本套教材是应继续工程教育之所需，为从事锅炉、压力容器或钢结构

的制造与安装和石油化工建设施工与检修等与焊接有关的非焊接专业中级

技术人员编写的。本书是这套教材四册之一。主要研究金属材料在熔焊条

件下，焊接传热学、化学冶金和物理冶金学的普遍规律，分析金属材料的

焊接性，同时介绍了各种金属材料焊接的典型工程实例，为读者解决工程

实际问题、制定合理的焊接工艺方案及提高产品的焊接质量提供了理论依

据和工程实例。

本书共16章。前7章是金属熔焊的理论基础，主要讨论焊接热源及

熔池；焊接化学冶金；焊条、焊剂及焊丝；熔池凝固与焊缝金属组织；焊

缝中的气孔与夹杂；焊接热影响区的组织及性能；各种焊接裂纹以及裂纹

的综合分析与判别。后9章是金属材料的焊接，主要有金属焊接性及其试

验方法和合金结构钢、不锈钢、耐热钢、异种钢、铸铁、铝及铝合金、铜

及铜合金、钛及钛合金的焊接以及堆焊。另外，在相应章节中穿插了一些

典型的工程实例；每章末均附有复习题和参考文献，书末还附有几个有参

考价值的附录。

本书适于具有大专以上文化水平的技术人员作为焊接继续工程教育之

用，还可用作焊接大专函授班的教材，也适于从事焊接工作的工程师和技

师自学。

本书由杜则裕主编，编撰人有杜则裕（绪论、一至三、十、十二、十

四至十六章）、秦伯雄（四、九、十一章）、李午申（五、六、十三章）、

陈邦固（七、八章）； 由张文钅戊教授主审。

目 录

前言

绪论

一、焊接过程的物理本质

二、焊接冶金学的研究领域

三、《工程焊接冶金学》课程的目的

任务和要求

复习题

参考文献

第一章 焊接热源及熔池

第一节 焊接热源

一、焊接热源的种类及特征

二、焊接过程的热效率

三、焊件加热区的热能分布

第二节 焊接温度场

一、焊接传热的基本方式

二、焊接温度场的特征

第三节 焊条熔化及熔池的形成

一、焊条的加热及熔化

二、熔池的形成

复习题

参考文献

第二章 焊接化学冶金

第一节 焊接化学冶金过程的特点

一、焊接时保护金属的必要性

二、焊接化学冶金反应的区域性

与连续性

三、焊接工艺条件对化学冶金反

应的影响

四、焊接化学冶金系统的不平衡性

第二节 焊接区内的气体

一、气体的来源

二、气体的产生

三、气体的分解

四、气相的成分

第三节 气体对金属的作用

一、氮对金属的作用

二、氢对金属的作用

三、氧对金属的作用

第四节 焊接熔渣

一、焊接熔渣的作用

二、焊接熔渣的成分和分类

三、焊接熔渣的结构理论

四、焊接熔渣的性能

第五节 焊接熔渣对金属的作用

一、熔渣对金属的氧化

二、焊缝金属的脱氧

三、焊缝金属的脱硫、脱磷

第六节 焊缝金属的合金化

一、合金化的目的

二、合金化的方式

三、合金化过程分析

四、合金过渡系数及其影响因素

复习题

参考文献

第三章 焊条 焊剂及焊丝

第一节 焊条

一、焊条的组成

二、焊条的分类

三、焊条的型号和牌号

四、焊条的工艺性能

五、典型焊条的冶金性能分析

六、焊条的设计

七、焊条的制造

八、焊条的选用

第二节 焊剂

一、焊剂的分类

二、焊剂的型号和牌号

三 焊剂质量要求

四、焊剂的性能及用途

第三节 焊丝

一、焊丝的分类

二、焊丝的型号

三、焊丝的牌号

四、实芯焊丝

五、药芯焊丝

复习题

参考文献

第四章 熔池凝固与焊缝金属组织

第一节 熔池凝固

一、熔池凝固的特殊性

二、熔池凝固的一般规律

三、熔池结晶的线速度

四、熔池结晶的形态

五、焊缝金属的化学不均匀性

第二节 焊缝金属组织

一、焊缝金属的一次结晶组织

二、焊缝金属的二次结晶组织

复习题

参考文献

第五章 焊缝中的气孔与夹杂

第一节 焊缝中的气孔

