本知识1.1 焊条电弧焊的基础知识1-1 试述焊接的定义及其作用？
焊接是用加热或加压，或加热又加压的方法，在使用或不使用填充金属的情况下，使两块焊件连接在一起达到原子间结合，形成不可拆卸永久接头的一种加工工艺方法。
焊接是制造业不可缺少的手段之一，不仅可以用于各类金属的连接，以及部分金属材料与非金属材料之间的连接，而且还可以用于陶瓷、工程塑料、云母、石墨、玻璃等非金属材料的连接。
焊接结构早已几乎取代了铆接结构，焊接结构已部分代替铸、锻结构。近年来兴起的以焊接熔敷方法直接制造某些特殊零件，进一步拓宽了焊接的应用领域。
焊接是钢铁材料的“裁缝”，在非铁材料的应用远小于钢铁材料。焊接的主要服务对象是钢铁材料的连接。全世界40％～50％的钢铁材料须经过焊接加工环节形成产品。1-2 常用的焊接方法分为哪几类？
金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊三大类。
①熔焊 焊接过程中，将待焊处的金属母材局部加热至熔化状态，不施加压力完成焊接的方法。金属材料的熔焊需要满足两个基本条件：一是有一个能量集中、温度足够高的加热热源；二是必须采取有效的隔离空气，防止空气侵入熔化金属的保护措施。常见的熔焊方法有：电弧焊、气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊等。
②压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。压焊的主要特征是必须对焊件局部加压（或同时加热），使焊件待焊表面产生塑形变形。在这个过程，待焊工件表面的油污、锈蚀物或氧化物被挤碎或清除，从而呈现纯净的表面，为被焊表面形成原子或分子之间的结合或扩散创造条件。常用的压焊方法有电阻焊（对焊、点焊、缝焊）、摩擦焊、旋转电弧焊、超声波焊等。
③钎焊 焊接过程中，采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。常用的钎焊方法有火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊和真空钎焊等。1-3 何谓电弧焊？其应用范围如何？
电弧焊是利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量将焊接材料与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。电弧焊主要用于熔化焊，用于钎焊的则称电弧钎焊。
电弧焊可应用于绝大部分金属材料的焊接，在焊接生产中占主导地位，是目前使用最广的一种焊接方法。1-4 何谓焊条电弧焊？
焊条电弧焊是以手工操纵焊条，利用焊条和工件之间产生的电弧热熔化母材进行电弧焊的焊接方法，俗称手工电弧焊。焊条电弧焊的符号标记为“E”，数字标记为“111”。1-5 试述焊条电弧焊的工艺原理？
焊接时，将焊条与工件接触短路后立即提起焊条，引燃电弧。电弧的高温将焊条和工件局部加热到熔化状态，焊条端部熔化后的熔滴和局部熔化的母材融合在一起形成熔池。随着电弧向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝连接焊件的一种电弧焊方法，其焊接过程基本原理如图1-1所示。由图可知，焊条药皮在电弧高温作用下燃烧，产生保护气体，形成熔渣，保护熔池和凝固的焊缝金属不受大气污染。所形成的熔渣有助于改善焊缝成形，形成平整光滑的焊缝表面。焊条药皮熔化过程中，还对熔化金属具有脱氧作用，使之形成致密的焊缝金属。此外，焊条药皮通过冶金反应对焊缝金属还具有渗合金的作用。图1-1 焊条电弧焊焊接过程基本原理1—固态熔渣；2—液态熔渣；3—气体；4—药皮；5—焊芯；6—熔滴；7—熔池；8—焊缝；9—母材1-6 焊条电弧焊具有哪些优点？
①适应性强，使用面广 适用于大多数工业用金属和合金的焊接。
②方便灵活，可达性强 焊条电弧焊适用于焊接单件或小批量的产品，短的和不规则的、空间任意位置的焊缝。
③设备简单，维护方便 与其他熔焊方法相比，焊条电弧焊设备简单，价格相对便宜，并且轻便，很少需要辅助设备（如气路、水路系统、送丝机构、轨道及夹持系统等）。
④不需要辅助气体防护 焊条不但能提供填充金属，而且在焊接过程中能够产生保护熔池和熔滴的保护气体，且具有较强的抗风能力。
⑤可达到满意的焊接质量 与氧乙炔焊相比，具有电弧温度高、焊速快、热影响区范围小、接头组织状态和力学性能较优等优点。与埋弧焊相比，具有焊接热输入小，接头力学性能、尤其是塑性有所改善的优点。与气体保护焊相比，受气流干扰的影响较小。1-7 焊条电弧焊具有哪些缺点？
