1、國家職業資格培訓教材國家職業資格培訓教材編審委員會 編吳全生 主編依據依據勞動和社會保障部勞動和社會保障部 制定的制定的國家職業標準國家職業標準要求編寫要求編寫 了解焊接接頭形成的過程、焊接熱循環的特點、焊縫熔池一次結晶組織和二次結晶組織的性能，從而盡力控制焊縫金屬有害元素的來源。第九章 焊 接 接 頭目目 錄錄一、焊接接頭的組成二、焊接接頭的形式一、焊接熱循環的主要特點二、影響焊接熱循環的因素一、焊縫熔池的一次結晶二、焊縫金屬的二次結三、焊接熱影響區的組織與性能第九章 焊 接 接 頭目目 錄錄一、選擇合適的焊接工藝方法二、選擇合適的焊接參數三、選擇合適的焊接熱輸入四、選擇合理的焊接操作方法五

2、、正確選擇焊接材料六、正確選擇焊后熱處理方法七、控制熔合比一、焊縫金屬中的氧二、焊縫金屬中的氫第九章 焊 接 接 頭目目 錄錄三、焊縫金屬中的氮四、焊縫金屬中的硫五、焊縫金屬中的磷第九章 焊 接 接 頭用焊接方法連接的接頭稱為焊接接頭。 焊接方法應用最廣泛的能源是使焊接材料和母材熔化的電能源。 熔焊焊接接頭是由兩個或兩個以上的焊件或零件用熔焊焊接方法連接的接頭，它由焊縫金屬、熔合區、熱影響區組成。熔焊焊接接頭組成見圖9-1。圖9-1 熔焊焊接接頭組成a)對接接頭 b)搭接接頭 c)角接接頭1焊縫金屬 2熔合區 3熱影響區 4母材第九章 焊 接 接 頭 焊縫金屬：是指焊件在焊接熱源的作用下，由母

3、材和焊材熔化后組成，也可以不添加焊材全部由熔化的母材組成，其組織和化學成分、力學性能都不同于母材。 熔合區：它剛好是焊接接頭在焊接熱源作用下，被加熱至熔點與凝固溫度區間的部分，是焊縫金屬向熱影響區過渡的區域，在焊接熱循環的影響下，金屬組織和力學性能都發生很大變化。 母材與焊縫交界的地方并不是一條線，而是一個狹窄區，這就是熔合區。 熔合區是焊接接頭的薄弱地帶，晶粒非常粗大，冷卻后的組織是粗大過熱組織，塑性和韌性很差。此外，這個地區還存在著嚴重的化學不均勻性、物理不均勻性，是熔合區性能下降的另一個主要原因。 熱影響區：母材在焊接過程中因受加熱的影響（但是沒有熔化），而發生的金相組織和力學性能變化的

4、區域。第九章 焊 接 接 頭1.對接接頭2.搭接接頭3.角接接頭4. T形接頭5.端接接頭 對接接頭是指兩件表面構成大于或等于135，小于或等于180夾角的接頭。 搭接接頭是指兩件部分重疊構成的接頭。 T形接頭是指一件之端面與另一件表面構成直角或近似直角的接頭。 端接接頭是指兩件重疊放置或兩件表面之間的夾角不大于30構成的端部接頭。 角接接頭是指兩件端部構成大于30、小于135夾角的接頭。第九章 焊 接 接 頭 反映焊件上的某一點，在焊接熱源的作用下，其溫度隨著時間的變化由低到高，再由高到低的過程稱為焊接熱循環。焊接熱循環的主要參數是加熱速度、加熱最高溫度、相變溫度以上的停留時間和冷卻速度。焊

5、接熱循環的特征： 1）雖然焊接過程加熱溫度高，加熱速度和冷卻速度都大，但是，加熱速度比冷卻速度更大。 2）焊件各點的熱循環不同。越靠近焊縫中心位置，峰值溫度越高，加熱速度和冷卻速度也越大，反之亦然。焊接接頭熱循環見圖9-4。（1）焊接熱輸入（2）焊接方法（3）焊前預熱（4）層間溫度（5）其他因素1）焊件厚度影響。2）接頭形式的影響。3）熱導率的影響。第九章 焊 接 接 頭圖9-4 焊接接頭熱循環圖第九章 焊 接 接 頭1.焊縫熔池一次結晶的特點（1）焊縫熔池體積小，冷卻速度快（2）焊縫熔池中的液態金屬處于過熱狀態（3）焊縫熔池金屬是在運動狀態下結晶2.焊縫熔池一次結晶組織的特征 從熔合線未完全

