第一节 金属熔焊

特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能 比正火区稍差。
焊接热影响区的大小和组织、性能变化的程度，取决于 焊接方法、焊接参数、接头形式以及焊后冷却速度等。
表10-1 不同焊接方法焊接低碳钢热影响区的平均尺寸
同一种焊接方法采用不同焊接参数时，热影响区的大 小也是不相同的。采用小电流快速焊可减小热影响区。
二、焊接接头金属组织与性能的变化
焊接接头包括焊缝、熔合区和焊接热影响区。
2.1 焊缝金属：由焊接熔池冷却凝固后形成
焊缝的结晶⊥侧壁伸向中心形 成，形成较细小的柱状晶组织， 由F + P（少量）组成。合金元素 含量高于母材。
熔池中部最后结晶，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等 易偏析物集中在焊缝中心，将影响焊缝的力学性能。
2）熔池体积小，冷却速度快，导致化学成分不均匀, 易形成气孔、夹渣等缺陷，甚至产生裂纹。
为保证焊缝的质量，焊接过程中通常采取以下措施：
减少有害元素进入熔池 在焊接过程中对熔化金属进行保护，使之与空气隔开。 如：采用焊条药皮、埋弧焊焊剂、气体保护焊的保护 气体等使熔池同空气隔绝； 焊接前清理坡口处的锈、油、水；烘干焊条等。 清除已进入熔池的有害元素，增加合金元素。 对焊接熔池进行冶金处理。 如：通过焊条药皮加合金元素，进行脱氧、去氢、去 硫、渗合金等，调整焊缝的化学成分。 MnS+FeO Mn+FeO MnO+Fe MnO+FeS
三、焊接应力与变形
1、应力与变形的形成原因
有焊接残余拉应力， 没有残余变形
没有残余变形 及残余应力
有焊接残余拉应力， 有焊接残余变形。
三、焊接应力与变形
焊接应力与变形产生的根本原因：对焊件进行局
部的不均匀的加热。
焊接过程中
冷却以后
焊接加热时，焊缝区受压力 应力（因膨胀受阻，用符号 “-”表示） 远离焊缝区受 拉应力（用符号“+”表示）
∴焊缝金属成分、强度不低于母材,但易产生裂纹。
2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”
熔合区
又称半熔化区，是焊 缝与母材的交界区。 加热温度：1490～1530℃ 组织：未熔化但因过热 而长大的粗晶组 织和（部分新结 晶的）铸态组织。 特点：该区很窄（0.1-1mm），组织不均匀，强度下降， 塑性很差，是产生裂纹及局部脆断的发源地。
转轮
焊接方法的分类 (按焊接过程特点)
手弧焊
电弧焊 电渣焊
气体保护焊 埋弧焊
电阻焊 摩擦焊 软钎焊
熔 化 焊
等离子弧焊 电子束焊 激光焊
压 力 焊
超声波焊 爆炸焊 扩散焊 高频焊
钎 焊
硬钎焊
3．焊接方法的分类 (按焊接过程特点)
3.1 熔化焊: 熔焊是指焊接过程中将工件接头加热至熔化状态，不加压力 完成焊接的方法。是最基本的焊接方法，在焊接生产中占主导 地位，常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊等。 3.2 压力焊： 压焊是指焊接过程中对工件施加压力（加热或不加热）完成 焊接的方法。压焊只适用于塑性较好的金属材料的焊接，常见 的压焊方法有电阻焊、摩擦焊等。 3.3 钎焊 钎焊是将比母材（被焊接的材料的总称）熔点低的填充金属 （钎料）熔化之后填充工件接头间隙，并与固态母材相互扩散 实现连接的焊接方法，常见的钎焊方法有软钎焊和硬钎焊。
2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”
焊接热影响区：过热区
紧靠熔合区； 加热温度： 1100℃～1490℃ （1100℃～固相线）
组织： 粗大的过热组织。
特点：塑性和冲击韧性下降。
2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”
焊接热影响区：正火区
正火区：紧靠着过热区； 加热温度：AC3以上至1100℃
焊后冷却时，焊缝受拉 应力（因收缩受阻）， 远离焊缝区受压应力。
三、焊接应力与变形
2、焊接变形 ¤焊接应力和焊接变形总是同时存在，不会单独存 在，当母材塑性较好，刚度较小时，焊接变形较大 而应力较小；反之，则应力较大而变形较小。
۞焊接变形和残余应力的不利影响：
焊 接 应 力 焊 接 变 形
1.降低承载能力 2.引起焊接裂纹，甚至脆断 3.在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹 4.引起变形 1.影响工件形状、尺寸精度
