焊接熔合区的组织与性能的不均匀性
焊接接头的组成
1、焊接接头的组成，影响焊接接头组织和性能的因素。
（1）接头组成：包括焊缝、熔合区和热影响区。
（2）组织1）焊缝区接头金属及填充金属熔化后，又以较快的速度冷却凝固后形成。
焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。
但是，由于焊接熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，还通过渗合金调整焊缝化学成分，使其含有一定的合金元素，因此，焊缝金属的性能问题不大，可以满足性能要求，特别是强度容易达到。
2）熔合区熔化区和非熔化区之间的过渡部分。
熔合区化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织。
其性能常常是焊接接头中最差的。
熔合区和热影响区中的过热区(或淬火区)是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，会严重影响焊接接头的质量。
3）热影响区被焊缝区的高温加热造成组织和性能改变的区域。
低碳钢的热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。
(1)过热区最高加热温度1100℃以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织，叫过热区。
过热区的塑性和韧性明显下降，是热影响区中机械性能最差的部位。
(2)正火区最高加热温度从Ac3至1100℃的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，叫正火区。
正火区的机械性能较好。
(3)部分相变区最高加热温度从Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，叫部分相变区。
此区晶粒不均匀，性能也较差。
在安装焊接中，熔焊焊接方法应用较多。
焊接接头是高温热源对基体金属进行局部加热同时与熔融的填充金属熔化凝固而形成的不均匀体。
根据各部分的组织与性能的不同，焊接接头可分为三部分。
，在焊接发生熔化凝固的区域称为焊缝，它由熔化的母材和填充金属组成。
而焊接时基体金属受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域称为热影响区。
熔合区是焊接接头中焊缝金属与热影响区的交界处，熔合区一彀很窄，宽度为0．1～0．4mm。
（3）影响焊接接头性能的因素焊接材料焊接方法焊接工艺2、减少焊接应力常采用的措施有哪些？(1)选择合理的焊接顺序(2)焊前预热(3)加热“减应区”(4)焊后热处理3焊接变形的基本形式有哪些？消除焊接变形常用的措施有哪些？(1)焊接变形1)收缩变形2)角变形3)弯曲变形4)波浪形变形5)扭曲变形(2)措施1)合理设计焊接构件2)采取必要的技术措施①反变形法②加裕量法③刚性夹持法④选择合理的焊接顺序⑤采用合理的焊接方法4、为什么要对焊接冶金过程进行保护？采用的保护技术措施有哪些？焊接冶金过程特点：电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体三者之间进行着一系列物理化学反应，如金属的氧化与还原，气体的溶解与析出，杂质的去除等。
熔焊总结解读
二、焊缝的结晶特点
1、焊接熔池的：非均匀形核和联生生长
择优长大
偏向晶和定向晶的形成
2、焊缝凝固后的结晶形态
主要是柱状晶和少量的等轴晶，其中柱状晶包括平面晶和包晶；等轴晶包括树枝晶。
3、不均匀性和夹杂
a)结晶的不均匀性会产生：偏析、气孔、裂纹
b)偏析指显微偏析、层状偏析和区域偏析。
c)区域偏析的危害：在应力作用下产生纵向裂纹。
4、熔合区的不均性。
会产生脆性线、冷裂纹、再裂裂纹。
5、熔合区划分
分为：半熔合区、结晶过渡区和未混合区
三、焊缝金属组织调整和改善
1、一次结晶
一次结晶组织形态：粗大柱状晶。
A、粗大柱状晶对低碳钢影响不大，对高温合金钢高强钢影响大
B、粗大柱状晶影响：冲击韧性下降易产生热裂纹、夹杂、气孔、腐蚀等。
高合金钢钢合金元素〉10%
2.按性能与用途分类：强度用钢（高强钢）
低中合金特殊用钢