①对焊工操作技术要求高 焊条电弧焊的焊接质量，除靠选用合适的焊条、焊接工艺参数和焊接设备外，主要靠焊工的操作技术和经验保证，焊接质量在一定程度上决定于焊工操作技术。
②生产效率低和劳动条件差 主要靠焊工手工操作，并且焊接工艺参数选择范围小，而且要经常更换焊条，并残留下一截焊条头而未被充分利用，焊后需清渣等，生产效率低。焊工的劳动强度大，且焊工始终处于高温烘烤和有毒的烟尘环境中，劳动条件差。
③不适于特殊金属和薄板的焊接 对于活泼金属（如钛、锆等）和难熔金属（如钼、钽等），由于保护作用不足难以防止这些金属的氧化，焊接质量达不到要求。对于低熔点金属，如铅、锡、锌及其合金等，由于电弧的温度高，焊接质量也很差。对于壁厚小于1mm的工件，焊接时易烧穿，因此焊条电弧焊也不适合。1-8 焊条电弧焊应用在哪些场合？
①可焊工件厚度范围：钢板厚度≥1mm，1mm以下的薄板不适合焊条电弧焊。
②可焊金属范围：能焊的金属有碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜及其合金；能焊但可能需要预热、后热或两者兼用的金属有铸铁、高强钢、淬火钢等；不能焊的金属有低熔点金属（如Zn、Pb、Sn及其合金）及难熔金属（如Ti、Nb、Zr等）。
③最适合的产品结构和生产性质：结构复杂的产品、具有各种空间位置、不易实现机械化或自动化焊接的焊缝；单件或小批量的焊接产品及安装或修理部门。1.2 焊条电弧焊冶金过程1-9 何谓焊接电弧的热效率？
在电弧焊时，电弧所产生的热能不能全部被利用，其中有一部分将不可避免地散失于周围介质中，另外由于飞溅等原因也损失一部分热量。真正用于焊接的有效功率P为P=ηP=ηUI （1-1）0
式中，U为电弧电源，V；I为焊接电流，A；P为电弧功率，即0电弧在单位时间内放出的热；η为焊接电弧的热效率。1-10 何谓焊接热输入？
焊接热输入是指在焊接时由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热能，曾称焊接线能量。热输入等于焊接电流、电弧电压、热效率的乘积和焊接速度的比值。q=ηIU/v （1-2）-1
式中，q为热输入，J·mm；η为热效率，与焊接方法等有关；I-1为焊接电流，A；U为电弧电压，V；v为焊接速度，mm·s。1-11 熔焊时如何正确选择热输入？
生产中，根据不同的材料成分，在保证焊缝成形良好的前提下，适当调节焊接工艺参数，以合适的热输入进行焊接，可以保证焊接接头具有良好的性能。例如，焊件装配定位焊时，由于焊缝长度短，截面积小，冷却速度快，焊缝容易开裂，特别是对于一些淬硬倾向较大的钢种更是如此，此时应该选择较大的热输入进行焊接，以防焊缝开裂。但是对于强度等级较高的低合金钢、低温钢，热输入必须严格控制，因为热输入增大会导致焊接接头塑性和韧性的下降。特别是当焊接奥氏体不锈钢时，为了提高焊接接头的耐蚀性，一定要采用小电流、快速焊的工艺参数，使热输入保持在最低值。1-12 焊接热输入对焊接接头的组织与性能有何影响？
焊接热输入综合了焊接方法和电弧焊三个对输入能量影响最大的工艺参数。热输入增大时焊接热影响区宽度增加，高温停留时间增长，冷却速度减缓，焊缝金属的晶粒度也会有所增大，这对焊缝的塑形和韧度有不利影响，但却不易产生脆硬组织，对改善焊缝抗冷裂纹敏感性有利。因此，焊接热输入的控制，应从母材、焊接方法、接头细节（接头形式、板厚、散热条件等）、生产率等因素综合考虑，并非一定越小越好。1-13 何谓焊接材料的熔化系数、熔敷系数、熔敷效率及损失系数？
熔化系数常用α表示，是指单位时间内，由单位电流所熔化的m焊芯长度或质量。单位：g/（A·h）或cm/（A·h），α=v/I。mm
熔敷系数是指单位电流、单位时间内，焊芯熔敷在焊件上的质量，它标志着焊接过程生产率。单位：g/（A·h）。
熔敷效率是指熔敷金属与熔化的填充金属量的百分比。
损失系数是指焊芯在熔敷过程中的损失量与焊芯原有质量的百分比。1-14 焊条电弧焊焊接区内气体的主要成分有哪些？其来源如何？
焊接过程中，焊接区内充满大量气体。用酸性焊条焊接时，主要气体成分是CO、H、HO；用碱性焊条焊接时，主要气体成分是CO、22CO。2