一、气孔的类型与分布

二、气孔形成的机理

三、影响气孔形成的因素及防止措施

第二节 焊缝中的夹杂

一、夹杂物的种类及危害

二、防止焊缝中夹杂物的措施

复习题

参考文献

第六章 焊接热影响区

第一节 焊接热循环

一、焊接热循环的主要参数

二、焊接热循环主要参数的测试

与计算

三、多层焊热循环

第二节 焊接条件下金属组织的转变

一 加热过程中的组织转变

二、冷却过程中的组织转变

三、焊接条件下的CCT图及其应用

第三节 焊接热影响区的组织性能

一、焊接热影响区的组织分布

二、焊接热影响区的性能

三、焊接热模拟试验方法

复习题

参考文献

第七章 焊接裂纹

第一节 裂纹的危害及分类

一、焊接裂纹的危害性

二、焊接裂纹的分类

第二节 焊接热裂纹

一、结晶裂纹的主要特征

二、结晶裂纹的形成机理

三、影响结晶裂纹的因素及防止措施

第三节 焊接冷裂纹

一、冷裂纹的危害、特征与分类

二、冷裂纹的形成机理

三、防止冷裂纹的措施

第四节 再热裂纹

一、再热裂纹的主要特征

二、再热裂纹的形成机理

三、影响再热裂纹的因素及防止措施

第五节 层状撕裂

一、层状撕裂的特征、分类及危害性

二、层状撕裂的形成机理

三、影响层状撕裂的因素及防止措施

第六节 应力腐蚀裂纹

一、应力腐蚀裂纹的危害性

二、应力腐蚀裂纹的特征及其

产生条件

三、应力腐蚀的形成机理

四、防止应力腐蚀裂纹的措施

第七节 焊接裂纹诊断的一般方法

一、裂纹产生条件的初步调查

二、裂纹的宏观分析

三、裂纹的微观分析

第八节 焊接裂纹的工程实例

一、含铌19Mn5钢电渣焊焊缝中的

热裂纹的防治

二、22g钢高压容器环缝底层焊道

中热裂纹的防治

三、某Ce－Ni－Mo－W系合金焊缝

和HAZ热裂纹的防治

?四、MnMoNb钢厚壁容器内环缝手工

打底焊的纵向冷裂纹的防治

五、14MnMoV钢厚壁容器环缝横

向冷裂纹的防治

六、1000m↑3液烃球罐的裂纹及补

焊工艺

七、125000kW发电机组锅炉汽包

再热裂纹的防治

八、某化工厂转化炉异种钢管焊接

接头的泄漏

九、500t门吊厚板卷筒角焊缝层状

撕裂的修补

十、压力容器大口径厚壁接管焊接接头

的层状撕裂的修补

十一、不锈钢管道焊缝的应力腐蚀

十二、炼油厂反应产物换热器

的破坏

复习题

参考文献

第八章 金属焊接性及其试验方法

第一节 金属焊接性的基本概念

一、金属焊接性的定义

二、影响金属焊接性的因素

三、金属焊接性的研究方法

第二节 常用焊接裂纹试验方法

一、斜y形坡口焊接裂纹试验方法

二、搭接接头（CTS）焊接裂纹

试验方法

三、T形接头焊接裂纹试验方法

四、压板对接（FISCO）焊接裂纹

试验方法

五、焊接用插销冷裂纹试验方法

第三节 焊接裂纹试验方法的应用

一、焊接裂纹试验方法的选用原则

二、焊接裂纹试验方法的工程应用

实例

复习题

参考文献

第九章 合金结构钢的焊接

第一节 合金结构钢的分类及其焊

接工艺分析

一、强度用钢及其性能

二、特殊用钢及其性能

三、焊接工艺分析

第二节 热轧及正火钢的焊接

一、热轧及正火钢的成分与性能

二、典型热轧及正火钢的焊接工艺分

析与工程实例

第三节 低碳调质钢的焊接

一、低碳调质钢的成分与性能

二、典型低碳调质钢的焊接工艺分析

三、低碳调质钢的焊接工程实例

第四节 中碳调质钢的焊接

一、中碳调质钢的成分与性能

二、典型中碳调质钢的焊接工艺分析

三、中碳调质钢的焊接工程实例

第五节 珠光体耐热钢的焊接

一、珠光体耐热钢的成分与性能

二、典型珠光体耐热钢的焊接工艺

分析

三、珠光体耐热钢的焊接工程实例

