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1、焊接冶金与焊接性绪论1， 焊接的本质和途径： 焊接：通过加热，加压或两者共同作用，使所焊材料达到原子间结合，实现永久性连接 的工艺。焊接途径：1 加热 2 加压焊接本质：原子间结合 焊接的结果：永久性连接2，焊接接头的组成： 是指被焊材料经焊接后，发生组织和性能变化的区域， 焊缝；融合 区；热影响区。1) 焊缝：是由被焊材料和添加材料经融化凝固后形成。2) 热影响区：是指受焊接热循环的作用，使母材发生微观组织和性能变化的区域。3) 融合区：是部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域。3 焊接热循环： 1 )概念：在焊接过程中，某点工件上的温度随时间由低到高达到极值后， 又由高到低的变化过程
2、。2) 主要参数：加热速度Vh，描述工件温度上升快慢。峰值温度Tm,是热循环曲线上对应的最高温度。 高温停留时间Th，在某一较高温度以上的停留时间。冷却速度或冷却时间 Vc， T8、53) 热循环的特点： 1，加热速度非常快；2，峰值温度高；3，高温停留时 间短；4，冷却速度快；5，加热具有局部性和移动性。第一章 焊接化学冶金1，焊接化学冶金的反应区1) 药皮反应区：指开始化学反应的温度到药皮溶解(1001200)，主要反应有水分 的蒸发，某些物质的分解及铁合金氧化。2) 溶滴反应区：溶滴形成，长大，过度到熔池的过程。主要反应有气体的溶解和分解， 金属的蒸发，金属和合金的氧化还原，以及焊缝金属
3、的合金化。溶滴反应区特点： 1，反应温度高；2，反应时间短；3，相接触面积大； 4，溶滴金属与熔渣发生强烈的混合。3) 熔池反应区：特点： 1，反应温度略低；2，反应时间增长；3，反应具有不同步性； 4，熔池反应具有搅动作用。2焊接熔渣及其性质1) 熔渣的作用： 1，机械保护作用；2，冶金处理作用；3，改善焊接工艺性能。2) 熔渣的种类和成分： 1 盐型熔渣：由金属的卤化物和不含氧的化合物组成。2 盐氧化物型熔渣：由金属的氟化物和氧化物组成。3 氧化物型熔渣：由各种金属氧化物组成3 焊接熔渣对金属的氧化1) 置换氧化：是指被焊金属与其他金属或非金属氧化物发生的置换反应 而导致的氧化。2) 扩散
4、氧化：是指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属而使焊缝增氧。 (满足分配 定律)4焊缝金属的脱氧1) 先期脱氧：指焊条药皮中的脱氧剂与分解出的氧化性气体发生的反应.2) 沉淀脱氧(影响最大，最主要)：是利用溶解在液态金属中的脱氧剂，将被焊金属 及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中去。1 锰脱氧：在酸性渣中，酸性氧化物 sio2 ， tio2 较多，易与碱性氧化物复合，形成复合氧化物。故在酸性渣中，利用锰脱氧效果好。2 硅脱氧：在碱性渣中，硅脱氧效果好。单独用硅脱氧：sio2的熔点高，粘度大，难以聚合为大尺度质点，故不 利上浮。3 硅锰联合脱氧：3）扩散脱氧：服从分配定律。5 氮对
5、焊接质量的影响： 1，促进焊缝气孔的形成：与氮在固液相溶解度差非常大有关。2，改变焊缝的力学性能：提高强度，降低塑性韧性。3，引起焊缝的时效脆化：与焊缝中饱和的氮处于不稳定状态有关。 氮的控制： 1）加强焊接区的保护，防止空气的侵入。2）采用合理的焊接工艺：短弧焊，增大焊接电流，直反接。3）冶金脱氧。6 氢对焊接质量的影响： 1，暂态：白点，氢脆2，永久现象：气孔，裂纹7氧对焊接质量的影响：1,降低焊缝的力学性能；2,形成co气孔；3焊接飞溅大。 第二章 焊接接头的组织和性能1联生结晶和竞争生长1 联生结晶：熔池边界开始，以未融化的母材晶粒为形核核心，向焊缝中心生长，形成于母材晶粒相同取向的柱
