焊接物理冶金 第一、二章课件
焊接冶金学
绪论焊接：被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。
焊接实质：当两个被焊的固体金属表面接近到相距r时，就可以在接触表面上A进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。
为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，两种措施：1.对被焊接的材质施加压力2.对被焊材料加热（局部或整体）焊接热源：1.电弧热2.化学热3.电阻热4.高频感应热5.摩擦热6.等离子焰7.电子束8.激光束焊接接头的形成：一般要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头提高焊缝韧性:加入微量合金元素（Ti、Mo、Nb、V、Zr、B和稀土等）排除焊缝杂质（S、P、O、N、H等）焊缝缺陷:偏析、夹杂、气孔、热裂纹、冷裂纹、脆化等第一章焊接化学冶金1.1熔池：母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定几何形状的液体金属叫做熔池熔池中流体的运动：1.原因1）温度分布不均匀由液态金属的密度差造成自由对流运动2）表面张力差所引起的强对流运动3）热源的各种机械力所产生的搅拌作用 2.作用：1）使熔池中焊丝金属和母材金属混合均匀，使冶金反应顺利进行2）获得成分均匀的焊缝金属，有利于气体和非金属夹杂逸出1.2焊接过程中对金属的保护熔渣:埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接。
利用焊剂以及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属的，焊接的保护效果取决于焊剂的粒度和结构、混合气体）中焊接。
保护效气体：气焊、在惰性气体和其他保护气体（如CO2果取决于保护气的性质与纯度、焊炬的结构、气体的特性等因素熔渣和气体：具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接。
一般由造气剂、造渣剂和钛合金等组成的。
造渣剂融化以后形成熔渣，覆盖在熔滴和熔池表面上将空气隔开。
熔渣凝固以后，在焊缝上面形成渣壳，可以防止处于高温的焊缝金属与空气接触。
焊接物理冶金_第二章 焊接传热
–热能 –机械能
熔焊
焊接热源的特点：
–能量密度高度集中； –快速实现焊接过程； –保证得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。
4
1.2 焊接热源 welding heat source
焊接热效率
电弧功率 ： q0 = U I 电弧有效热功率： q = η q0 焊接热效率： η= q/ q0 =（ q1＋q2 ）/ q0 熔化焊缝的热效率： ηm = q1 / （ q1＋q2 ）
往并不适合实际情况，这就使解的精确程度受到不 同程度的影响。
数值方法
数值方法又叫数值分析法，是用计算机程序来求
解数学模型的近似解（数值解），又称为数值模
拟或计算机模拟。
1.2 焊接热源 welding heat source
点热源（三维）point heat source
–厚大焊件焊接
线热源（二维） linear heat source
–薄板焊接
面热源（一维）plane heat source
–细棒磨擦焊
8
1.2 焊接热源 welding heat source
对具体热场用上述微分方程进行求解时，需要
根据具体问题给出导热体的初始条件与边界条
件。
初始条件： 初始条件是指物体开始导热 时（即 t = 0 时）的瞬时温度分布。 边界条件： 边界条件是指导热体表面与 周围介质间的热交换情况。
常见的边界条件有三类：
第一类边界条件： 给定物体表面温度随时间的变化关系
32
1.4 焊接热循环 weld thermal cycle
焊接热循环的主要参数 ③ 在相变温度以上的停留时间
tH t t
焊接化学冶金知识概述PPT(89张)
焊接化学冶金的首要任务就是对焊接区内的金属加强保护，以免 受空气的有害作用。
(二) 保护的方式和效果
1 埋弧焊：是利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属 的，焊剂保护效果取决于焊剂的粒度和结构。