焊接区内的气体主要来源于以下几方面：一是为了保护焊接区域不受空气的侵入，人为地在焊接区域添加一层保护气体，如药皮中的造气剂（淀粉、木粉、大理石等）受热分解产生的气体等；二是用潮湿的焊条焊接时，析出的气体、保护不严而侵入的空气、焊丝和母材表面上的杂质（油污、铁锈、油漆等）受热产生的气体，以及金属和熔渣高温蒸发所产生的气体等。1-15 试述焊条电弧焊过程氧的主要来源及对焊缝金属的危害？如何防止？
焊条电弧焊过程中氧主要来源于空气、药皮中的氧化物、水分及焊件表面的氧化物。
其主要危害有：①引起力学性能显著下降，包括强度、塑形和韧性，尤其是低温冲击性能；②还能引起金属的热脆、冷脆和时效硬化；③是焊缝中形成气孔（CO气孔）的主要原因之一；④使有益合金元素烧损，恶化焊缝性能。
防止措施主要有：①限制氧的来源。清理坡口周边的油污、铁锈、水分以及氧化皮等，以防止这些物质在电弧高温下分解出氧；控制焊接材料的氧化性成分；妥善保护焊接区，防止空气侵入等。
②冶金脱氧。通过焊接材料加入的脱氧元素Si、Mn、Ti、Al等进行脱氧。
③在焊接工艺上采取减缓熔池冷却速度，操作上采取短弧焊等。1-16 试述焊条电弧焊过程中氢的主要来源及对焊缝金属的危害？如何防止？
氢主要来源于焊条药皮的水分、有机物，焊件和焊丝表面上的污物（铁锈、油污）和空气中的水分等。
氢的主要危害有：①氢导致金属产生氢脆和白点；②氢导致产生冷裂纹，尤其是延迟裂纹的主要原因；③氢使焊缝产生氢气孔。
防止措施主要有：
①严格控制氢的来源。做好坡口及其周边的清理，严格烘干焊条。
②冶金脱氢。通过焊接材料中加入的CaF、CaCO等物质产生23不溶于熔池的HF或碱基OH，可减少电弧空间的自由态氢，从而降低熔池中氢的含量。
③采用低氢或超低氢的焊条。
④工艺上可采用直流反接、预热及调整焊接工艺参数以延缓焊缝冷却速度，焊后立即进行消氢处理或后热处理等措施，均有利于减少焊缝的扩散氢含量。1-17 试述焊条电弧焊过程中氮的主要来源及对焊缝金属的影响？如何防止？
氮主要来自焊接区域周围的空气。氮是提高焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素，也是焊缝中产生氮气孔的主要原因之一。
防止措施主要有：①加强保护以杜绝氮源；②采取短弧焊、直流反接，适当加大焊接电流等工艺措施，有助于减少焊缝含氮量；③冶金脱氮，焊条药皮中适当加入与氮具有较大亲和力的Ti、Al、Zr、Re等合金元素也有助于减少焊缝的含氮量。1-18 硫对焊缝金属有哪些危害？如何防止？
硫是钢焊缝中最有害的杂质。硫在焊缝中以FeS形式存在，FeS在液态铁中能无限溶解，但在固态铁中的溶解度仅为0.015％～0.02％，故熔池凝固时FeS会大量析出，呈膜状分布于晶界，削弱了晶粒之间的联系，故低熔点FeS（熔点985℃）的存在是焊缝产生结晶裂纹（热裂纹的主要形式）的重要原因。一般把硫导致焊缝热裂的现象，称为“热脆”。“热脆”现象可用以下手段予以防止：
①限制母材及焊接材料中的硫含量。除了一般不用于焊接的易切削钢中w（S）可高达0.1％～0.33％［如Y12钢中w（S）为0.10％～0.20％、Y15钢中w（S）为0.23％～0.33％、Y40Mo钢中w（S）为0.25％～0.30％］外，其余钢都控制w（S）≤0.07％，优质钢w（S）≤0.035％，高级优质钢w（S）≤0.030％，特级优质钢w（S）≤0.020％，焊丝和焊芯用钢的硫也均在优质钢范围以上。
②冶金脱硫。可在焊接材料中加入Mn或碱性氧化物MnO、CaO等来脱硫，前者生成不溶于铁的MnS，后者同样生成不溶于铁的MnS和CaS均进入熔渣。此外，Al、Si、Mg、Ti、CaF也有一定的脱硫能2力。尤其是CaF，不仅能与硫结合形成挥发性化合物使之逸出外，2还可与熔渣中的SiO反应生成CaO，更有利于脱硫反应的进行。2
熔渣碱度对脱硫效果影响很大。一般来讲，熔渣碱度愈大，则脱硫效果愈好。1-19 磷对焊缝金属有哪些危害？如何防止？
磷也是焊缝中有害元素之一。磷会增加钢的冷脆性，大幅度地降低焊缝金属的冲击韧度，并使脆性转变温度升高。焊接奥氏体类钢或焊缝中含碳量较高时，磷也会促使焊缝金属产生热裂纹。
磷在液态金属中以FeP、FeP形式存在。脱磷反应可分为两步23进行：第一步是将磷氧化成PO；第二步使之与渣中的碱性氧化物25CaO生成稳定的复合物进入熔渣。其反应式为
由于碱性熔渣中含有较多的CaO，所以脱磷效果比酸性熔渣要好。但是实际上，不论是碱性熔渣还是酸性熔渣，其最终的脱磷效果仍不理想。这是因为脱磷过程首先是使磷氧化形成PO，再使PO2525与熔渣的碱性氧化物结合形成复合磷酸盐排入熔渣中。因此只有熔渣中同时存在较多FeO与CaO时才能有利于生成复合盐（CaO）·PO425的反应进行，但实际上酸性渣中CaO含量很少，而碱性渣中又不可能有大量FeO。所以目前控制焊缝中的硫、磷含量，只能采取限制原材料（母材、焊条、焊丝）中硫、磷含量的方法。1-20 何谓焊接熔渣？其作用是什么？