二、高强钢及特殊用钢的分类
１.高强钢： 普通低合金钢（热轧正火钢）
调质钢：低碳调质钢、中碳调质钢
２.特殊用钢： 珠光体耐热钢Ｐ
低温用钢：Ｆ、Ｍ、Ａ
低合金耐蚀钢
三、高强钢的性能及特点
１，普低钢
ａ．屈服强度为２９４～４９０ＭＰａ，属于热轧正火钢，也叫普通低合金钢，代表：１６Ｍｎ，１５ＭｎＶ
1．宏观分类：表面裂纹、内部裂纹、热影响区纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹
2．本质分类：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂裂纹、应力腐蚀裂纹
三、热裂纹
1．热裂纹的分布形态
结晶裂纹（凝固裂纹）：特点是沿一次结晶的晶界分布，主要在杂质多的碳钢中
液化裂纹：在母材近缝区或多层焊前-焊道，受热而在液化晶界上形成的，主要是高碳钢与不锈钢中
改善焊接热影响区的组织和性能
任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.3任务实施
熔合区的主要特征如下。 1.化学不均匀性 通过了解熔合区的形成可以知道，熔合区的范围非常小，加热和冷却都
比较溶质元素不能充分扩散，会呈现出严重的化学不均匀性。 一般来说，钢中的合金元素及杂质在固相中的溶解度都小于在液相中的
项目四 改善焊接热影响区的组织和性 能
1 任务4. 1 掌握熔合区的特征 2 任务4. 2 分析焊接热影响区的组织 3 任务4. 3 改善焊接热影响区的性能
返回
任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.1任务描述
熔合区是焊缝和母材的交界处，通过了解熔合区的形成过程，分析熔合 区的特征，明确熔合区是焊接接头中薄弱的环节之一。
℃ -200 ℃ 。而在焊接时，近缝区熔合线附近可接近金属的熔点，对于 低碳钢和低合金钢来讲，一般都在1 350℃左右。 (2)加热的速度快。一般热处理条件下，为了保证工件整体受热均匀，加 热速度比较缓慢。而焊接时，热源就集中在熔池周围，故加热的速度比 热处理时要快得多，往往超过几十倍甚至几百倍。表4-1给出了不同焊 接方法的加热速度。
上一页 下一页 返回
任务4. 2 分析焊接热影响区的组织
(3)局部加热。热处理时工件是在放在炉中整体均匀加热的。而焊接时是 局部集中加热，并且随热源的移动，被加热的范围也随之移动。正是这 种局部集中加热和热源移动，造成加热速度快，冷却速度也快;还造成了 热影响复杂的应力状态。
(4)高温停留时间短。在热处理条件下，可以根据工件要求和工艺需要对 保温时间任意控制。焊接时在Ac3以上保温的时间很短，一般焊条电弧 焊为4~20s，埋焊时为30~100 s。
4.1.2相关知识
一、熔合区的概念 焊缝与母材之间不是一条简单的熔合线，而是由一个区域构成，这个区
熔焊原理第四章
熔池的凝固与焊缝金属的固态相变
一、熔池凝固(一次结晶)的特点 1、熔池的体积小，冷却速度大。平均冷却速度约为 4～100℃/s。 2、熔池的温度分布不均匀，从熔池中心到边缘存在很 大的温度梯度。 3、熔池是在运动的状态下结晶的。熔池液态金属流动 的总趋势是从熔池的头部向尾部流动。 4、焊接熔池凝固以熔化母材为基础。
焊接热影响区
三、 焊接热影响区的组织
☆母材的成分不同，焊接热影响区各点经受的热 循环不同，焊后发生组织和性能的变化也不相同。
1.不易淬火钢热影响区的组织和性能
低碳钢和低合金高强钢(Q345、Q390)
(1)过热区 过热区紧邻熔合区，加热温度范围为 1100～1490℃。由于温度高，奥氏体晶粒严重长大， 冷却后获得晶粒粗大的过热组织，有时，还会出现 魏氏组织。因此，该区塑性和韧性都很低，其韧性 比母材金属低20%～30%，是热影响区中的薄弱环节
焊接热影响区
2、焊接热影响区的脆化
（1）粗晶脆化 由于晶粒严重粗化造成，晶粒尺寸↑脆化↑ 主要原因：过热奥氏体晶粒长大，冷却后形成粗大的 魏氏组织。 措施：小的焊接热输入，加入合金元素，如Ti、Nb、 Mo、V、W、Cr 。 （2）组织脆化 淬火脆化：焊接含碳量和合金元素较高的易淬火钢， 形成马氏体组织。 预防：降低冷却速度。大热输入、预热、后热
熔池的凝固与焊缝金属的固态相变