2 气体保护焊：保护效果取决于保护气的性质与纯度。惰性气体(氩、 氦等)保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其合金。
平均熔敷速度 ：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔 敷速度。gD=GD/t=αpI
损失系数： 在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分 焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数。
G G DgMgD1 H
G
gM
P
熔敷速度才是反映焊接生产率指标 H(1 ) P
目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参 考。
●随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低。
●低碳钢熔滴的平均温度在2100~2700 K的范围内。
（二）熔池的形成
熔池：焊接热源作用在焊件上所形成的具有一定几何形状的液态 金属部分就是熔池。
熔池是由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的。 若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的母材所组成。
均匀的焊缝金属。
b) 有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速 冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔)，提 高焊接质量。
图1-5 TIG焊 钛合金时熔池 中金属的流向
二 焊接过程中对金属的保护
(一) 保护的必要性 （1）防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中
氧和氮的含量。 （2）防止有益合金元素的烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的
(2)熔滴的比表面积和相互作用时间 熔滴的比表面积:表面积与质量之比：
焊接冶金学基本原理
1.第一章1、氮对焊接质量的影响?(1).有害杂质(2).促使产生气孔(3).促使焊缝金属时效脆化。
影响焊缝含氮量的因素及控制措施?1）、机械保护2)、焊接工艺参数（采用短弧焊;增加焊接电流; 直流正接高于交流，高于直流反接（焊缝含N量）; 增加焊丝直径;N%，多层焊>单层焊;N%，小直径焊条>大直径焊条3)合金元素( 增加含碳量可降低焊缝含氮量;Ti、Al、Zr和稀土元素对氮有较大亲和力2.、氢对焊接质量的影响?1）.氢气孔2)、白点3)、氢脆4)、组织变化和显微斑点5)、产生冷裂纹控制氢的措施?1)、限制焊接材料的含氢量，药皮成分2)、严格清理工件及焊丝：去锈、油污、吸附水分3)、冶金处理4)、调整焊接规范5)、焊后脱氢处理3、氧对焊接质量的影响?1）、机械性能下降；化学性能变差2）、产生CO气孔,合金元素烧损3）、工艺性能变差应采取什么措施减小焊缝含氧量?1)纯化焊接材料2)控制焊接工艺参数3)脱氧4.CO2保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝，为什么？答：采用高锰高硅焊丝，原因:(1)Mn,Si被烧损;(2)Mn，Si联合脱氧。
5.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？答：L=(FeO)/[FeO] T↑L↓，焊接温度下L>1同样温度下，FeO在碱性渣中比酸性渣中更容易向金属中分配在熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多。
然而碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条低碱性焊条药皮的氧化势小的缘故6为什么焊接高铝钢时，即使焊条中不含SiO2，只是由于水玻璃作粘结剂焊缝还会严重增硅？答：Al和O的亲和力比Si和O的亲和力大，Si烧损少，水玻璃中的Si能大量的过渡到金属中。