6、熔化的晶粒上開始，沿著垂直熔合線的方向，向與散熱方向相反的方向長大，形成柱狀晶。焊縫熔池一次結晶示意圖見圖9-5。圖9-5 焊縫熔池一次結晶示意圖a)焊縫窄而深 b)焊縫寬而淺第九章 焊 接 接 頭3.焊縫熔池一次結晶的組織性能焊縫熔池金屬由液態凝固后所得到的組織是一次組織。 粗大的柱狀晶不但降低焊縫的強度，而且還降低焊縫的韌性，對高溫合金和高溫不銹鋼等材料的影響就更為嚴重。 焊縫的一次結晶形態還對產生裂紋、氣孔、夾渣、腐蝕等都有很大的影響。4.焊縫中的偏析焊縫中的偏析可分為顯微偏析、區域偏析和層狀偏析三種。（1）顯微偏析 焊縫熔池在結晶過程中，先結晶的固相比較純，后結晶的固相含合金元素和雜質

7、略高，最后結晶的固相含合金元素和雜質最高。（2）區域偏析第九章 焊 接 接 頭 焊接過程中，焊縫熔池在結晶時隨著電弧向前移動，熔池中的柱狀晶也在不斷地推移和長大，此時會把未凝固的合金成分和雜質推向焊縫熔池中心，使中心的雜質濃度逐漸升高，形成區域偏析。（3）層狀偏析 在焊縫斷面上，不同分層的化學成分分布不均勻的現象稱為層狀偏析。1.焊縫金屬的二次結晶組織 隨著高溫的焊縫金屬被逐漸冷卻到室溫，焊縫金屬組織將進一步發生轉變，這種組織變化的過程被稱為焊縫金屬的二次結晶。 （1）低碳鋼的焊縫組織 低碳鋼焊縫組織含碳量較低，一次結晶得到的組織是奧氏體，當冷卻到相變溫度時，奧氏體轉變為鐵素體和珠光體，冷卻速

8、度越第九章 焊 接 接 頭（2）低合金鋼焊縫組織快，珠光體組織的數量就越多、鐵素體組織就越少。如冷卻速度過慢，高溫停留時間過長，則鐵素體會轉變為魏氏體組織。 1）鐵素體轉變：焊縫中鐵素體的類型主要有：粒狀鐵素體、側板條鐵素體、針狀鐵素體和細晶鐵素體等四種。這四種類型的鐵素體形態是低合金鋼焊縫中的主要組成。 2）珠光體轉變：很少能得到珠光體組織，除非在緩慢的冷卻條件下（預熱、緩冷等），才有少量的珠光體轉變。 3）貝氏體轉變：主要有上貝氏體、下貝氏體以及粒狀貝氏體等。 4）馬氏體轉變：根據含碳量的不同，可以形成不同形態的馬氏體，主要有板條馬氏體、片狀馬氏體等。第九章 焊 接 接 頭表9-3 主要合

9、金元素對焊縫金屬二次結晶組織轉變的影響主要合金元素對焊縫金屬二次結晶組織轉變的影響見表9-3。第九章 焊 接 接 頭2.焊縫金屬二次結晶組織的性能1）從塑性、韌性看。2）從抗裂性能看。 3）焊縫金屬的二次結晶組織越均勻、越細，與粗大而不均勻的焊縫金屬二次結晶組織相比，其力學性能就越好。1.不易淬火鋼熱影響區組織 低碳鋼及某些低合金鋼，如Q345和Q390等，其熱影響區可分為三個區域：（1）過熱區 該區的溫度范圍在12501100，低碳鋼的過熱組織為粗大的魏氏體組織。第九章 焊 接 接 頭（2）相變重結晶區 母材被加熱至Ac3以上的部位，將發生鐵素體和珠光體全部轉變為奧氏體的轉變，即相變重結晶，

10、經過在空氣中冷卻，就會得到均勻細小的珠光體和鐵素體，相當于正火組織。此區的塑性和韌性都比較好，該區的溫度范圍在1100900。（3）不完全重結晶區 焊接過程中，熱影響區處于Ac1Ac3之間范圍內，就屬于不完全重結晶區。2.易淬火鋼熱影響區組織（1）完全淬火區 焊接過程中，母材金屬被加熱的溫度超過Ac3以上時，由于被焊母材金屬淬硬傾向較大，所以，焊縫冷卻后得到的是淬火組織（馬氏體）。第九章 焊 接 接 頭（2）不完全淬火區 焊接過程中，被母材金屬在Ac1Ac3之間的溫度加熱時，這個區域內的珠光體、貝氏體等組織將轉變為奧氏體組織，并在隨后的快速冷卻過程中轉變為馬氏體組織，而鐵素體組織此時并不發生變

