1、焊接冶金與焊接性緒論1， 焊接的本質和途徑 ： 焊接：通過加熱，加壓或兩者共同作用，使所焊材料達到原子間結合，實現永久性連接 的工藝。焊接途徑： 1 加熱 2 加壓焊接本質：原子間結合 焊接的結果：永久性連接2， 焊接接頭的組成 ： 是指被焊材料經焊接后，發生組織和性能變化的區域， 焊縫；融合 區；熱影響區。1) 焊縫：是由被焊材料和添加材料經融化凝固后形成。2) 熱影響區：是指受焊接熱循環的作用，使母材發生微觀組織和性能變化的區域。3) 融合區：是部分熔化的母材和部分未熔化的母材所組成的區域。3 焊接熱循環 ： 1)概念：在焊接過程中，某點工件上的溫度隨時間由低到高達到極值后， 又由高到低的

2、變化過程。2) 主要參數：加熱速度 Vh，描述工件溫度上升快慢。峰值溫度Tm,是熱循環曲線上對應的最高溫度。 高溫停留時間Th，在某一較高溫度以上的停留時間。 冷卻速度或冷卻時間 Vc, T8、 53) 熱循環的特點： 1,加熱速度非常快； 2,峰值溫度高； 3,高溫停留時 間短； 4,冷卻速度快； 5,加熱具有局部性和移動性。第一章 焊接化學冶金1, 焊接化學冶金的反應區1) 藥皮反應區：指開始化學反應的溫度到藥皮溶解(100 1200),主要反應有水分 的蒸發,某些物質的分解及鐵合金氧化。2) 溶滴反應區： 溶滴形成, 長大, 過度到熔池的過程。 主要反應有氣體的溶解和分解, 金屬的蒸發,

3、金屬和合金的氧化還原,以及焊縫金屬的合金化。溶滴反應區特點： 1,反應溫度高； 2,反應時間短； 3,相接觸面積大；4,溶滴金屬與熔渣發生強烈的混合。3) 熔池反應區：特點： 1,反應溫度略低； 2,反應時間增長； 3,反應具有不同步性； 4,熔池反應具有攪動作用。2 焊接熔渣及其性質1) 熔渣的作用： 1,機械保護作用； 2,冶金處理作用； 3,改善焊接工藝性能。2) 熔渣的種類和成分： 1 鹽型熔渣：由金屬的鹵化物和不含氧的化合物組成。2 鹽氧化物型熔渣：由金屬的氟化物和氧化物組成。3 氧化物型熔渣：由各種金屬氧化物組成3 焊接熔渣對金屬的氧化1) 置換氧化：是指被焊金屬與其他金屬或非金屬

4、氧化物發生的置換反應 而導致的氧化。2) 擴散氧化：是指熔渣中的氧化物通過擴散進入被焊金屬而使焊縫增氧。 (滿足分配 定律)4 焊縫金屬的脫氧1) 先期脫氧：指焊條藥皮中的脫氧劑與分解出的氧化性氣體發生的反應.2) 沉淀脫氧(影響最大,最主要) ：是利用溶解在液態金屬中的脫氧劑,將被焊金屬 及其合金從其氧化物中還原出來,并使脫氧產物浮到熔渣中去。1 錳脫氧：在酸性渣中，酸性氧化物sio2， tio2 較多，易與堿性氧化物復合，形成復合氧化物。故在酸性渣中，利用錳脫氧效果好。2 硅脫氧：在堿性渣中，硅脫氧效果好。單獨用硅脫氧： sio2 的熔點高，粘度大，難以聚合為大尺度質點，故不利上浮。3 硅

5、錳聯合脫氧：3）擴散脫氧：服從分配定律。5 氮對焊接質量的影響 ： 1，促進焊縫氣孔的形成：與氮在固液相溶解度差非常大有關。2，改變焊縫的力學性能：提高強度，降低塑性韌性。 3，引起焊縫的時效脆化： 與焊縫中飽和的氮處于不穩定狀態有關。氮的控制： 1）加強焊接區的保護，防止空氣的侵入。2）采用合理的焊接工藝：短弧焊，增大焊接電流，直反接。3）冶金脫氧。6 氫對焊接質量的影響 ： 1，暫態：白點，氫脆2，永久現象：氣孔，裂紋7氧對焊接質量的影響 ：1，降低焊縫的力學性能； 2,形成 co 氣孔； 3，焊接飛濺大。第二章 焊接接頭的組織和性能1 聯生結晶和競爭生長1 聯生結晶：熔池邊界開始，以未融