2、低合金钢焊缝的固态相变组织 低合金钢焊缝固态相变的情况比低碳钢复杂得多， 除铁素体与珠光体转变外，还可能出现贝氏体与马 氏体转变。 母材强度不高时(如Q295、Q345)，焊缝中的碳和合金 元素均接近于低碳钢，焊缝的二次结晶组织通常为 铁素体+珠光体 焊缝中合金元素的种类及数量较多，二次结晶组织可 以是铁素体+贝氏体、铁素体+马氏体或单一的马氏 体
材料连接原理范围后答案
材料连接原理范围后答案1.焊接的定义？焊接与机械连接各有何特点？（简08）P1答：焊接是通过加热或加压（或两者并用）使两个分离表面的院子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。
机械连接技术是指用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连接成一个复杂零件或不见的过程。
相互间的连接是靠机械力来实现的，随机械力的消除接头可以松动或拆除。
2.试从理论上简述怎样才能实现焊接过程？采用什么工艺措施才能实现焊接？（简11）P2答：理论上当两个被连接的固体材料表面接近到时，就可在接触表面上进行扩散再结晶等物理过程从而形成键合达到冶金连接的目的。
措施：（1）对被连接的材质施加压力；（2）对被连接材料加热（局部或整体）3.焊接热源有哪些共同要求？描述焊接热源主要用什么指标？(简05.07.09）P6答：要求：能量密度高、快速实现焊接过程、得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。
主要指标：最小加热面积、最大功率密度和正常焊接规范条件下的温度。
4.试简述焊接热过程的特点？（简06.10）P74答：加热温度高；加热速度快；高温停留时间短；自然条件下连续冷却5.焊条药皮的作用？P22答：保护作用；冶金作用；改善焊接性6.焊条工艺性能？P22答：焊接电弧的稳定性；焊缝成形；全位置焊接性；飞溅；脱渣性；焊条的熔化速度；药皮发红的程度；焊条发尘量。
7.药芯焊丝特性？答：（1）熔敷速度快，生产效率高（2）飞溅小（3）调整熔敷金属成分方便（4）综合成本低8.烧接焊剂特点？答：优点：（1）烧结焊剂的合金成分灵活性很强；（2）烧结焊剂可以有效降低焊接过程中的氧化烧损情况；（3）烧结焊剂具有良好的焊结工艺性能；（4）烧结焊剂比重小（5）生产过程环保节能、易输入便于回收。
缺点：（1）对焊接参数比较敏感（2）影响化学成分均匀性（3）吸湿性强易受潮，使用前必须严格烘干。
9.试分析说明钛钙型（J422）焊条与碱性低氢型（J427）焊条，在使用工艺性和焊缝力学性能方面有哪些差别？答：其他工艺性能如全位置焊接性，融化系数等差别不大。
焊接接头的组织和性能
.
24
以上就是低合金高强钢焊缝金属可能存在 的几种组织。概括而言，我们希望得到较 多的针状细晶铁素体，不希望得到侧板条 铁素体，先共析铁素体，如果合金成分能 显著增加奥氏体稳定性，降低其分解温度， 这一愿望即可实现。试验表明Mn含量0.8～ 1.0%、Si0.1～0.25%，而Mn/ Si=3～6时，即 可得到细晶铁素体和针状铁素体。我们还 希望得到的贝氏体为下贝氏体，而不希望 产生上贝氏体或粒状贝氏体，以及孪晶高 碳马氏体，其办法是控制
.
25
冷却速度；使在600～450℃区间(贝氏体转变的 高温段)停留时间尽量短，以尽量减少形成粒 状贝氏体和上贝氏体的机会(可控制t8-5来实 现)、降低含C量，使一且发生马氏体转变时
能形成板条状位错型马氏体，它的存在有利 而无害。有资料表明，焊缝含有微量Ti、B有
利形成针状铁素体，而抑制先共析铁素体的 形成，Ti与B同时加入最佳，因为Ti优先和氧 反应对B不被氧化起到保护作用。B凝聚在A
学性能。
.
9
2、焊缝金属的显微组织与性能
低碳钢是亚共析钢，在焊接熔池冷却凝固 的一次结晶完成后，在一定温度下将发生 二次结晶即固态相变，这时的组织应该是 铁素体加少量珠光体。其组织质量分数的 不同和性能的不同取决于冷却速度，即冷 却速度越大，铁素体含量越少，
.
10
珠光体越高，硬度强度也随之增高，且组织 细小。反之则组织变粗，铁素体越多珠光体 越少、硬度强度降低。需要注意的是铁素体 的形态，在不同冷却速度下也是不同的。且 对性能有影响。
低温压力容器、锅炉专业用低合金高强度钢 标准。
.