6、状晶，成为联生结晶。2 竞争生长（择优生长）:当晶体晶粒取向与最大温度梯度一致时。2 焊缝的相变组织（低合金钢）： 1）铁素体组织： 1 先共析铁素体； 2 侧板条铁素体； 3针 状铁素体； 4 细晶铁素体2）珠光体p3）贝氏体： 1 上贝氏体； 2 下贝氏体； 3粒状贝氏体和条状贝氏体4）马氏体： 1 条状马氏体； 2 片状马氏体 3焊缝组织和性能的控制1， 锰和硅的作用（脱氧元素，强化元素） 对于锰硅系的焊缝，当锰硅含量较低时形成的是先共析铁素体，强度低韧性差。当锰硅含量较高时形成的是侧板条铁素体，韧性差。 当锰硅含量适中时形成的是针状铁素体，良好的强韧性。2， 钛和硼的作用（细晶元素）细
7、化机理：1，Ti与O, N形成TiO, TiN质点，可作为AF非均质形核的核心， 促进AF的形成。2,这种颗粒（高熔点质点）在结晶过程中，钉扎晶粒边界阻 止奥氏体晶体的长大。3，Ti保护B不被氧化和N化，使N偏聚于晶界，降低 晶界能阻碍GBF和FSP的形成。4 焊接热影响区的组织分布（不易淬火钢热影响区的组织分布和性能）1， 过热区 邻近融合区，由于加热温度高，金属严重过热，一些难溶的碳化物和 氮化物溶入奥氏体中，使奥氏体晶粒发生严重长大冷却后主要得到粗大的铁素 体和珠光体，甚至在热输入大或高温停留时间长时出现魏氏组织。2， 完全重结晶区 铁素体全部转化为奥氏体，发生重结晶，冷却后得到细小的
8、铁素体和珠光体，相当于正火处理，故也称为正火区。3， 不完全重结晶区 在此区域内只有珠光体到奥氏体，铁素体不发生相变，发生 长大，冷却后得到细小的铁素体和珠光体加粗大的铁素体，故此区域组织部均 匀，晶粒大小不一，性能不均匀。4， 在结晶区 发生再结晶，由冷作变形后拉长的晶粒回复为等轴晶粒，使强度降 低，塑性韧性改善。5 焊接热影响区的脆化问题1，粗晶脆化：由于晶粒长大而发生韧性下降的现象。 影响因素：1 热输入和 能量密度；2母材的化学成分（C, N能减小粗化现象）2，组织脆化：形成淬硬组织而使性能下降。 影响因素：1冷却速度； 2热输入3, 时效脆化：1 热应变时效脆化：由于承受热应变而引起
9、碳,氮原子向位错移动, 经一定时间的聚集,在位错周围形成对位错产生钉扎作用的“柯氏”气团,从 而造成该区域的脆化,既所谓的热应变时效脆化。2 相析出时效脆化：由于快速冷却造成了碳和氮的过饱和而处于不 稳定状态,经一定时间的时效后,在晶界析出对位错运动产生阻碍作用的碳化 物和氮化物沉淀相,从而造成热影响区的脆化,既所谓的相析出时效脆化。 第三章 焊接缺陷及其控制1偏析的种类：1 显微偏析：在晶粒尺度上发生的成分不均匀现象。2 区域偏析：是指在焊缝内存在的成分不均匀现象。3 层状偏析：是由于结晶过程周期性变化所导致的成分呈层状分布的不均匀现象。2 夹杂的形成及控制 1 夹渣2 反应生成的夹杂物1）
10、氧化物：是由于熔池脱氧反应不充分形成的,当以连续的片状分布于晶界时,引起热裂纹。2）氮化 物：从过饱和的固溶体中析出,一针状分布于晶粒或贯穿晶界, 使焊缝韧性下降。3）硫化物：FeS,引起热裂纹；MnS，常用 Mn 脱硫。夹杂的控制 1,合理选用焊接材料,充分脱氧,脱硫。2, 选用合适的焊接参数,以利于熔渣充分浮出。3, 多层焊时,注意清除前一层焊缝焊渣。4, 焊条要适当摆动,以利于熔渣浮出。5, 注意保护熔池,防止空气侵入。3 气孔的形成机制 1）气泡的生核； 2）气泡的长大； 3）气泡的上浮4 气孔的防止措施 1）消除气体来源。 1 加强焊接区的保护； 2 对焊材防潮和烘干； 3 清除油污