复习题

参考文献

第十章 不锈钢及耐热钢的焊接

第一节 不锈钢及耐热钢的类型及

性能

一、不锈钢及耐热钢的类型

二、不锈钢及耐热钢的性能

第二节 奥氏体钢的焊接

一、奥氏体钢的焊接性分析

二、奥氏体钢的焊接工艺特点

三 奥氏体钢焊接工艺方法的选用

第三节 马氏体钢及铁素体钢的焊接

一、马氏体钢的焊接

二、铁素体钢的焊接特点

第四节 不锈钢及耐热钢的焊接工程

实例

一、球形封头电极罩的氩弧焊

二、不锈钢管内局部充氩保护焊

三、蒸煮锅的焊接

四、3Cr13压力阀套的焊接

五、煤仓漏斗4Cr13衬板的焊接

复习题

参考文献

第十一章 异种钢的焊接

第一节 异种钢焊接的特殊问题

一、焊缝的稀释及其成分控制

二、熔合区的化学不均匀性

三、异种钢接头中的残余应力

第二节 异种钢接头的熔焊工艺

一、焊接方法的选择

二、焊接材料的选用

三、施焊工艺

第三节 异种钢焊接接头的性能

第四节 复合钢板的焊接

一、接头设计

二、焊接工艺

第五节 异种钢的焊接工程实例

一、异种钢管的焊接

二、复合钢板真空制盐蒸发室的焊接

复习题

参考文献

第十二章 铸铁的焊接

第一节 铸铁的分类及性能

一、铸铁的分类

二、铸铁的性能

第二节 铸铁的焊接性

一、灰铸铁的焊接性分析

二、球墨铸铁的焊接性

第三节 铸铁的焊接工艺

一、灰铸铁的焊接工艺

二、球墨铸铁的焊接工艺

第四节 铸铁补焊的工程实例

一、球磨机端盖裂纹的补焊

二、大型剪板机机座及侧板断裂的

补焊

三、球墨铸铁缸盖的补焊

复习题

参考文献

第十三章 铝及铝合金的焊接

第一节 铝及铝合金的分类及性能

一、工业纯铝及其性能

二、铝合金及其性能

第二节 铝及铝合金的焊接性

一、焊缝中的气孔

二、焊接热裂纹

三、焊接接头的软化

四、焊接接头的耐蚀性

第三节 铝制容器的焊接工程实例

复习题

参考文献

第十四章 铜及铜合金的焊接

第一节 铜及铜合金的分类及性能

一、紫铜及其性能

二、黄铜及其性能

三、青铜及其性能

四、白铜及其性能

第二节 铜及铜合金的焊接性

一、导热性

二、热裂纹

三、气孔

四、焊接接头性能的变化

第三节 铜及铜合金的焊接工艺

一、焊接方法

二、焊接材料

三、焊接工艺要点

第四节 铜及铜合金的焊接工程实例

一、紫铜蒸馏锅的焊接

二、脱氧铜精馏塔的焊接

三、高炉螺旋风口的熔化极氩弧焊

复习题

参考文献

第十五章 钛及钛合金的焊接

第一节 钦及钛合金的分类及性能

一、纯钛及其性能

二、钛合金及其性能

第二节 钛及钛合金的焊接性

一、焊接接头的脆化

二、焊接接头的裂纹

三、焊缝的气孔

第三节 钛及钛合金的焊接工艺

一、氩弧焊焊接钛及钛合金

二、等离子弧焊焊接钛及钛合金

第四节 钛及钛合金的焊接工程实例

一、35m↑3钛加热器的焊接

二、钛管的焊接

三、真空制盐蒸发罐导流器部件

的焊接

复习题

参考文献

第十六章 堆焊

第一节 堆焊的用途、类型及特点

一、堆焊的用途

二、堆焊的类型

三、堆焊的特点

第二节 堆焊合金

一、堆焊合金的类型

二、堆焊合金的选用原则

第三节 堆焊工艺

一、堆焊工艺方法

二、堆焊工艺方法的选择

第四节 堆焊工程实例

一、罗茨风机耐蚀涂层的等离子弧

喷涂工艺

二、烘缸的自动CO↓2气体保护堆焊

复习题

参考文献

附录A 焊条药皮原材料的技术条件

附录B 低碳钢及低合金钢的焊接CCT图

附录C 焊接性试验国家标准目录

绪 论

在现代工业生产中，焊接已经成为金属加工的重要手段之一。作为金属连接重要手段的

焊接技术，已经广泛应用于石油、化工、电力、机械、冶金、建筑、航空、航天、造船、桥