所谓焊接熔渣是指在焊接过程中，焊条药皮熔化后经过一系列物理化学变化形成的覆盖于焊缝金属表面的非金属物质。
熔渣作用主要有：
①机械保护作用 熔渣的密度一般轻于液态金属，高温下浮在液态金属的表面，使之与空气隔离，可避免液态金属中合金元素氧化而烧损，防止气相中的氢、氮、氧、硫等直接溶入，并减少液态金属的热损失。熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可以继续保护处在高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。
②冶金处理作用 熔渣与液态金属之间能够发生一系列物理化学反应，从而对金属与合金成分给予较大影响。适当的熔渣成分，可以去除金属中的有害杂质，如脱氧、脱硫、脱磷和去氢。熔渣还可以起到吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物的作用。焊接过程中，可通过熔渣向焊缝中过渡合金。
③改善成形工艺性能作用 适当的熔渣，对于熔焊电弧的引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊缝外观成形等焊接工艺性能的影响至关重要。
熔渣也有不利的作用，如强氧化性熔渣可以使液态金属增氧；密度或熔点与金属接近的熔渣易残留在金属中形成夹渣。1-21 焊条电弧焊熔渣如何分类？
根据焊接熔渣的成分，可以把焊接熔渣分为以下三大类：
①盐型熔渣 主要由金属的氟盐、氯盐组成，如CaF·NaF、2CaF·BaCl·NaF等。这类熔渣的氧化性很小，主要用于焊接铝、钛22和其他活性金属及合金。
②盐-氧化物型熔渣 主要由氟化物和强金属氧化物所组成，如CaF·CaO-AlO、CaF·CaO-AlO·SiO等，这类熔渣的氧化性也不2232232大，主要用于焊接高合金钢及合金。
③氧化物型熔渣 主要由各种金属氧化物所组成，如MnO-SiO、FeO-MnO-SiO、CaO-TiO-SiO等。这类熔渣的氧化性较2222强，主要用于焊接低碳钢和低合金结构钢。1-22 何谓熔渣的碱度？如何判断焊条电弧焊熔渣的酸碱性？
熔渣的酸碱性通常用熔渣的碱度来判断。焊接熔渣中碱性氧化物质量分数的总和与酸性氧化物质量分数总和的比值，叫焊接熔渣的碱度，其表示式为：碱度=Σ碱性氧化物质量分数（％）÷Σ酸性氧化物质量分数（％）
通常规定，碱度>1的熔渣叫碱性熔渣；碱度<1的熔渣叫酸性熔渣。碱度=1时为中性熔渣。实践上只有当碱度>1.3时才是名副其实的碱性渣。1-23 焊条电弧焊接过程对熔渣熔点有何要求？
焊接熔渣的熔点应稍低于被焊金属的熔点。焊接钢时，熔渣的熔点为1100～1200℃较为适宜。此时，在焊条端部会形成一小段药皮套管，套管能起稳定电弧燃烧的作用，并可减少金属飞溅，有利于熔滴向熔池过渡。
焊接熔渣熔点不能太高，否则形成的套管太长，会拉断电弧，并且熔渣不易浮出熔池，引起焊缝夹渣；熔点太低则熔渣熔化过早，熔渣的流动性过大，以至流散到焊缝两侧，失去对于液态熔渣的保护作用。施焊过程中，如能保持焊条端部的套管深度为1～2mm，则使熔渣的熔点合适。1-24 何谓熔渣的脱渣性？熔渣的脱渣性对焊接过程有何影响？
所谓脱渣性是指焊后覆盖在焊缝上的焊接熔渣从焊缝表面分离去除的难易程度。
脱渣困难使得清渣费时、费工，不仅严重降低生产率，一定程度上还污染作业区环境，影响焊工健康。尤其在厚板窄间隙、深坡口、多层焊时，清渣的难度更加突出，一旦清渣不干净，很有可能造成焊接夹渣缺陷，给接头性能带来不利影响。1-25 何谓焊缝金属的合金化？其目的何在？
焊缝金属的合金化就是把所需的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属中去。
合金化的目的：①补偿焊接过程中由于氧化、蒸发等原因造成的合金元素的损失；②改善焊缝金属的组织和性能；③获得具有特殊性能的堆焊金属。1-26 焊条电弧焊焊缝金属合金化的方式有哪些？
焊条电弧焊焊缝金属合金化的方式有两种：通过焊芯（利用合金钢作焊芯）过渡合金元素和通过焊条药皮（将合金元素加在药皮里）过渡合金元素，或者这两种方式同时兼有。1-27 何谓合金元素的过渡系数？其意义是什么？
合金元素的过渡系数（η）是指焊接材料中的合金元素过渡到待焊金属中的数量与其原始含量的百分比。即η=C/C×100％ （1-3）we