18
1、低合金高强度钢的焊缝合金化
我们以焊条电弧焊为例来讨论。其实从焊条标
焊接冶金与焊接性答案
焊接冶金与焊接性答案【篇一：焊接冶金学课后答案】>1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？答：热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：mn，si。
（2）细晶强化，主要强化元素：nb,v。
（3）沉淀强化，主要强化元素：nb,v.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：v,nb,ti,mo（3）沉淀强化，主要强化元素：nb,v,ti,mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。
热轧钢被加热到1200℃以上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的v析出相基本固溶，抑制a长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、m-a等导致韧性下降和时效敏感性增大。
制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。
2．分析q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。
答:q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不3.q345与q390焊接性有何差异？q345焊接工艺是否适用于q390焊接，为什么？答：q345与q390都属于热轧钢，化学成分基本相同，只是q390的mn含量高于q345，从而使q390的碳当量大于q345，所以q390的淬硬性和冷裂纹倾向大于q345，其余的焊接性基本相同。
q345的焊接工艺不一定适用于q390的焊接，因为q390的碳当量较大，一级q345的热输入叫宽，有可能使q390的热输入过大会引起接头区过热的加剧或热输入过小使冷裂纹倾向增大，过热区的脆化也变的严重。
4.低合金高强钢焊接时，选择焊接材料的原则是什么？焊后热处理对焊接材料有什么影响？答：选择原则：考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响。
焊接难点
一、焊接热影响区的组织分布(1)不易淬火钢的组织分布：低碳钢、16Mn、15MnV、15MnTi1.过热区（粗晶区）加热温度在固相线一下到晶粒开始急剧长大的温度（一般指11000C）范围内的区域叫过热区。
由于该区加热温度高，奥氏体晶粒严重长大，冷却后也会得到粗大的过热组织，所以，又称为粗晶区。
该区焊后晶粒度一般为1-2级，韧性很低，通常冲击韧性要降低20%-30%。
因此，在焊接刚度较大的结构时，常在过热区产生脆化或裂纹。
过热区与熔合区一样，都是焊接接头的薄弱环节。
2.相变重结晶区（正火区）该区的加热温度是在Ac3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内。
由于该区的加热温度超过Ac3，所以，铁素体和珠光体已全部转变为奥氏体。
由于加热温度较低（一般低于11000C），奥氏体晶粒尚未明显长大，因此在空气中冷却以后会得到均匀而细小的铁素体和珠光体，相当于热处理时的正火组织，所以该区又叫正火区。
此区的综合力学性能一般比母材还好，是热影响区中组织性能最后的区域。
3.不完全重结晶区该区的加热温度处于Ac1-Ac3之间，因此在加热的过程中，原来的珠光体全部转变为细小的奥氏体，而铁素体部分溶入奥氏体，剩余部分继续长大，成为粗大的铁素体。
冷却是奥氏体转变为细小的铁素体和珠光体，粗大的铁素体依然保留下来。
所以，该区的特点是组织不均匀，晶粒大小不一，因此力学性能也不均匀。
以上三个区域是低碳钢、低合金钢焊接热影响区的主要组织特征。
但如果母材焊前经过冷加工变形，则在加热温度处于Ac1-4500C 的范围内将会发生再结晶过程，结果是加工硬化消失，强度下降，塑性、韧性提高。
对于有时效敏感性的钢种，加热温度在Ac1-3000C的范围内，会发生应变时效过程，引起该区的脆化，表现出较强的缺口敏感性，但在金相组织上并无明显变化。
(2)易淬火钢的组织特征：低碳调质高强钢（如18MnMoNb）、中碳钢（如45钢）和中碳钢调质高强钢（如30CrMnSi）1.完全淬火去该区的加热温度处于固相线到Ac3之间。
(完整版)焊接冶金学(基本原理)习题总结
焊接冶金学（基本原理）部分习题及答案绪论一、什么是焊接，其物理本质是什么?1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用,使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺.2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。