11、化，只是程度不同地在長大。該區最后形成的組織是細小馬氏體-粗大鐵素體共存的組織，所以稱為不完全淬火區。（3）回火區 被焊金屬如果在焊前處于淬火狀態，則在溫度低于Ac1的區域內，還會發生不同程度的回火處理，稱為回火區。3.焊接熱影響區的性能（1）熱影響區的硬度變化 硬度值350HVmax時，不會產生裂紋。Q345（16Mn）鋼單道焊接熱影響區的硬度分布如圖9-6所示。第九章 焊 接 接 頭圖9-6 Q345鋼單道焊接熱影響區的硬度分布第九章 焊 接 接 頭（2）熱影響區的強度和塑性變化圖9-7 熱影響區的強度和塑性變化 熱影響區的強度和塑性變化情況如圖9-7所示。（3）熱影響區的韌性變化圖9-8

12、 熱影響區沖擊韌度的變化 熱影響區沖擊韌度的變化如圖9-8所示。第九章 焊 接 接 頭第九章 焊 接 接 頭1.氧的來源 主要是來源于焊接材料中的水分、焊件周圍的水分、焊件和焊絲表面上的鐵銹、氧化膜等。氧在焊縫金屬中的存在形式主要是FeO。2.氧對焊縫的影響 隨著焊縫中的含氧量增加，不僅焊縫的強度、塑性、韌性（尤其是低溫沖擊韌性）明顯下降，而且還會引起紅脆、冷脆和時效硬化。焊縫中的氧可以使導電性、導磁性和抗腐蝕性能等降低。焊接過程中，氧燒損鋼中的有益合金元素，使焊縫的性能變壞。3.控制氧的措施（1）純化焊接材料（2）正確選擇焊接參數（3）脫氧反應第九章 焊 接 接 頭1.氫的來源 氫主要來源于

13、焊接材料中的水分、含氫物質、電弧周圍空氣中的水蒸氣、焊絲和被焊金屬表面上的鐵銹、油污等雜質。2.氫對焊縫的影響（1）氫脆氫在室溫附近使鋼的塑性嚴重下降的現象稱為氫脆。（2）白點 碳鋼或低合金鋼焊縫中，如果含氫量較高，則常常在其拉伸或彎曲試件的斷面上，出現銀白色的圓形局部脆斷點，稱為白點。（3）氣孔 當氣泡向外逸出速度小于液態金屬結晶速度時，氣泡就留在焊縫中形成氣孔。第九章 焊 接 接 頭（4）冷裂紋 焊接接頭冷卻到較低的溫度下產生的一種裂紋。有的冷裂紋在焊后要推遲很長的時間才產生，這種裂紋被稱為延遲裂紋。延遲裂紋主要有三種形態：1）焊趾裂紋2）焊道下裂紋3）根部裂紋3.控制氫的措施（1）嚴格限

14、制焊接材料的含氫量（2）清除焊件和焊絲表面的雜質（3）進行冶金處理1.氮的來源電弧周圍空氣中的氣相氮，是焊接區氮氣的主要來源。第九章 焊 接 接 頭2.氮對焊縫的影響 在碳鋼焊縫中，氮是有害的雜質，它是促使焊縫產生氣孔的主要原因之一。氮是提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強度、降低塑性和韌性的元素，尤其是使低溫韌性急劇下降。氮還是促使焊縫金屬時效硬化的元素。3.控制氮的措施（1）焊接區的保護影響（2）焊接參數的影響（3）合金元素的影響1.硫的來源2.硫對焊縫的影響（1）來自母材（2）來自焊絲（3）來自藥皮或焊劑第九章 焊 接 接 頭 焊接過程中，硫以FeS的形式生成低熔點共晶，Fe+FeS（熔點為9

15、85）或FeS+FeO（熔點為940）呈片狀或鏈狀分布在晶界上，不僅增加了焊縫結晶裂紋的傾向，而且還降低了焊縫的沖擊韌度和耐腐蝕性。3.控制硫的措施（1）嚴格限制焊接材料中的硫含量（2）用冶金方法進行脫硫1.磷的來源 焊縫金屬中的磷主要來自母材、藥皮、填充金屬和焊劑，而藥皮和焊劑中的錳礦是導致焊縫增磷的主要來源。第九章 焊 接 接 頭2.磷對焊縫的影響 磷與鐵或鎳可以生成低熔點共晶，如Fe3P+Fe(熔點1050)，Ni3+Ni(熔點880)，在熔池快速結晶時，磷容易發生偏析，磷化物常分布在晶界，從而減弱晶粒與晶粒之間的結合力，降低沖擊韌度，使脆性轉變溫度升高。3.控制磷的措施 1）嚴格限制焊接材料中（母材、藥皮、填充金屬和焊劑）的磷含量。 2）采用脫磷的方法1.焊接接頭所涉及的能源形式有哪幾種？2.簡述焊接熱循環的主要特點。3.影響焊接熱循環的因素有哪些？4.簡述焊縫熔池一次結晶的特點。5.焊縫中的偏析有哪幾種？6