式中，C为不考虑残留和氧化等损失的情况下，对熔敷金属进w行理论计算的某元素百分含量；C为熔敷金属中对某合金元素实际e检测的百分含量。
合金过渡系数的大小，反映了焊缝金属合金化过程中某元素的利用率。合金元素在焊接过程中总有一部分因氧化、蒸发等原因损耗掉，不可能全部过渡到焊缝中去，因此，η肯定小于100％。焊条电弧焊时焊条中主要合金元素的过渡系数见表1-1。可见，碱性焊条的过渡远比酸性焊条高。表1-1 焊条电弧焊时合金元素的过渡系数η（质量分数）％1-28 何谓熔合比？熔合比对焊接生产有何作用？
熔合比（θ）是指熔化焊时，被熔化的母材部分在焊道金属中所占的比例。θ=S/（S+S） （1-4）BAB
式中，S为焊道金属中焊材金属熔化的横截面积；S为焊道金AB属中母材金属熔化的横截面积；S+S为整个焊道金属横截面积。AB
熔合比的大小会影响焊道金属的化学成分和力学性能。焊接接头开坡口与I形坡口相比较，会显著地降低熔合比，因此，生产中可以用开坡口和合理选择坡口形式来调节熔合比的大小。1-29 何谓稀释和稀释率？影响稀释率的因素有哪些？
稀释是指异种金属熔化焊或堆焊时，由于母材或预先堆焊金属的熔入而引起熔敷金属有益成分相对减少。
稀释率是指异种金属熔化焊或堆焊时，熔敷金属被稀释的程度，用母材或预先堆焊层金属在焊道金属中所占的百分比（即熔合比）来表示。
影响稀释率的因素有：
①焊接参数的影响 焊接参数中特别是焊接电流和焊接速度的影响比较明显，焊接电流越大，稀释率越大；焊接速度越小，稀释率越大。
②预热的影响 预热能提高母材焊接时的起始温度，这时母材易熔且熔深增加，则稀释率增大。
③焊接方法的影响 各种焊接方法的稀释率差别很大，如埋弧焊的稀释率较大，而焊条电弧焊的稀释率比埋弧焊小。
④焊接接头形式的影响 在对接焊缝中，随着坡口角度的增大，稀释率则减小。窄坡口的对接焊缝中，稀释率的变化更小，甚至上面几层焊缝，其成分与下面熔敷金属的成分没有明显的区别。1-30 何谓焊接性？如何分类？
焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。即材料对焊接加工的适应性及焊接接头的使用可靠性。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。
通常将焊接性分为工艺焊接性和使用焊接性两类。
①工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，材料能否获得优质、无缺陷焊接接头的能力。就熔化焊而言，工艺焊接性又分为热焊接性和冶金焊接性。
所谓热焊接性是指焊接热过程对热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度，用以评定材料对焊接热过程的敏感性，即晶粒长大倾向和组织性能变化。热焊接性与材料性质及焊接工艺条件有关。
冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度，包括合金元素的氧化、还原、蒸发，焊接区气体的溶解与析出，以及对气孔、夹杂、裂纹等缺陷的敏感性。冶金焊接性直接影响焊缝的化学成分和组织。
②使用焊接性是指焊接接头或焊接结构满足其使用要求的程度，包括力学性能，低温和高温性能，耐磨、耐蚀、导电、导热性能等，由于使用要求不同，应按具体情况确定。1-31 什么是碳当量？如何计算？
碳当量反映了钢中化学成分对热影响区硬化程度的影响，它是将钢铁中各种合金元素（包括碳）的含量，按其作用折合成碳的相当含量，作为粗略地评价钢材焊接性的一种参考指标。
常用的碳当量公式如下 （1-5）
公式主要适用于中等强度的非调质低合金钢（σ=400～b700MPa）。其中，w为各元素在钢铁中的质量百分数，单位为％。
例如：12CrMoV中C：0.08％～0.15％，Mn：0.40％～0.70％，Cr：0.9％～1.2％，Mo：0.25％～0.35％，V：0.15％～0.30％。计算时，各元素的含量取其最大值，则碳当量为C=0.15％+0.7％/6+（1.2％+0.35％+0.3％）/5≈0.64％eq
根据经验：
C<0.4％时，钢材的脆硬倾向较小，焊接性较好，焊接时一般eq不需要预热，特殊情况可采用较低的预热温度。
C=0.4％～0.6％，钢材的脆硬倾向逐渐增大，需要适当预热。eq
C>0.6％，钢材的脆硬倾向大，较难焊接，需要采取较高的预eq热温度和严格控制焊接工艺。