二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？1、对被焊接的材质施加压力:目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触.2、对被焊材料加热（局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态,此时接触面的氧化膜迅速破坏,降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？钎焊母材不溶化,熔焊母材溶化.1. 温度场定义,分类及其影响因素。
1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态.2、分类：1) 稳定温度场—-温度场各点温度不随时间而变动;2) 非稳定温度场——温度场各点随时间而变动;3) 准稳定温度场——温度随时间暂时不变动,热饱和状态；或随热源一起移动。
3、影响因素:1) 热源的性质2) 焊接线能量3) 被焊金属的热物理性质a. 热导率b. 比热容c. 容积比热容d. 热扩散率e. 热焓f. 表面散热系数4) 焊件厚板及形状第一章二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点?1、药皮反应区：指焊条受热后,直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。
(100-1200℃) 1) 水分蒸发:100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高温度下析出 2) 某些物质分解：形成Co,CO2，H2O ，O2等气体 3) 铁合金氧化 ：先期氧化,降低气相的氧化性2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 1) 温度高：1800－2400℃ 2) 与气体、熔渣的接触面积大 ：1000－10000 cm2/kg 3) 时间短速度快:0.01-0.1s ；0。
焊接冶金原理05焊接熔合区1
➢ 在适当的氧化环境中，当焊缝金属比基体金属惰性能大时，非 对流混合区是焊接接头中腐蚀速度最快的区域；
➢ 为了使超级不锈钢在腐蚀环境中应用，一般会在其中加入6%的 Mo以提高其抗点蚀的能力。但是，由于偏析的影响将导致在非 对流混合区极端贫钼，非对流混合区的耐腐蚀性急剧下降；
5.1.2熔合区的特性
1、化学成分不均匀性
➢ 在异种材料或同种材料填充材料不同于母材时，强烈的扩散形成既 不同于母材也不同于焊缝成分过渡区；
➢ 同种金属焊接甚至自熔焊，基于固液界面理论也会出现化学成分的不 均匀。
ws w0 1 (k 1) exp(kRd / D)
式中 ws —固-液界面处溶质在固相中的质量分数； w0 —溶质在合金材料中的初始质量分数； d—固-液界面到开始结晶位置的距离； R—液相的结晶速度（即凝固速度） k —溶质在固-液相中的分配系数； D —溶质的扩散系数
4、力学不均匀性 在焊接熔合区，其力学不均匀性主要表现在硬度分布不均匀并具有较 高的残余应力。这种力学不均匀性导致了熔合区的力学性能可能要弱 于母材或者焊缝，是焊接接头的薄弱环节之一。 熔合区与焊缝及热 影响区的热膨胀系 数、屈服强度和弹 性模量不同导致较 大的残余应力。
奥氏体/铁素体接头熔合区硬度分布
填充Ni基合金焊丝焊接碳钢与奥氏体 不锈钢焊缝中碳钢侧熔合区的马氏体
5.1.1熔合区的结构
➢ 非对流混合区是接近熔合线处熔化但未充分与填充材料混合的母材金属； ➢ 部分熔化区是接近熔合线处母材金属晶粒边界（或晶粒内部）发生不同
程度熔化的区域，在焊接过程中属固/液混合区； ➢ 熔合线为焊接接头横截面上焊缝和母材金属的分界线，即熔化焊时，未
5.2 非对流混合区
焊接热影响区的组织和性能变化
10
二、焊接热热影响区的组织转变特点
1. 焊接热循环的特点
1）加热的温度高 热处理AC3以上100-200℃，例如45号钢AC3：770 ℃ 焊接近缝区：接近熔点，钢的熔点1350 ℃
2）加热的速度快 ➢ 比热处理快几十倍甚至上百倍。
3）高温停留时间短 ➢ 手工电弧焊：4-20S，埋弧焊：20-40S
❖性能：较好的综合性能。
17
➢ 不完全重结晶区Ⅲ（不完全正 火区）
❖温度： Ac3 ～ Ac1 ❖现间象，：金加属热的温内度部结Ac构3到不A发c1之生
变化,只有部分金属经受了
重结晶相变。 ❖组织：原始的铁素体晶粒（
粗大）和细晶粒的混合区。 ❖性能：性能不好
18Байду номын сангаас
过热区
重结晶区
不完全重结 晶区
母材
➢Ac1～ Ac3，室温组织为M＋F。
➢在快速加热条件下F很少溶入A，
而P、B、S等转变为A；随后快
冷，形成M+粗大F。
20
（2）焊前为调质状态 BM 回火组织
➢ 完全淬火区
➢ 不完全淬火区
➢ 回火区
➢Ac1～Tt，Tt为焊 前调质时的回火温 度，低于此温度， 组织不变；高于此 温度，出现软化。
21
如Q235、16Mn、15MnV等，可分为如 下四个区：
➢ 熔合区（半熔化区）
