焊接的基本原理

焊缝可以定义为通过加热到合适的温度产生的金属的合并，无论有或不使用压力，是否使用或不使用填充材料。

在融合焊接中，热源会产生足够的热量来创建和维护所需尺寸的金属池。热量可能是通过电力或气体燃料提供的。由于形成了一些熔融金属，因此可以将电阻焊接视为融合焊接。

固相过程产生焊缝，而无需熔化基本材料，而无需添加填充金属。始终使用压力，通常提供一些热量。摩擦热是在超声波和摩擦连接中开发的，炉加热通常用于扩散键合。

焊接中使用的电弧是高电压的高压放电，通常在10–2,000安培的范围内10–50伏。弧形柱是复杂的，但从广义上讲，由发射电子的阴极，用于电流传导的气体等离子体以及由于电子轰击而变得比阴极更热的阳极区域组成。通常使用直流电流（DC）弧，但是可以使用交替的电流（AC）弧。

所有焊接过程中的总能量输入超过产生关节所需的总能量，因为并非所有产生的热量都可以有效地利用。效率从60％到90％不等，具体取决于过程；一些特殊过程与该图广泛偏离。通过通过碱金属传导和对周围环境的辐射而损失热量。

加热时，大多数金属与大气或附近金属反应。这些反应可能对焊接接头的性质非常有害。例如，大多数金属在熔融时会迅速氧化。一层氧化物可以防止金属正确粘结。涂有氧化物的熔融金属液滴被夹在焊缝中，并使关节脆性。一些针对特定特性添加的有价值的材料在暴露于空气时反应如此之快，以至于沉积的金属没有与最初相同的成分。这些问题导致了通量和惰性气氛的使用。

在融合焊接中，通量在促进金属的受控反应中具有保护作用，然后通过在熔融材料上形成毯子来防止氧化。通量可以活跃并在过程中有帮助，也可以在加入过程中仅保护表面。

惰性气氛起着类似于通量的保护作用。用气体屏蔽的金属弧和气体屏蔽的钨 - 弧焊接惰性气体（通常是氩气），从连续的溪流中从割炬周围的环上散发出来，从而使空气从弧线周围移动。气体不会与金属做到化学反应，而只是保护其免受空气中的氧气接触。

金属连接的冶金对于关节的功能能力很重要。弧形焊缝说明了关节的所有基本特征。三个区域是由焊接电弧的通过而产生的：（1）焊接金属或融合区，（2）热影响区，以及（3）未受影响的区域。焊接是在焊接过程中熔化的关节部分。热影响区域是与焊接金属相邻的区域，该区域尚未焊接，但由于焊接热而发生了微观结构或机械性能的变化。未受影响的材料是未充分加热以改变其性质的材料。

焊接金属组成及其冻结（固化）的条件显着影响关节满足服务要求的能力。在电弧焊接中，焊接金属包括填充物材料以及融化的碱金属。弧线通过后，发生焊接金属的快速冷却。一通焊缝具有铸造结构，其柱状晶粒从熔融池的边缘延伸至焊缝中心。在多通焊缝中，可以根据焊接的特定金属进行修改。

与焊缝相邻或受热区相邻的碱金属受到一系列温度周期的影响，其结构的变化与任何给定点，暴露时间和冷却速率的峰温度直接相关。碱金属的类型在这里讨论太多，但是可以分为三类：（1）不受焊接热量影响的材料，（2）通过结构变化硬化的材料，（3）通过降水过程硬化的材料。

焊接会产生材料的应力。这些力是由焊接金属收缩，膨胀然后诱导的，然后是热影响区域的收缩。未加热的金属对上述施加了约束，并且随着收缩为主，焊接金属不能自由收缩，并且在关节内积累了压力。这通常称为残余应力，对于某些关键应用，必须通过对整个制造的热处理进行去除。在所有焊接结构中不可避免地残留应力，如果不受控制，则会发生焊接的扭曲或变形。通过焊接技术，夹具和固定装置，制造程序以及最终的热处理来进行控制。