7.为什么酸性焊条用锰铁作为脱氧剂，而碱性焊条用硅铁、锰铁和钛铁为脱氧剂？答：酸性焊条含SiO2多，与MnO2 （脱氧产物）形成复合氧化物，，降低O含量，使渣中MnO2含量降低，浓度降低，从而使熔敷金属中的氧化物向渣中过渡，达到脱氧的目的。
山大焊接物理冶金PPT
涵盖熔化焊接、钎焊和固相焊接几部分。
Part I 焊接的基本概念
2 焊接的分类——熔化焊
熔化焊——液相焊 钎焊——液固相焊
固 相 焊
压力焊——固相焊
Part I 焊接的基本概念
2 焊接的分类——熔化焊
熔化焊：是指焊接过程中，对于紧密贴在一
起的被焊工件，将焊接接头加热至熔化状态，
22/11 12
26/11 12
19/11 13 3/12 6/12 13 14
)
10/12 14
材料成型基础
Part I
焊接基本概念
焊接的基本概念
1、 焊接的定义及特点 2、 焊接技术的发展 3、 焊接的分类
4、 焊接应用
5、 焊接专业及其研究领域
1 焊接的定义及特点
连接技术的历史与发展
连接技术是伴随着材料的应用而产生的。 在人类还只能使用天然材料时，就产生了 捆绑、镶嵌、缝纫等连接技术。 当人类可以制造材料后，现代意义上的连 接技术就开始萌生了。 除机械方法以外，钎焊或许是最古老的连 接金属的技术。 焊接技术属于连接技术的范畴
Part I 焊接的基本概念
2 焊接的分类——压力焊
压力焊
焊接有两种形式，一是将被焊金属接触部分加 锻 扩 摩 搅 高 电 电 冷 超 爆 接 散 擦 拌 频 阻 阻 压 声 炸 热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定 焊 焊 摩 电 点 对 焊 波 焊 擦 阻 、 焊 焊 的压力，以使金属原子间相互结合形成牢固的 焊 焊 缝 焊 焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊、气压焊 等就是这种类型的压力焊方法。二是不进行加 热，仅在被焊金属接触面上施加足够大的压力， 借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相 互接近而获得牢固的压挤接头，这种压力焊的 方法有冷压焊、爆炸焊等
焊接冶金学
焊接冶金学结论一、焊接过程的物理本质1、焊接定义被焊工件的材质通过加热或加压或二者并用，用或不用添充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。
定义掌握三个要点：一是材料，可以是金属、非金属；可以是同种材料、异种材料。
二是达到原子间的结合。
三是永久性。
2、金属连接的障碍1）金属表面只有个别微观点接触；2）材料表面存在着氧化膜、油、杂质、污物、锈等。
3、解决的方法1）加热加热到熔化状态——熔化焊2）加压（加热或不加热）——压力焊4、分类1）冶金角度分：液相焊接：指熔化焊，利用热源加热侍焊部位，使之发生熔化，利用液相的相溶，达到原子间的结合。
它包括电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、激光焊等。
固相焊接：指压力焊，是焊接时必须使用压力，使待焊部位的表面在固态下达到紧密接触，并使待焊表面的温度升高（一般低于材料的熔点），通过调解温度、压力和时间，造成接头处材料进行扩散，实现原子间的结合。
它包括电阻焊、磨擦焊、超声波焊等。
固-液相焊接：待焊表面并不直接接触，通过两者毛细间隙中的中间液相联系。
在待焊的同质或异质材质固态母材与中间液相之间存在两个固-液界面，由于固液相间能充分进行扩散，可实现原子间的结合。
2）从焊接方法上分：一是熔化焊：a、电弧焊：手工电弧焊、埋弧焊、气电焊。
b、气焊c、电渣焊d、等离子焊e、真空电子束焊f、激光焊二是压力焊：a、磨擦焊、b、接触焊：点焊、对焊、闪光焊、缝焊等。
c、超声波焊d、扩散焊三是钎焊：真空钎焊、火焰钎焊、感应钎焊等。
二、焊接热源种类及其特性1、热源的发展上个世纪80年代发现碳弧焊；1891年金属极电弧焊；本世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊；30年代，厚皮焊条电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊；40年代，埋弧焊和电阻焊；50年代，CO2气体保护焊和电渣焊；60年代，电子束焊和等离子弧焊与切割；70年代，激光焊焊接与切割；80年代，逐步完善电子束焊接和激光焊接工程；90年代，寻找新能源，如太阳能、微波等。