➢ TL～TS，化学成分与组织不均匀 分布，过热严重，塑性差，对焊 接接头的强度、韧性都有很大的 影响。是焊接接头的薄弱环节。
15
➢ 过热区Ⅰ（粗晶区）
❖温度： TS - 1100 ℃
❖现象：加热温度高，在固相线附近， 一些难熔质点如碳化物和氮化物等溶 入奥氏体，奥氏体晶粒粗大。
焊缝及其热影响区的组织和性能
24
七、改善焊缝组织的途径
1.凝固组织形态对性能的影响 生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、夹杂、热裂 都有影响
2.焊缝金属的性能的改善措施 ①固溶、细晶等强化和变质处理 加入Mo、V、Ti、Zr、Al、B、N、稀土Te等 ②振动结晶 机械振动、高频超声振动、电磁振动 ③焊接工艺 焊后处理、热处理、多层焊、锤击、跟踪回火等。
20
2、低合金钢 （1）多以F+P为主，有时出现B及M,与焊材及工艺有关。 （2）铁素体（F）转变 ①粒界F（高温转变900-700℃）：为先共析F,由奥氏 体晶界析出向晶内生长，呈块状 ②侧板条F（700-550℃）：由奥氏体晶界形核，以板 条状向晶内生长（由于F形成温度较高，F内含碳极 低，故又称为无碳贝氏体） ③针状F（500℃附近）：大都非自发形核，在奥实体 内形成 ④细晶F （500℃以下）：奥氏体晶内形成，有细晶元素
18
2.熔合区的化学不均匀性
①熔合区的形成
母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区
熔合区熔化不均（传热、晶粒散热）
②熔合区成分分布
在液相中的溶解度>在固相中的溶解度
故：固相浓度 界面
液相浓度
C0 - C´
C0 + C´
分配取决于扩散系数和分配系数，特别是
S、P、C、B、O、N等
熔合区还存在物理不均匀（组织、性能）
Pcm
C
Si 30
Mn
Cu 20
Cr
Ni 60
Mo 15
V 10
熔焊原理：焊接接头的组织与性能
熔焊原理：焊接接头的组织与性能
层状偏析的存在，说明焊缝的凝固速度在作周期性变化，但造成这种变化的 原因，目前尚未完全认识清楚。层状偏析对焊缝质量的影响目前研究的也不够充 分。现已发现，层状偏析不仅可能使焊缝金属的力学性能不均匀，有时还会沿层 状线产生裂纹或气孔等缺陷。
三、焊缝金属的固态相变 熔池凝固后得到的组织通常叫做一次组织，对大多数钢来说是高温奥氏体。 在凝固后的继续冷却过程中，高温奥氏体还要发生固态相变，又称为二次结晶， 得到的组织称为二次组织。焊缝经过固态相变得到的二次组织即为室温组织。二 次组织是在一次组织的基础上转变而成，二者承前启后，对焊缝金属的性能都有 着决定性的作用。 1．低碳钢焊缝的固态相变 低碳钢焊缝的二次组织主要是铁素体十少量的珠光体，这是因为其含碳量很 低所致。一般情况下，铁素体首先沿原奥氏体柱状晶晶界析出，可以勾画出凝固 组织的轮廓。当焊缝在高温停留时间较长而冷速又较高时，铁索体也可从奥氏体 晶粒内部沿一定方向析出，以长短不一的针状或片状直接插入珠光体晶粒之中， 而形成所谓魏式组织。而在冷却速度特别大时，低碳钢焊缝中也可能出现马氏体 组织。
熔焊原理：焊接接头的组织与性能
◆ 熔池的凝固与焊缝金属的固态相变 随着温度下降，熔池金属开始了从液态到固态转变的凝固过程(图3—1)，并
在继续冷却中发生固态相变。熔池的凝固与焊缝的固态相变决定了焊缝金属的结 晶结构、组织与性能。在焊接热源的特殊作用下，大的冷却速度还会使焊缝的化 学成分与组织出现不均匀的现象，并有可能产生焊接缺陷。
熔焊原理：焊接接头的组织与性能
1．焊缝金属的变质处理 液体金属中加人少量合金元素使结晶过程发生明显变化，从而使晶粒细化的方 法叫做变质处理。 2．振动结晶 振动结晶是通过不同途径使熔池产生一定频率的振动，打乱柱状晶的方向并 对熔池产生强烈的搅拌作用，从而使晶粒细化并促进气体排出。常用的振动方法 有机械振动、超声振动和电磁振动等。
熔焊原理第三单元 焊接接头的组织与性能
下一页
碳当量：将钢中各种元素对硬度的影响折合成碳 的影响，计算而得到碳当量。
碳当量的计算公式很多，早期应用最广是国际焊接学 会推荐的CE（IIW）和日本焊接协会的Ceq（WES）。
CE=(IIW)= C+Mn/6+(Cu+Ni)/15 +(Cr+Mo+V)/5
适用于中等强度的非调质低合金钢（σb=400～700MPa)
第三单元 焊接接头的组织与性能
模块一 熔池的凝固与焊缝金属的固态相变 模块二 焊接熔合区的特征 模块三 焊接热影响区
模块一 熔池的凝固与焊缝金属的固态相变 一、熔池凝固的特点 二、熔池金属的凝固过程 三、焊缝金属的化学不均匀性 四、焊缝金属的固态相变 五、焊缝组织与性能的改善
返回
一、熔池凝固的特点
返回
四、焊接热影响区性能
1.焊接热影响区的硬度分布 2.热影响区的常温力学性能 3.热影响区的脆化 4.热影响区的软化
返回
1 .焊接热影响区的硬度分布
钢的性能之间的关系： 强度高，硬度大，则塑性、 韧性差。
最高硬度值大都出 现在熔合线附近的热影 响区处，随着硬度上升， 钢的塑性，韧性下降， 抗裂能力减弱。
晶粒的结晶方向:垂直 于熔合线向焊缝中心生长.
