焊接的基本知識

在產品結構設計階段，首先需明確核心選型邏輯：為何優先采用焊接工藝，而非螺栓連接、鉚接等其他方式？針對復雜結構件，又為何放棄整體鑄造方案而選擇焊接組合？

焊接的核心定義是通過熱量、壓力或兩者協同作用，輔以焊接材料使兩個母材形成不可拆卸的冶金結合。相較于傳統連接工藝，其優勢顯著：與螺栓、鉚接相比，焊接接頭無搭接冗余結構，表面無突出部件，能優化產品外觀與空間利用率；相較于粘接工藝，焊接接頭的力學強度更高，連接穩定性更優。而面對復雜結構件的選型時，焊接件相較于鑄造件更具靈活性 —— 焊接件橫截面尺寸可精準控制（更緊湊），尤其在小批量生產場景中，焊接工藝無需高昂的鑄模成本，性價比與交付效率更具優勢。

同時需正視焊接工藝的固有短板：其一，焊接過程屬于局部加熱與快速冷卻的動態過程，極易導致工件內部產生殘余應力，進而引發變形，而后續消除內應力的矯正工藝（如熱處理、機械校形）會增加額外成本；其二，小批量生產中焊接質量對操作人員的技能熟練度、工藝把控能力要求較高，易出現人為誤差；其三，對于航空航天、核電等關鍵領域的焊接接頭，其內部缺陷（如未焊透、氣孔）的檢測難度較大，需配備專業檢測設備（如超聲波探傷、射線檢測），進一步提升了質量管控成本。

綜上，我們不可否認，焊接在許多場合有很大的優勢，那么，在實際應用焊接時，應該知道哪些知識了。

如果你作為設計工程師，首先要知道的是結構材料的可焊性，選擇怎樣的焊接形式，怎樣設計焊接結構，如何校核焊接強度，保證結構的可靠性。

如果對焊縫的形成過程，焊接溫度場與溫度梯度，熔池結晶的過程，以及焊縫裂紋的形成過程等等深入了解，會對判斷失效很大的幫助。

本節的內容主要是介紹焊接的基本知識。包含以下內容：

• 材料的可焊性

• 焊接分類

• 接頭、焊縫類型與焊接符號

• 焊接質量檢測

01 材料的可焊性（DIN8528-1）

材料的可焊性是根據材料的化學，冶金和物理性能等等元素決定的。根據DIN8528-1影響零件的可焊性的因素如下圖所示。

鋼的可焊性可以用碳當量來評判冷裂紋傾向。碳當量(CE，有時也稱CEQ)，是根據元素的含量計算來表明碳鋼或低合金鋼的可焊性。

典型的計算公式如下：

根據CE（ⅡW）的不同，其焊接條件分別為：

CE≤0.45%：適焊性好，當零件厚度超過30mm時要預熱；例如低碳鋼。CE=0.45%~0.6%：在一定條件適焊，需要預熱到100~200℃；

CE>0.6%:不太適合焊接，適合預熱到200~350℃；

不同金屬材料焊接性分析時應該考慮的問題如下所示。

02 焊接分類（DIN 1910或ISO 4063）

焊接方法的初步選擇可以參考如下的焊接方法。

03 接頭、焊縫類型與焊接符號（ISO 9692-1和ISO 2553）

焊接接頭的準備參考EN ISO 9692-1和焊接符號可以參考EN ISO 2553

熔焊

熔焊的核心原理是通過對零件局部區域進行受控熔化，實現工件間的冶金連接，整個過程無需施加額外載荷。

• G（31）：氣焊焊池由局部受控的氧氣火焰直接作用形成，加熱過程與焊接填充材料的添加分步進行，適用于薄板焊接及管道對接場景。

• E（111）：手工電弧焊電弧在手工握持的電極與工件之間引燃，電弧區域及焊池通過電極產生的熔渣或氣體實現保護，屬于通用性極強的焊接工藝。

• MIG（131）：熔化極惰性氣體保護焊電弧在熔化電極與工件之間可見燃燒，采用氬氣、氦氣等惰性氣體作為保護介質，優先應用于奧氏體不銹鋼及有色金屬的焊接。

• MAG（135）：熔化極活性氣體保護焊電弧在熔化電極與工件之間可見燃燒，保護氣體選用活性氣體，多用于非合金鋼與低合金鋼的焊接作業。

• WIG（141）：鎢極惰性氣體保護焊電弧在鎢電極與工件之間可見燃燒，以氬氣為保護氣體，適用材質范圍廣（幾乎涵蓋所有金屬材料），厚鋼板焊接時可實現透焊效果。

壓焊是通過施加壓力使工件間形成連接的焊接工藝，壓力是實現結合的核心條件。

• RP（21）：電阻焊電焊電極向工件輸入電流與壓力，工件貼合面在電流產生的熱量作用下升溫，同時在壓力加持下完成焊接結合。

下面介紹幾種常見的接頭。

對接，對接有很多種方式，一般根據板厚和受力情況可以選擇合適的接頭，例如下圖所示。

根據應力分布，有如下推薦等等。

角焊接

焊接符號(ISO 2553)：

04 焊接質量檢測（EN 25817）

對于焊接結構的施工等級，是根據EN1090-2規定了結構的質量等級為EXC1,EXC2,EXC3,EXC4也分別對應了ISO 5817中的質量等級D C B B+，其施工的嚴格性從EXC1到EXC4逐級增加。若無特殊規定，可選EXC2。

根據EN 25817規定，對焊縫和角焊縫的焊接缺陷檢測分為3級，及低級（D）、中級（C）和高級（B）。所規定的板厚范圍為3~63mm。根據要求高低，可選擇適宜的檢測手段。

ISO 5817 焊縫外觀檢測規定

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6.合集

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