《焊接冶金学——基本原理》教学课件 第二章
熔渣
埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接
气体
熔渣和气体 真空 自保护
气焊、在惰性气体和其他保护气体(如CO2、混合气体)中焊接
具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 真空电子束焊接 用含有脱氧、脱氮剂的所谓自保护焊丝焊接
表2-2 熔焊方法的保护方式
2.1.1 焊接过程中对金属的保护
各种保护方式的保护效果是不同的。例如,埋弧焊是利用焊剂及其熔化 以后形成的熔渣隔离空气保护金属的,焊剂的保护效果取决于焊剂的粒度 和结构。多孔性的浮石状焊剂比玻璃状的焊剂具有更大的表面积,吸附的 空气更多,因此保护效果较差。试验表明,焊剂的粒度越大,其松装密度(单位 体积内焊剂的质量)越小,透气性越大,焊缝金属中含氮量越高,说明保护效果 越差(见表2-3)。但是不应当认为焊剂的松装密度越大越好。因为当熔池 中有大量气体析出时,如果松装密度过大,则透气性过小,将阻碍气体外逸,促 使焊缝中形成气孔,使焊缝表面出现压坑等缺欠,所以焊剂应当有适当的透 气性。埋弧焊时焊缝的含氮量一般为0.002%~0.007%(质量分数),比焊条 电弧焊的保护效果好。
180
20~40
伸长率(%)
25~30
5~10 冲击吸收能量/J 117.6 3.92~19.6
表2-1 低碳钢无保护焊时焊缝的性能 2.保护的方式和效果
事实上,大多数熔焊方法都是基于加强保护的思路发展和完善起来的。迄 今为止,已找到许多保护材料(如焊条药皮、焊剂、药芯焊丝中的药芯、保护 气体等)和保护手段(见表2-2)。
550 800 1000 1200
3800 3000 2500 2000
0.0094 0.0043 0.0022 0.0022
表2-3 中锰高硅低氟焊剂(HJ331)的松装密度与焊缝含氮量的关系
山大焊接物理冶金PPT
提。
时还需要考虑生产效率和经济性等因素。
焊接缺陷的形成与防止
焊接缺陷是指在焊接过程中或焊接后出现 的各种不符合设计要求或技术标准的问题 ，如裂纹、气孔、夹渣、未熔合等。
为了防止焊接缺陷的产生，需要采取一系列 措施，如提高材料质量、加强工件加工和装 配质量的控制、选择合理的焊接工艺参数等 。
焊接缺陷的形成与多种因素有关，如 材料质量、加工精度、装配质量、焊 接工艺参数等。
焊接结构的使用性能与安全评定
01
焊接结构是指通过焊接方法连接而成的结构件，广泛应用于机械、建筑、船舶 、化工等领域。
02
焊接结构的使用性能是指其承受载荷的能力、工作稳定性和耐久性等方面，这 些性能需要通过试验和计算进行评价。
03
安全评定是指对焊接结构的承载能力进行评估，以确保其在正常工作条件下能 够安全可靠地工作。安全评定需要考虑多种因素，如载荷大小和分布、材料特 性、结构形式和尺寸等。
焊接结构的安全评定与寿命预测
焊接结构的完整性评估
通过无损检测、力学性能试验等方法对焊接结构的完整性进行评 估，确保其安全可靠。
寿命预测与可靠性分析
基于焊接接头的疲劳性能、断裂力学等理论，对焊接结构的寿命进 行预测和可靠性分析。
环境因素对焊接结构的影响
研究环境因素（如温度、湿度、腐蚀等）对焊接结构的影响，为其 在各种环境下的安全使用提供保障。
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焊接物理冶金的重要性
提高焊接质量
通过深入理解焊接过程中的物理 和化学现象，可以更好地控制焊 接质量，减少焊接缺陷，提高结
构的可靠性和安全性。
促进新材料的应用
焊接物理冶金为新材料的应用提供 了理论基础和技术支持，有助于推 动新材料在工程领域的发展。
焊接ppt课件
三. 埋弧焊工艺
2）采取防漏措施 ① 双面焊； ② 手工电弧焊封底； ③ 焊剂垫； ④ 垫板。
3)要有引弧板和引出板
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四、埋弧焊应用
应用： 主要用于较厚 钢板的长直焊 缝和较大直径 环形焊缝焊接。