由此可知，12CrMoV的碳当量超过0.6％，其焊接难度大，应严格控制焊接工艺和采取较高的预热温度。1-32 利用碳当量值评价钢材焊接性有何局限性？
碳当量值只能在一定范围内，对钢材概括地、相对地评价其焊接性，这是因为：
①如果两种钢材的碳当量值相等，但是含碳量不等，含碳量较高的钢材在施焊过程中容易产生淬硬组织，其裂纹倾向显然比含碳量较低的钢材来得大，焊接性较差。因此，当钢材的碳当量值相等时，不能看成焊接性就完全相同。
②碳当量计算值只表达了化学成分对焊接性的影响，没有考虑到冷却速度的影响。冷却速度不同，可以得到不同的组织，冷却速度快时，容易产生淬硬组织，焊接性就会变差。
③影响焊缝金属组织从而影响焊接性的因素，除了化学成分和冷却速度外，还有焊接循环中的最高加热温度和在高温停留时间等参数，在碳当量值计算公式中均没有表示出来。
因此，碳当量值的计算公式只能在一定的钢种范围内，概括地、相对地评价钢材的焊接性，不能作为准确的评定指标。1-33 何谓拘束度？拘束度的影响因素有哪些？
拘束度是用来衡量焊接接头刚性大小的一个定量指标。拘束度有拉伸和弯曲两类：拉伸拘束度是焊接接头根部间隙产生单位长度弹性位移时，焊缝在每单位长度上受力的大小，弯曲拘束度是焊接接头产生单位弹性弯曲角变形时，焊缝每单位长度上所受弯矩的大小。常用2单位是N/mm。
拘束度一般和焊接母材的化学成分、厚度、焊接类型、接头的构造有关。1.3 焊条电弧焊焊接接头1-34 焊条电弧焊焊接接头由哪几部分组成？
焊条电弧焊焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。如图1-2所示。图1-2 手工电弧焊过程示意图1—焊缝；2—熔合区；3—热影响区；4—母材
①焊缝 焊缝起着连接金属和传力的作用，它的性能决定于成分和组织。按焊缝结合形式可分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝。
②熔合区 熔合区是接头中焊缝与焊接热影响区过渡的区域。该区很窄，低碳钢和低合金钢的熔合区约0.1～0.5mm，但却是接头中最薄弱地带，许多焊接接头破坏常因该处的某些缺陷引起。
③热影响区 热影响区的宽度与焊接方法和焊接热输入大小有关。它的组织与性能变化与材料的成分、焊前的热处理状态及焊接热循环等因素有关。热影响区有可能产生脆化、硬化和软化等不利于接头力学性能。1-35 焊条电弧焊焊接接头有哪些特点？
焊条电弧焊焊接接头具有以下特点：
①几何不连续 当接头位于结构几何形状和尺寸发生变化的部位，该接头就是一个几何不连续体，工作时传递着复杂的应力。即使是对接接头，只要有余高存在，在焊趾处也会出现不同程度的应力集中。制造过程中发生的错边、焊接缺陷、角变形等，都将加剧应力集中，使接头工作应力分布更加复杂。
②性能不均匀 焊缝金属与母材在化学成分上常存在差异，经受不同的焊接热循环后，必然造成焊接接头各区域的金属组织存在着不同程度的差异，导致了焊接接头在力学性能、物理化学性能及其他的不均匀性。
③存在残余应力和变形 焊接过程热源集中作用于焊接的部位，不均匀的温度场下产生了较高的焊接残余应力和变形，使接头的区域过早地达到屈服点和强度极限，同时也会影响结构的刚度，尺寸稳定性及结构的其他使用性能。1-36 焊条电弧焊常见的焊接接头形式有哪几种？
焊条电弧焊常见的接头基本形式有对接、搭接、角接和T形接头，如图1-3所示。此外，还有一些其他类型的接头形式，如十字接头、端部接头、卷边接头、套管接头、斜对接接头和锁底接头等。图1-3 焊接接头的基本形式1-37 何谓对接接头？有何特点？
两焊件端面相对平行的接头称为对接接头。它是焊接结构中采用最多的一种接头形式，也是一种比较理想的接头形式。与搭接接头相比，具有受力简单均匀、节省金属等优点，但对接接头对下料尺寸和组装要求比较严格。根据焊件的厚度和坡口准备等条件，对接接头可分为不开坡口和开坡口的对接接头两种。
①不开坡口的对接接头 当钢板厚度在6mm以下时，一般可不开坡口，只留有1～2mm的焊缝间隙，如图1-4所示。但对于较重要的结构，当钢板厚度大于3mm时就要求开坡口。图1-4 不开坡口的对接接头
②开坡口的对接接头 开坡口不仅保证了电弧能伸到接头根部，使接头根部焊透以及便于清渣，获得良好的焊缝成形。而且坡口能起到调节焊缝金属中母材和填充金属比例。坡口根部间隙具有保证接头根部焊透的作用，而坡口钝边具有防止烧穿的作用，但钝边的尺寸应保证第一层能焊透。