11、,铁锈,氧化膜。2）正确选用焊接材料。 1 适当调节氧化性； 2 焊接有色金属是适当加氧化性气体； 3CO2 焊,焊丝加入足够的脱氧剂。3）控制焊接工艺条件。1保持电流稳定性；2直流反接，短弧焊；3铝合金TiG焊， 尽量采用小的焊接热输入，MiG焊时，采用大的热输入。5 焊接热裂纹 1）特征：产生于固液温度区间，多数出现于焊缝，少量出现在热影响区中，断口贯穿表面，且有氧化色彩。2）热裂纹种类： 1 结晶裂纹； 2 高温液化裂纹； 3 多边化裂纹1 结晶裂纹：在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于固态金属收缩，残余液态 金属不足，不能填充收缩留下的空间，在拉应力的作用下，发生的沿晶开裂。2 高温液
12、化裂纹：在融合线的 HA 区或多层焊的层间部分，若被焊金属含有较多的 低碳共晶，在热循环峰值温度作用，低熔共晶重新融化，在拉应力的作用下，沿 晶发生开裂。3 多边化裂纹：当焊缝融合区温度处于固相线略低的高温区间时，刚结晶的金属 存在很多晶格缺陷，在一定温度和应力作用一下，这些晶格缺陷发生转移和聚集， 形成类似于晶界的二次边界，由于边界上堆积着大量的晶格缺陷，其组织脆弱， 塑性很差，只要有轻微的拉伸应力，就会沿多变化的边界开裂，形成多边化裂纹。6 焊接冷裂纹 1 ）特征：温度在 MS 附近，多数在热影响区，少数在焊缝，裂纹沿晶，穿 晶或混合断裂，具有平齐的光亮断口。3）分类：1 延迟裂纹；2淬硬
13、脆化裂纹；3低塑性脆化裂纹1 延迟裂纹：不是焊后立即出现，具有一定的孕育期。2 淬硬脆化裂纹：与淬硬组织有关，一些淬硬倾向大的钢种，焊接冷却时，由于 形成硬淬的马氏体组织在外力作用下开裂。3 低塑性脆化裂纹：与材料本身性质有关。 7结晶裂纹的形成与控制1,形成机理：再结晶过程中，经历液，液固，固液，固四个阶段。在固液阶段， 由于已结晶的固体占主要部分，使尚未结晶的液体金属被排挤到晶粒之 间，并以共晶体的形式呈薄膜状分布，此时若受到拉伸应力作用，由于 共晶相本身抗变形能力差，在晶粒尚未发生塑性变形时，就沿晶界开裂， 形成结晶裂纹。2 防止结晶裂纹的措施1）冶金因素：1 严格控制母材和焊材当中的杂
14、质材料。2 改善焊缝金属的结晶组织。形成较小的等轴晶，3 限制融合比 限制母材中的杂质进入焊缝4 利用愈合作用，防止结晶裂纹。3）应力控制：1 选择合理的接头形式。2 确定合理的焊接顺序。3 确定合理的焊接参数。（预热，小电流焊） 8延迟裂纹的形成与控制1 形成机理：1 ） H 的行为与作用 H 的延迟开裂机理 H 对开裂部位的影响2）材料淬硬的影响 淬硬倾向越大，延迟裂纹倾向越大3）接头应力分布状态2 延迟裂纹的防止措施1）冶金因素：1 改进母材的化学成分2 从焊接材料来看，严格控制 H 的来源3 提高焊缝韧性4 采用低 H 的焊接材料和焊接方法2）工艺措施：1 适当的预热2 严格控制焊接热
15、输入3 焊后进行低温热处理（脱氢处理）4 采用多层多道焊5 合理的安排焊接顺序第四章 焊接材料的组成及作用1焊条的组成及作用1）焊芯的作用：1 传到电流，维持电弧燃烧；2 本身熔化，形成焊缝的填充金属。2）药皮的作用：1 机械保护作用;2 冶金处理作用；3工艺性能改善作用。2药芯焊丝的工艺特性1）焊接飞溅小2）焊缝成形美观3）熔敷效率高、4）可进行全位置焊接第五章 焊接性及其实验方法1 焊接性的概念 焊接性是金属材料是否能适应焊接加工而形成完整的、具有一定使用性能 的焊接接头的特性。 可分为1 工艺焊接性，2 使用焊接性2 焊接性实验内容1）评价焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力。2）评价焊缝和热影响区金属抵抗冷裂纹的能力。3）评价焊接接头抵抗脆性转变的能力。4）评价焊接接头的使用能力。3 碳当量概念 在各种元素中，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将各种元素的作用按 照相当于若干含碳量的作用折合并叠加起来，求的所谓的“碳当量” Ceq； Ceq越小，焊接 性越好。第六章 低合金高强钢的焊接 1热轧钢和正火钢的焊接性分析1）热裂纹敏感性 由于含碳量低，焊锰量高，锰硫比大，能够有效地防止热裂纹的产生，热裂纹