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压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直 焊缝、船舶和潜艇壳体、起重机械、冶金机械 （高炉炉身）等的焊接。
15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV 焊接性较差。 焊前预热（150~250℃），焊后缓冷；选用低氢型焊条； 焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。
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§3-4 铸铁的焊补
一、铸铁焊补的特点（困难）
1. 熔合区易产生白口组织和淬硬组织； 2. 焊缝区易产生裂纹； 3. 焊缝区易产生气孔； 4. 熔池金属易流失；
电阻焊
对焊
电阻对焊应用： 用于断面简单， 直径（或边长） 小于20mm或强 度要求不太高的 工件。
闪光对焊应用： 用于重要工件的焊接。 可焊相同金属，也可 焊异种金属（铝—钢、 铝—铜等）。工件直径 —0.01mm~200mm。
44
电阻焊
对焊 主要用于棒料的对接
对接接头形式
45
§2-2 摩擦焊
8
§1-2 焊接接头的组织与性能
焊接接头 焊缝区 焊接热影响区
1 焊缝区
熔池金属冷却结晶所 形成的铸态组织。
2 焊接热影响区
焊缝两侧的母材，由于 焊接热的作用，其组织和性 能发生变化的区域。
9
熔合区 过热区 正火区
焊接热影响区
部分相变区
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① 熔合区
焊缝和母材金属的交界区。 （0.1-1mm）
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§1-7 等离子弧焊接与切割
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图1-13 焊接参数对温度场分布的影响（10mm厚的低碳钢板） a) q=常数, v的影响;b) v=常数, q及v等比例变化时对温度场的影响
图1-14 在相同的热功率q、热源移动速度v和相同板厚δ条 件下，不同材料板上移动线热源周围的温度场
图1-16 焊接热循环的参数
图1-15 距焊缝不同各点的焊接热循环
表0-2 低碳钢熔敷金属成分及性能变化（同一焊丝）
图0-13 细晶粒低碳钢焊接接头各部位的临界COD值（手弧焊） 1—母材； 2—250℃预热应变的母材； 3—细晶粒的HAZ 4—粗晶粒的HAZ； 5—焊缝（1.58KJ/cm）
焊缝裂纹
火口裂纹
裂纹断裂表面
HAZ裂纹
HAZ裂纹
焊缝气孔
图？ 双椭圆分布热源示意图
图？ 半椭球体分布热源示意图
图？ 双椭球体分布热源示意图
图？ 手工电弧焊原理
第三章 焊缝金属
q 4200W , 0.42W /(cm C ), 0.1cm2 / s
b0 28 10 4 / s, 1cm
图1-9 薄板焊接时的温度场
a) xOy面上平行x轴的温度分布 b) xOy面上的等温线 c) xOy面上平行y轴的温度分布
图1-10 中厚焊件焊接时的温度场
1—焊缝
图0-12 熔焊接头示意 2—熔合区 3—热影响区
图0-2 手工电弧焊接头
图0-13 熔合区
图0-14 熔合线
表0-1 焊接热源能量密度与熔透区截面形状
图0-4 气体保护焊接头
图0-7 电子束焊接头
三、金属的焊接性
1. 焊接冶金问题的提出 （1）焊缝的化学成分、组织及性能与母材有较大的差别； （2）即使焊缝的化学成分与母材相同，但组织和性能不同 （3）HAZ经历了特殊的热循环，组织和性能明显变化； （4）熔合区存在明显的成分、组织及性能的不均匀性； （5）焊接接头易出现裂纹、气孔缺陷。 2. 金属的焊接性的意义 定义：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整 的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。金属焊接性包括 结合性能（裂纹、气孔、夹渣等）和使用性能（力学性能、 耐蚀性能、耐磨性能等） 两方面。 金属焊接性问题主要来源于焊接冶金特点，从焊接冶金 角度可揭示金属焊接性的本质。