当钢板厚度为7～40mm时，一般采用V形坡口。V形坡口具有容易加工，但焊后角变形大的特点。V形坡口的形式有：不带钝边的V形坡口、带钝边的V形坡口、单边V形坡口、钝边单边V形坡口四种。如图1-5所示。图1-5 开V形坡口的对接接头
当钢板厚度为12～16mm时，可采用X形坡口，如图1-6所示。图1-6 X形坡口对接接头
X形坡口与V形坡口相比，在钢板厚度相同时，能减少约1/2焊着金属量，焊后变形小和产生内应力也较小。这种坡口多用于大厚度及要求控制焊接变形量的结构中。
当钢板较厚时，也可以采用U形坡口。U形坡口的特点是焊着金属量最小，焊件产生变形小，稀释率低。但这种坡口加工较难，一般应用在较重要的焊接接头中。
U形坡口形式有：单边U形坡口、单面U形坡口和双面U形坡口3种，如图1-7所示。当钢板厚度为20～60mm时，可采用单面U形坡口［图1-7（a）］。当钢板厚度为40～60mm，可采用双面U形坡口［图1-7（c）］。图1-7 U形坡口对接接头1-38 何谓角接头？有何特点？
两焊件端面构成大于30°，小于135°夹角的接头，称为角接头。角接接头的承载能力差，一般用于不重要的焊接结构中。角接接头形式如图1-8所示。图1-8 角接接头形式1-39 何谓T形接头？有何特点？
两焊件端面与平面构成直角或近似直角的接头，称为T形接头。T形接头形式如图1-9所示。图1-9 T形接头形式
T形接头在钢结构件中应用广泛，通常作为一种联系焊缝，其承载能力较差，但能承受各种方向的力和力矩。按照焊件厚度可分为不开坡口、单边V形、K形以及双U形四种形式。
T形接头作为联系焊缝时，钢板厚度在2～30mm可不开坡口。若T形接头的焊缝有承载要求时，则应按照钢板厚度及结构强度要求，选用V形、K形、双U形坡口，以保证接头强度。1-40 何谓搭接接头？有何特点？
两焊件部分重叠构成的接头称为搭接接头。如图1-10所示。搭接接头一般用于12mm以下钢板，其搭接部分一般为板厚的3～5倍，采用双面焊接。搭接接头易于装配，对装配要求不高，但承载能力较低，只能用于不重要的结构中。常用于化工容器中的开孔补强、支座衬板等结构。图1-10 搭接接头1-41 何谓焊波、焊缝、焊道和焊层？
焊波是指焊缝表面上的鱼鳞状波纹。
焊缝是指焊件经焊接后形成的结合部分。
焊道是指每熔敷一次形成的一条单道焊缝。
焊层是指多层焊时的每一分层。每个焊层可由一条焊道或数条并排相搭接的焊道组成。如图1-11所示。图1-11 焊道和焊层构成示意图1-42 焊缝如何分类？各类焊缝如何定义？
通常把焊缝分为对接焊缝、角焊缝、端接焊缝、塞焊缝和槽焊缝五类。
对接焊缝：指焊件的坡口面间或一零件与另一零件表面间焊接的焊缝。可由对接接头形成，也可由T形接头（十字接头）形成。如图1-12所示。图1-12 对接焊缝形式
角焊缝：指沿两直交或接近直交零件的交线所焊接的焊缝。可以由T形接头、十字接头、角接接头、搭接接头等形成，如图1-13所示。图1-13 角焊缝形式
端接焊缝：构成端接接头所形成的焊缝称为端接焊缝，如图1-14所示。图1-14 端接焊缝
塞焊缝是指两焊件相叠，其中一件开圆孔，在圆孔中焊接两板所形成的焊缝（只在孔内焊角焊缝除外），如图1-15所示。图1-15 塞焊缝
槽焊缝是指两焊件相叠，其中一件开长孔，在长孔中焊接两板所形成焊缝（只在槽内焊角焊缝除外），如图1-16所示。图1-16 槽焊缝1-43 表示对接焊缝几何形状的参数有哪些？
表示对接焊缝几何形状的参数有焊缝宽度、余高、熔深，见图1-17。图1-17 对接接头焊缝几何形状参数示意图
①焊缝宽度 指焊缝表面与母材的交界处称为焊趾。而单道焊缝横截面中，两焊趾之间的距离称为焊缝宽度。
②余高 指超出焊缝表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的高度称为余高。焊缝的余高使焊缝的横截面增加，承载能力提高，并且能增加射线探伤的灵敏度，但却使焊趾处会产生应力集中。通常要求余高不能低于母材，其高度随母材厚度增加而加大，但最大不得超过3mm。
③熔深 在焊接接头横截面上，母材熔化的深度称为熔深。一定的熔深值保证了焊缝和母材的结合强度。当填充金属材料（焊条或焊丝）一定时，熔深的大小决定了焊缝的化学成分。不同的焊接方法要求不同的熔深值，例如堆焊时，为了保持堆焊层的硬度，减少母材对焊缝的稀释作用，在保证熔透的前提下，应要求较小的熔深。1-44 表示角焊缝几何形状的参数有哪些？
根据角焊缝的外表形状，可将角焊缝分成两类：焊缝表面凸起带有余高的角焊缝称为凸形角焊缝；焊缝表面下凹的角焊缝称为凹形角焊缝，见图1-18。表示角焊缝几何形状的参数有焊脚、角焊缝凸度和角焊缝凹度。图1-18 角接接头焊缝几何形状参数示意图
