材料成型原理与工艺之焊接部分总结.

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1、第一篇第一篇 连接成形理论基础连接成形理论基础本章讲授目的本章讲授目的3 3、了解焊接熔池特征、焊接热循环的主要参数、了解焊接熔池特征、焊接热循环的主要参数2 2、掌握焊接接头的组织与性能（焊缝、热影响区）、掌握焊接接头的组织与性能（焊缝、热影响区）1 1、掌握焊接相关的概念：、掌握焊接相关的概念：焊接、熔焊、压焊、钎焊、HAZ、焊接温度场、焊接电弧、联生结晶、焊接热循环1一、焊接定义一、焊接定义 第第1节节 焊接定义、分类和应用焊接定义、分类和应用通过加热或加压，通过加热或加压，或者两者并用，并且或者两者并用，并且用或不用填充材料，用或不用填充材料，使焊接件达到使焊接件达到原子原子结合结合而

2、形成而形成永久性连永久性连接接的一种方法。的一种方法。r0物理本质物理本质：使两个独立的工件实现了原子间结合原子间结合。 只有当被连接金属原子间的距离接近rA(0.30.5nm)时，金属键才能起作用，这时金属原子之间的结合力最大。原子间作用力与距离关系原子间作用力与距离关系 1 1斥力；斥力；2 2引力；引力；3 3合力合力如何使金属原子间的距离接近rA?使金属表面紧密接触的几种措施：使金属表面紧密接触的几种措施：（1）对被焊接金属施加压力或不断地摩擦，破坏接触表面的氧化膜，使结合处紧密接触。（2）将金属加热熔化或到塑性状态，增加原子的振动能，施加压力破坏接触面的氧化膜，促进扩散和结晶过程的进

3、行。（3）通过液态中间材料，如粘结剂或低熔点金属，将两个固态金属连接在一起。焊接方法分类焊接方法分类压焊压焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊钎焊及封粘钎焊及封粘软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊手弧焊手弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻焊一、一、熔焊原理熔焊原理手手工工电电弧弧焊焊熔焊：熔焊：通过通过局部加热局部加热使连接处达到使连接处达到熔化熔化状态，然后冷状态，然后冷却却结晶结晶形成形成共同晶粒共同晶粒。11、熔焊本质及特点：熔焊本质及特点：熔焊的本质熔焊的本质

4、是是小熔池熔炼小熔池熔炼与铸造与铸造，是金属，是金属熔化熔化与与结晶结晶的过程。的过程。熔池存在时间短，温度高；熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化冶金过程进行不充分，氧化严重；热影响区大。严重；热影响区大。冷却速度快，结晶后易生冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。成粗大的柱状晶。熔焊三要素熔焊三要素热源热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。电子束和激光。熔池的保护熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣可用渣保护

5、、气保护和渣- -气联合保护。以防止氧化，气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。填充金属填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，电弧产生的热两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异。量在阳极和阴极上有一定的差异。u直流正接：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）焊件接正极，焊条接负极（厚

6、板、酸性焊条）u直流反接：直流反接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）条、低合金钢和铝合金）阴极雾化阴极雾化焊接过程涉及：焊接过程涉及：加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变直至形成焊接接头。固态相变直至形成焊接接头。归纳为三个相互交错联系的局部过程：归纳为三个相互交错联系的局部过程：焊接热过程化学冶金化学冶金 物理冶金物理冶金保护目的保护目的:u使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。缝韧性。u延长熔池存在时间，加强了冶金反应

7、，有利于气孔、夹延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。渣的析出。熔池的保护熔池的保护 焊接接头主要由焊缝（焊接接头主要由焊缝（weld metal）、热影）、热影响区（响区（heat affected zone /HAZ）、熔合区）、熔合区（fusion zone）组成。）组成。焊缝焊缝熔合区熔合区热影响区热影响区母材母材 熔池凝固的特点熔池凝固的特点联生结晶联生结晶/交互结晶交互结晶/外延结晶外延结晶 依附于母材晶粒的现成表面而形成共同晶粒的凝固方式择优成长择优成长并非“齐步前进”。当散热最快的方向与晶体成长的结晶位向相同时，有利于柱状晶的成长 熔池凝固组织形态的多样性熔

8、池凝固组织形态的多样性 凝固组织的形态有柱状晶（平面晶、胞状晶、胞状树枝晶和树枝晶）及等轴晶等焊缝金属的组织：焊缝金属的组织： 固态相变，影响因素：化学成分固态相变，影响因素：化学成分+冷却条件冷却条件低碳钢焊缝低碳钢焊缝： 固态相变时，首先沿奥氏体晶界析出共析铁素体，然后发生共析转变：AP（FFe3C） 得到铁素体加珠光体。 焊缝金属过热时，奥氏体晶界或晶粒内部还会析出塑韧性差的网状魏氏组织。 低合金钢低合金钢珠光体珠光体铁铁素素体体先共析（晶界或粒界/块状）铁素体侧板条铁素体针状铁素体细晶铁素体马氏体马氏体板条马氏体片状马氏体贝氏体贝氏体上贝氏体下贝氏体 HAZ组织分布组织分布a. 低碳钢

9、及不易淬火的低合金钢低碳钢及不易淬火的低合金钢（Q235、20、16Mn等）熔合熔合/半熔化区半熔化区：最高温度在固相线和液相线之间。局部熔化，成分与组织不均匀，塑性差过热区过热区/粗晶区粗晶区：固相线到1100左右。塑韧性差相变重结晶区（正火区）相变重结晶区（正火区）： 1100Ac3相当于 正火组织（细晶FP）塑韧性好不完全重结晶区不完全重结晶区：Ac1Ac3， （部分细晶FP以及粗晶F）组织不均匀（2）焊接热影响区的组织和性能变化）焊接热影响区的组织和性能变化b. 易淬火钢易淬火钢(低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢，如：18CrMoNb、45、30CrMnSi等) 与焊前热处理状态有关焊前

10、正火或退火态焊前正火或退火态，HAZ主要由完全淬火区和不完全淬火区组成。 调质态调质态， HAZ主要由完全淬火区、不完全淬火区和回火区组成。第一篇第一篇 连接成形理论基础连接成形理论基础返 回本章讲授目的本章讲授目的重点掌握重点掌握：焊接性概念和评价方法，尤其是碳当量法焊接性概念和评价方法，尤其是碳当量法利用焊接性分析材料在指定焊接工艺条件利用焊接性分析材料在指定焊接工艺条件下可能出现的问题下可能出现的问题 金属材料的焊接性金属材料的焊接性碳钢的焊接碳钢的焊接本章主要内容本章主要内容 有色金属的焊接有色金属的焊接 铸铁的焊补铸铁的焊补焊接性焊接性（Weldability） 指被焊金属在指被焊金

11、属在限定的施工条件限定的施工条件（焊接方法、焊接材（焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式），焊接成按规定设计要求的料、工艺参数及结构型式），焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。构件，并满足预定服役要求的能力。即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出的即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出的焊焊接难易程度接难易程度。金属材料的焊接性金属材料的焊接性钢的焊接性评价方法钢的焊接性评价方法碳、合金元素含量碳、合金元素含量焊接性焊接性国际焊接学会国际焊接学会IIW碳钢及低碳钢及低合金钢合金钢MnCrMo VNiCuCE C 6515碳对冷裂纹敏感性的影响最明显，其它元素的影响碳对冷