二、熔池金属凝固的过程
依附于母材半熔化晶粒开始长大的结晶方式 叫做联生结晶或交互结晶。
下一页
三、焊缝金属的化学不均匀性
1 显微偏析 2 区域偏析 3 层状偏析
返回
在焊接条件下，由于冷速 很高而成分来不及扩散，这种 成分的差异将在很大程度上保 留在焊缝金属中。这就形成了 显微偏析。
Ceq=(wes)= C+Mn/6+Si/24+Ni/40 +Cr/5+Mo/4+V/14
焊接热影响区的组织和性能
三、焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区就是指在焊接过程中，母材因受 热影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性 能变化的区域。
焊接热影响区的组织和性能基本反映了 焊接接头的性能和质量。
对于低碳钢及合金元素较少的低合金高强 度钢来说，焊接热影响区可分为过热区、 正火区、不完全重结晶区和再结晶区
焊接热影响区除了组织变化而引起性能变化外，热影 响区宽度对焊接接头中产生的应力与变形也有较大影 响。
一般来说，热影响区越窄，焊接接头中内应力越大， 越容易产生裂纹；热影响区越宽，则变形越大。
因此，焊接生产中，在保证焊接接头不产生裂纹的前 提下，应尽量减小热影响区的宽度。
• 热影响区宽度的大小与焊接方法、焊接 参数、焊件大小和厚度、金属材料热物 理性质和接头形式等有关。采用小的焊 接参数，如降低焊接电流、增加焊接速 度，可以减小热影响区宽度。不同焊接 方法，其热影响区宽度也不相同，焊条 电弧焊的热影响区总宽度为6mm，埋弧 焊约为2.5mm，而气焊则可达到27mm左 右。
E—至焊缝轴线25 mm
• 焊接热循环的主要特点是： 加热温度高，停留时间短（
几秒到几十秒），加热和冷 却速度快。
• 热循环的主要参数是加热速
度、加热的最高温度（Tm）
、在相变温度以上停留的时
间（tA）和冷却速度。影响
焊接热循环的主要因素有焊
接参数、焊接方法、预热和
道间温度、接头形式、母材
导热性等。
二、控制熔合比
熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比，称为熔合比。
熔合比的计算公式为： r ＝ Fm / （Fm ＋ Ft）
式中 r—— 熔合比； Fm ——熔化的母材金属的横截面积； Ft—— 焊缝中填充金属的横截面积。
焊接冶金学(基本原理)习题
焊接冶金学（基本原理）习题名词解释: 焊接冶金过程碳当量韧性长(短)段多层焊药皮重量系数绪论影响温度场的因素?1.试述焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？7.什么是焊接，其物理本质是什么？8.焊接冶金研究的内容有哪些第一章焊接化学冶金焊条金属的平均熔化速度熔焊方法的保护方式?碱度1.焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？2.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？6.手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？7.氢对焊接质量有哪些影响？8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？9. 综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。
10.今欲制造超低氢焊条（[H]<1cm3/100g）,问设计药皮配方时应采取什么措施？11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？12.保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？14.测得熔渣的化学成分为：CaO41.94%、28.34%、23.76%、FeO5.78%、7.23%、3.57%、MnO3.74%、4.25%，计算熔渣的碱度和，并判断该渣的酸碱性。
15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？18. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。
焊接各区域分析
焊接各区域分析熔焊热源的高温集中熔化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性为熔化焊缝区各点温度变化示意能发生变化。
由于各点与焊缝中心距离不同，所受的最高加热温度不同，相当于对焊接接头区域进行了一次不同规范的热处理，因此焊接接头的各部位会出现不同的组织变化和性能变化。