梁、金属结构、海洋工程、核电工程、电子技术等工业部门。随着科学技术的不断发展，焊

接已经成为一门独立的学科体系。

一、焊接过程的物理本质

什么是焊接？焊接的定义是：“通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，

使工件达到原子结合的一种加工方法”（GB3375—82）↑〔1〕。

焊接与其他连接方式不同，即不仅在宏观上形成了永久性的连接，而且在微观上也建立

了金属组织之间的内在联系。

由金属学的理论可知，金属是依靠金属键结合的。两个原子之间的结合力决定于它们之

间引力与斥力共同作用的结果。对于大多数金属来说，当原子间的距离为r↓A≈0.3～0.5nm

时，结合力最大。当原子间的距离大于或小于r↓A时，原子之间的结合力就明显减小〔2〕。

实现焊接过程，从理论上分析就是使两个被连接的金属表面接近到相距为r↓A时，就可

以在接触表面上进行原子扩散、再结晶等物理化学过程，并且形成金属键的连接，达到焊接

的目的。然而，使两个金属表面接近到相距为r↓A并非是轻而易举的。即使经过精加工的金

属表面实际上也有微观的凸凹不平，并且金属表面还常常有氧化膜、油污、水等杂质的吸附

层。这些都在阻碍着金属表面的紧密接触。为了克服这些阻碍金属表面紧密接触的因素，在

焊接工艺上需要采取两种措施：

（1）对母材施加压力 其目的是破坏母材接触表面上的氧化膜，使连接处产生局部塑性

变形，增加有效接触面积，实现母材之间的紧密接触。

（2）对母材加热 其目的是使连接处达到塑性或熔化状态，使母材接触面的氧化膜迅速

破坏，降低金属变形的阻力。加热也增加了金属原子的振动能量，从而促进扩散、再结晶等

物理化学过程的发展。

每种金属实现焊接所必须的温度与压力之间存在着一定的关系，焊接纯铁时所必需的温

度和压力的关系见图0－1。从该图可知，金属加热的温度越低，实现焊接所需的压力就越

大。当金属的加热温度T＜T↓1时，压力必须在AB线以上才能实现焊接，这就是图中1区

的情况。当金属的加热温度为T↓1＜T＜T↓2时，压力应该在BC线以上，即图中2区的电阻

焊情况。当金属的加热温度T≥T↓M时（T↓M是金属的熔化温度），实现焊接所需的压力为

零。这就是图上的3区，说明实现熔焊时是不需要任何压力的。

总之，尽管焊接工艺方法有很多种，但是在实质上都是使母材和焊缝金属形成共同的晶

粒，如图0－2a所示。钎焊时虽然也能形成不可拆卸的接头，但是在一般情况下由于母材不

熔化，只是填充的钎料熔化，所以在连接处不易形成共同的晶粒，而只是在钎料与母材之间

形成粘合，如图0－2b所示。所以，焊接与钎焊在微观上是有原则区别的。但是，近年来研

制的共同钎料，也能使钎焊形成共同晶粒。这是钎焊范畴中的特例。

二、焊接冶金学的研究领域

随着科学技术的不断进步，生产中的各种装备日益向高温、高压、高容量、大型化的方

向发展，所以生产实践中不断提出具有特殊性能材料焊接的新课题。例如高强度钢、超高强

度钢、不锈钢、耐蚀钢、铝合金、钦合金、耐热合金、各种活性金属、难熔金属、异种金属、

金属与非金属的焊接以及今后的功能材料、记忆合金的焊接等等。科学技术与生产实际对

焊接不断地提出更高的要求，就促使人们去研究焊接冶金的有关问题，并且不断地解决，

以使整个焊接学科不断地向前发展〔3〕。

焊接冶金学的研究领域十分广泛。它包括焊接所经历的各个过程。对于金属材料的熔焊，

焊件一般要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变、形成合乎质量要求的焊接接

头等过程。上述这些过程之间的相互联系和所处的温度、时间条件等如图0－3所示。