6、化的母材晶粒為形核核心，向焊縫中 心生長，形成于母材晶粒相同取向的柱狀晶， 成為聯生結晶。2 競爭生長（擇優生長） : 當晶體晶粒取向與最大溫度梯度一致時。2 焊縫的相變組織（低合金鋼 ）： 1）鐵素體組織： 1 先共析鐵素體； 2 側板條鐵素體； 3 針 狀鐵素體； 4 細晶鐵素體2）珠光體 p3）貝氏體： 1 上貝氏體； 2 下貝氏體； 3 粒狀貝氏體和條狀貝 氏體4）馬氏體： 1 條狀馬氏體； 2 片狀馬氏體3 焊縫組織和性能的控制1， 錳和硅的作用（脫氧元素，強化元素）對于錳硅系的焊縫， 當錳硅含量較低時形成的是先共析鐵素體， 強度低韌性差。 當錳硅含量較高時形成的是側板條鐵素體，韌性

7、差。 當錳硅含量適中時形成的是針狀鐵素體，良好的強韌性。2， 鈦和硼的作用（細晶元素）細化機理：1, Ti與O, N形成TiO, TiN質點，可作為 AF非均質形核的核心， 促進AF的形成。2，這種顆粒（高熔點質點）在結晶過程中，釘扎晶粒邊界阻 止奧氏體晶體的長大。3，Ti保護B不被氧化和N化，使N偏聚于晶界，降低 晶界能阻礙GBF和FSP的形成。4 焊接熱影響區的組織分布（不易淬火鋼熱影響區的組織分布和性能）1， 過熱區 鄰近融合區，由于加熱溫度高，金屬嚴重過熱，一些難溶的碳化物和 氮化物溶入奧氏體中， 使奧氏體晶粒發生嚴重長大冷卻后主要得到粗大的鐵素 體和珠光體，甚至在熱輸入大或高溫停留時

8、間長時出現魏氏組織。2， 完全重結晶區 鐵素體全部轉化為奧氏體，發生重結晶，冷卻后得到細小的 鐵素體和珠光體，相當于正火處理，故也稱為正火區。3， 不完全重結晶區 在此區域內只有珠光體到奧氏體，鐵素體不發生相變，發生長大，冷卻后得到細小的鐵素體和珠光體加粗大的鐵素體，故此區域組織部均 勻，晶粒大小不一，性能不均勻。4， 在結晶區 發生再結晶，由冷作變形后拉長的晶粒回復為等軸晶粒，使強度降 低，塑性韌性改善。5 焊接熱影響區的脆化問題1，粗晶脆化：由于晶粒長大而發生韌性下降的現象。影響因素： 1 熱輸入和能量密度； 2 母材的化學成分（ C，N 能減小粗化現象） 2，組織脆化：形成淬硬組織而使性

9、能下降。影響因素： 1冷卻速度； 2 熱輸入3， 時效脆化： 1 熱應變時效脆化： 由于承受熱應變而引起碳， 氮原子向位錯移動， 經一定時間的聚集，在位錯周圍形成對位錯產生釘扎作用的“柯氏”氣團，從 而造成該區域的脆化，既所謂的熱應變時效脆化。2 相析出時效脆化：由于快速冷卻造成了碳和氮的過飽和而處于不 穩定狀態，經一定時間的時效后，在晶界析出對位錯運動產生阻礙作用的碳化 物和氮化物沉淀相，從而造成熱影響區的脆化，既所謂的相析出時效脆化。第三章 焊接缺陷及其控制1 偏析的種類 ： 1 顯微偏析：在晶粒尺度上發生的成分不均勻現象。2 區域偏析：是指在焊縫內存在的成分不均勻現象。3 層狀偏析： 是

10、由于結晶過程周期性變化所導致的成分呈層狀分布的不均勻 現象。2 夾雜的形成及控制 1 夾渣2 反應生成的夾雜物1）氧化物：是由于熔池脫氧反應不充分形成的，當以連續的片狀分布于晶界時， 引起熱裂紋。 2）氮化 物：從過飽和的固溶體中析出， 一針狀分布于晶粒或貫穿晶界， 使焊縫韌性下降。3）硫化物：FeS,引起熱裂紋；MnS,常用 Mn 脫硫。夾雜的控制 1,合理選用焊接材料,充分脫氧,脫硫。2, 選用合適的焊接參數,以利于熔渣充分浮出。3, 多層焊時,注意清除前一層焊縫焊渣。4, 焊條要適當擺動,以利于熔渣浮出。5, 注意保護熔池,防止空氣侵入。3 氣孔的形成機制1）氣泡的生核； 2）氣泡的長大； 3）氣泡的上浮4 氣孔的防止措施1）消除氣體來源。 1 加強焊接區的保護； 2 對焊材防潮和烘干； 3 清除油污,鐵銹,氧化膜。2）正確選用焊接材料。 1 適當調節氧化性； 2 焊接有色金屬是適當加氧化性氣體； 3CO2 焊,焊絲加入足夠的脫氧劑。3）控制焊接工藝條件。 1 保持電流穩定性； 2 直流反接, 短弧焊； 3 鋁合金 TiG 焊, 盡量采用小的焊接熱輸入, MiG 焊時,采用大的熱輸入。5 焊接熱裂紋 1）特征：產生于固液溫度區間,多數出現于焊縫,少量出現在熱影響區中,斷口貫穿表面,且有氧化色彩。2）熱裂紋種類：