整个焊接接头由焊缝区、熔合区、热影响区构成。
1、焊缝区焊缝区是在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域，焊缝区（熔焊时，是焊缝表面和熔合线所包围的区域。
焊缝区在冷却过程中以熔合线上局部半熔化的晶粒为核心向内生长，生长方向为散热最快方向，最终成长为柱状晶粒。
晶粒前沿伸展到焊缝中心，呈柱状铸态组织，此种结晶方式称为联生结晶。
联生结晶过程使化学成分和杂质易在焊缝中心区产生偏析，引起焊缝金属力学性能下降，因此焊接时要以适当摆动和渗合金等方式加以改善。
2、熔合区熔合区是焊接接头中焊缝金属向热影响区过渡的区域。
该区很窄，两侧分别为经过完全熔化的焊缝区和完全不熔化的热影响区。
熔合区的加热温度在合金的固液相线之间。
熔合区具有明显的化学不均匀性，从而引起组织不均匀，其组织特征为少量铸态组织和粗大的过热组织，因而塑性差，强度低，脆性大，易产生焊接裂纹和脆性断裂，是焊接接头最薄弱的环节之一。
3、热影响区热影响区是焊缝两侧因焊接热作用没有熔化但发生金相组织变化和力学性能变化的区域。
根据热影响区内各点受热情况的不同，热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。
1）、过热区过热区是指热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。
其加热温度为AC3以上100-200℃至固相线之间。
该区内奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因此塑性和韧性差，也是焊接接头的一个薄弱环节。
对易淬火硬化材料，该区的脆性会更大。
2）、正火区正火区是指热影响区内相当于受到正火热处理的区域。
加热温度为AC3至AC3+（100-200）℃之间。
此温度区间与正火温度区间相同，金属完全发生重结晶，冷却后为均匀而细小的正火组织，力学性能明显改善，该区是焊接接头中组织和性能最好的区域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
焊接熔合区的组织与性能的不均匀性
熔合区的成分不均匀性，必然会导致金属组织和性能的不均匀性。
其不良影响的严重程度，一方面同成分不均匀性的沿着沉甸甸有关；另一方面在很大程度上又与母材金属A（或B）同焊缝金属D各组成元素间相互作用的性质有关。
以奥氏体填充材料焊接碳钢-奥氏体不锈钢焊接接头为例：此时在碳钢一侧熔合区如果生产了严重的不均匀搅拌层，则出现Ni、Cr含量低于奥氏体不锈钢而高于碳钢的水平，其碳含量又接近于碳钢水平的特殊成分带，因此不可避免的要出现淬硬的马氏体组织。
这种焊接接头的组织按以下组织形式出现：奥氏体不锈钢一侧焊缝和焊缝金属为奥氏体组织；碳钢一侧焊缝的熔合区有可能出现马氏体组织；而在奥氏体不锈钢焊接热影响区，会出现晶粒长大；在碳钢的焊接热影响区，也可能出现淬硬组织。
这样，在奥氏体填充材料焊接碳钢-奥氏体不锈钢焊接接头就形成了十分复杂的不均匀组织，而其性能，自然也包括力学性能也是十分复杂和不均匀的。
焊接熔合区固、液相间化学成分不均匀性。
通常，被焊的两异种材料的成分差异与得到的，则焊缝金属与焊缝两侧或焊缝一侧母材金属的成分差异也愈大。
另外，即使是焊缝金属同母材金属之间的某元素的含量相同，焊缝金属同母材金属之间也就形成一种异种材料的连接副。
焊接过程中，一侧是固态的A（或B）母材金属，一侧是D成分的液态焊接熔池。
即使某元素在熔池中的含量与某侧母材中的含量相等，但由于该元素在固、液共存条件下，在固、液相界面两侧的含
量也不会不同。
一般来说，将是液相（即熔池）含量高，固相（即母材）含量低，而在熔合线两侧出现化学成分的不均匀性。
相反，对于焊接熔池含有某元素，而母材没有时，一般来说，也会由于扩散使母材在熔合线附近会溶入这种元素，而降低熔合线两侧化学成分的不均匀性。
如图8-3所示，微信公众号：hcsteel在焊接熔池的高温下，D 元素将从熔池向母材A（或B）发生扩散（包括某些情况下的上坡披散），由D进入A（或B）扩散进入D的元素则由于液体的流动而均匀化，并不影响该局部的焊缝金属成分，焊缝一侧（或两侧）的不均匀性决定于A（或B）和D的成分和各组成元素的本性，这是不可避免的；但其扩散的深度和最终的浓度梯度，则受到温度的高低和高温下停留时间以及元素固有性能（如扩散能力）的影响。
这是金属一侧（或两侧）的固相结晶成分不均匀性的一个来源。
应当指出，焊接方法的不同、焊接工艺条件及参数、焊接过程的稳定性和焊后热处理的温度和保温等，都会对异种焊接接头熔合区的组织和性能的不均匀性和不一致带来影响。