3、防止与减少焊接应力及变形的措施 （2）工艺措施 ① 反变形法：即焊前使构件产生与焊接残余变形 方向相反的变形，使焊后变形相互抵消。
3、防止与减少焊接应力及变形的措施 （2）工艺措施 ② 加余量法：工件下料时，给工件尺寸加大一定 的收缩余量，以补偿焊后的收缩。 ③ 刚性固定法：即焊前将焊件刚性固定，对防止 角变形和失稳变形较有效，该法会增大焊接应力， 为防止产生裂纹，一般只用于塑性好的材料。
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焊接的缺点： （1）焊接结构不可拆卸，更换修理部分零部件不便； （2）焊接接头的组织和性能往往要变坏； （3）产生残余应力和变形，影响零、部件与金属结构
的形状、尺寸，增加工作时的应力，降低承载能力；
（4）焊接时易产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹 渣、气孔等，引起应力集中，降低承载能力，缩短
使用寿命。
拼板焊缝的焊接顺序： 宜先焊错开的短焊缝，再焊直通的长焊缝。 1、2、4、6—短焊缝，3、5—直通的长焊缝
a）用夹具夹紧凸缘
b）用压铁压紧薄板
3、防止与减少焊接应力及变形的措施 （2）工艺措施
④选择合理的焊接顺序
1
2
3
4
1
3
2
4
退焊
跳焊
焊接顺序对焊接应力的影响 ⑤ 焊前预热，焊后热处理。 焊前将工件加热至350℃左右，可使焊缝部分与周 围基体金属的温差减小，可显著减少焊接应力。
三、焊接应力与变形
4、焊接变形的矫正
（1）机械矫正法：即利用外力使构件产生与焊接变形 方向相反的塑性变形，使两者相互抵消。
机械矫正示例 a）用压力机矫正弯曲变形 b）用辊轮矫正失稳变形
4、焊接变形的矫正
（2）火焰矫正法：即利用火焰局部加热焊件的适当 部位，使其产生压缩塑性变形，以抵消焊接变形。
思考题 拼焊如图所示的钢板时，应怎样确定焊接顺序？
零件连接方式
焊接：是指利用局部加热或加压，或两者并用，并且 用或不用填充材料，使分离的两部分金属，通过原子 的扩散与结合，形成永久性连接的一种工艺方法。
焊接的优点：
（1）连接性能好；焊缝具有较好的机械性能、能耐 高温高压、密封性、导电性、耐腐蚀性、耐磨性等。
（2）省料省工成本低；比一般铆接节省金属材料1020%；生产周期短，可焊补。 （3）重量轻； （4）简化工艺；可以小拼大，以简单拼复杂。 广泛应用于：航空、车辆、船舶、建筑以及国防等工 业部门，如制造金属结构（船体、桥梁、容器、管道 等）、制造机器零件或毛坯（轧辊、大型齿轮、刀具 等）等。 工业国家焊接结构约占钢产量的45%
2.影响组装质量 3.增大制造成本———矫正变形费工、费时
4.降低承载能力———变形产生了附加应力
三、焊接应力与变形
3、防止与减少焊接应力及变形的措施 （1）合理的结构设计
1.尽量减少焊逢长度及焊缝面积；
2.尽量减少焊缝数量； 3.焊缝尽量不要交叉、密集，所有焊缝尽
量保持对称；
4.避免将焊缝安排在受力最大处集中处； 5.开缓和槽或加薄壁凸缘。
第一节 金属熔焊
一、熔焊的冶金特点 1.定义：利用焊接热源将被焊金属的连接处局部加热到 熔化状态，通过冷却结晶过程把被焊金属连接起来。
一、熔焊的冶金特点
2.冶金特点：
1）焊接热源和熔池温度高,使金属元素蒸发、烧损严重， 同时气体分解为原子状态，物理化学反应剧烈； 空气中的氧、氮; 空气中的水汽； 工件表面的锈、油和水 焊缝中气体含量增多， 产生气孔等缺陷，降低 焊缝的性能。
组织：加热时金属发生重结 晶，焊接空冷后得到 均匀细小的铁素体和 珠光体组织（近似于 正火组织)。
特点：宽度约1.2～4.0mm，力学性能优于母材。
2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”
焊接热影响区：部分相变区
加热温度： AC1～AC3之间 组织： F+P（F粗、细不均）
{
发生相变的F，变细小； 未相变的F，未变化
2.3 提高焊接接头质量的措施
（1） 合理的选用焊接方法和焊接规范来减少热影响 区的影响; 焊接方法：优先采用手工电弧焊、气保焊、埋弧焊 等，少用气焊和电渣焊等； 焊接规范：小直径焊条（或焊丝）、小电流、快速 焊、多层焊等。 （2） 焊前预热、焊后热处理来细化晶粒，清除硬化 组织 （3） 加强对焊缝金属的保护。