①焊脚 角焊缝的横截面中，从一个焊件上的焊趾到另一个焊件表面的最小距离称为焊脚。焊脚值决定了两焊件的结合强度，它是最主要的一个参数。
②凸度 凸形角焊缝截面中，焊趾连线与焊缝表面之间的最大距离。
③凹度 凹形角焊缝横截面中，焊趾连线与焊缝表面之间的最大距离。1-45 何谓正面角焊缝和侧面角焊缝？
正面角焊缝是指焊缝轴线与焊件受力方向相垂直的角焊缝，如图1-19（a）所示。图1-19 正面角焊缝和侧面角焊缝
侧面角焊缝是指焊缝轴线与焊件受力方向相平行的角焊缝，如图1-19（b）所示。1-46 何谓断续角焊缝、连续角焊缝、并列断续角焊缝和交错断续角焊缝？
断续角焊缝是指沿焊缝长度方向不连续的角焊缝。
连续角焊缝是指沿焊缝长度方向连续的角焊缝。
并列断续角焊缝是指T形接头两侧相互对称布置，长度基本相等的断续角焊缝，如图1-20（a）所示。
交错断续角焊缝是指T形接头两侧相互交错布置，长度基本相等的断续角焊缝，如图1-20（b）所示。图1-20 并列断续角焊缝和交错断续角焊缝1-47 何谓定位焊和定位焊缝？
正式施焊前为装配和固定焊件接头的位置而进行的焊接，称为定位焊。由定位焊接所构成的短焊缝成为定位焊缝。1-48 何谓连续焊缝、断续焊缝、纵向焊缝、横向焊缝、环焊缝和螺旋形焊缝？
连续焊缝是指沿接头全长连续焊接的焊缝。
断续焊缝是指沿接头全长焊接成一定间隔的焊缝。
纵向焊缝是指沿焊件长度方向分布的焊缝。
横向焊缝是指与焊件长度方向相垂直的焊缝。
环焊缝是指沿球形或筒形焊件环向分布的头尾相接的封闭焊缝。
螺旋形焊缝是指用成卷板材按螺旋形方式卷成管接头，焊接后形成的焊缝。1-49 何谓承载焊缝、联系焊缝及密封焊缝？
承载焊缝是指焊件上用于承受载荷的焊缝。
联系焊缝是指不直接承受载荷，只起连接作用的焊缝。
密封焊缝是指主要用于防止液体渗漏的焊缝。1-50 何谓焊接位置？焊条电弧焊焊接位置有哪些？
焊条电弧焊时，焊缝所处的空间位置称为焊接位置。
焊接位置可分为平焊、立焊、横焊和仰焊等位置，如图1-21所示。焊缝空间位置，可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。焊缝倾角是指焊缝轴线与水平面之间的夹角。焊缝转角是指通过焊缝轴线的垂直面与坡口二等分平面之间的夹角。图1-21 常见的焊接位置
①平焊位置 焊缝倾角0°～5°、焊缝转角0°～10°的焊接位置称为平焊位置，如图1-21（a）所示。在平焊位置的焊接称为平焊和平角焊。
②横焊位置 焊缝倾角为0°～5°、焊缝转角为70°～90°的焊接位置称为横焊位置，如图1-21（b）所示。在横焊位置进行的焊接称为横焊。
焊缝倾角0°～5°、焊缝转角30°～55°的焊接位置称为角焊缝横焊位置。在角焊缝横焊位置进行的焊接称为横角焊，如图1-21（c）所示。
③立焊位置 焊缝倾角80°～90°，焊缝转角0°～180°的焊接位置称为立焊位置。如图1-21（d）所示。在立焊位置进行的焊接称为立焊和立角焊。
④仰焊位置 当进行对接焊缝焊接时，焊缝倾角0°～15°，焊缝转角165°～180°的焊接位置，如图1-21（e）所示。当进行角焊缝焊接时，焊缝倾角0°～15°，焊缝转角115°～180°的焊接位置，称为仰角焊位置，如图1-21（f）所示。在仰焊位置进行的焊接称为仰焊和仰角焊。1-51 何谓船形焊和全位置焊接
T形、十字形和角接接头处于平焊位置进行的焊接，称为船形焊，如图1-22所示。这种焊接位置相当于在90°角V形坡口内的水平对接缝。图1-22 船形焊示意图
水平固定管的对接焊缝，包括了平焊、立焊和仰焊等焊接位置，类似这样的焊接位置施焊时，称为全位置焊接，如图1-23所示。图1-23 管子全位置焊接1.4 焊条电弧焊常用的焊缝符号和坡口形式1-52 焊条电弧焊常用的焊缝符号由哪几部分组成？
根据国标《焊缝符号表示法》（GB/T 324—2008）中的规定，在焊接图样中一般可不必画出焊缝，只在焊缝处标注焊缝符号。焊缝符号主要由基本符号、指引线、补充符号、焊缝尺寸符号及数据等组成。1-53 焊缝的基本符号有哪些？
焊缝的基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，常见的符号见表1-2。表1-2 基本符号1-54 基本符号的组合使用有哪些？
标注双面焊缝或接头时，基本符号可以组合使用，见表1-3。表1-3 焊缝基本符号的组合
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