a) 坐标示意图 b) xOy面上沿x轴的温度分布 c) xOy面上的等温线 d) yOz面上沿y轴的温度分布 e) yOz面上的等温线
q 4200W , v 0.1cm / s, 0.42W /(cm C ), 0.1cm2 / s
图1-8 薄板焊接时x轴上各点的温度分布
表1-1 不同焊接方法的η值
图1-1 电弧焊时的热量分布 a) 厚皮焊条（I=150~250A，U=35V）分布 b) 埋弧焊（I=1000A，U=36V，v=36m/h）
图1-2 加热斑点上热流密度的分布
图1-3 直流TIG焊接时的热能集中系数与焊接电流的关系
第二节 焊接温度场
一、典型的焊接温度场 （1）厚大件（三维）焊接温度场 （2）薄板（二维）焊接焊接温度场 （3）线棒（一维）焊接焊接温度场 （4）中厚板焊接温度场 （5）大功率高速移动热源温度场
焊接物理冶金
课程编码： QR435005 课程名称：焊接物理冶金 英文名称： The physical metallurgy of welding 开课学期： 2 学时/学分：40/2 课程类型：必修课 开课专业：材料加工工程 教学方式：授课与自学 考核方式：考试、考查
b0 28 10 4 / s, 1cm
图1-11 厚大焊件上高速热源的传热模型
图1-12 高速热源作用在薄板上的传热模型
二、焊接温度场的影响因素
（1）热源的种类和焊接工艺参数 （2）被焊金属热物理性质
三、焊接热循环主要参数
（1）加热速度 （2）加热的最高温度 （3）高温停留时间 （4）冷却速度
焊接化学冶金：基本任务是研究焊接过程中焊接区各种物质 之间在高温下相互作用的过程和规律（如焊接区内金属、气 体与熔渣三相间的相互作用，焊缝金属的合金化及其成分控 制等）。研究过程的规律。 焊接物理冶金：这门科学的基本任务在于对材料受焊后的化 学成分、组织、性能的变化和产生缺陷的原因进行深入的分 析，找出内在的规律，探明材料受焊过程和受焊之后物理、 化学及微观的变化行为，为进一步提高焊接质量、防止各种 缺陷提供理论依据。研究过程结果影响的规律。 焊接力学冶金：基本任务是研究焊接过程中及焊后焊接接头 应力场的变化规律及其对接头组织和性能的影响规律。
图0-11 钎焊接头
2. 焊接接头的表征
焊接区包括焊缝区、熔合区和热影响区 — 焊接接头 （Welded joint） 1. 焊缝区 (a) 不加焊接材料：焊缝区（Weld zone）- 熔合区（Fusion zone） 、焊缝金属（Weld metal） (b) 加焊接材料: 焊缝区（Weld zone）、焊缝金属 （Weld metal）、熔合比（ Fusion ratio） (c) 不包括母材的影响：熔敷金属（Deposited metal） 2. 热影响区（Heat-affected zone, HAZ） 焊缝区周围的母材受热作用引起组织和性能变化的区域。 3. 熔合区（Fusion zone） 在焊缝区与热影响区之间尺寸非常小的过渡区。 4. 焊缝金属深/宽比
图1-4 动坐标系
图1-5 各种钢热导率与温度的关系 1-纯铁 2-低碳钢[ω(C)=0.1%] 3-中碳钢[ω(C)=0.45%] 4-低合金钢[ω(Cr)=4.98%] 5-高铬钢(1Cr13) 6-不锈钢（18-8）
图1-6 厚大焊件x轴上热源前后各点的温度分布
图1-7 厚大焊件上移动热源的温度场
图0-1 手工电弧焊
图0-2 手工电弧焊接头
图0-3 气体保护焊
图0-4 气体保护焊接头
图0-5 埋弧焊
图0-6 埋弧焊接头
图0-7 电子束焊接头
图0-8 45钢与W4Cr4V2高速钢扩散焊接头组 织
图 瞬间液相扩散焊（Cu-Mg共晶温度485℃）
图0-9 电阻焊接头
图0-10 摩擦焊接头
焊缝气孔内部
图0-13 细晶粒低碳钢焊接接头各部位的临界COD值（手弧焊） 1—母材； 2—250℃预热应变的母材； 3—细晶粒的HAZ 4—粗晶粒的HAZ； 5—焊缝（1.58KJ/cm）
第二章 焊接热过程
第一节 焊接热过程特点、热效率、加热斑点
一、焊接热过程特点 （1）焊接热过程的局部集中性（加热、冷却速度极不均匀） （2）焊接热过程的瞬时性（加热、冷却速度极快）； （3）焊接热源的运动性（特殊的热循环）； （4）焊接传热过程的复杂性（液体对流、固体导热、辐 射）。
二、焊接热效率
电弧功率 ：
q0 = U I
电弧有效热功率： q = ηq0 焊接热效率： η= q/ q0 =（ q1＋q2 ）/ q0 熔化焊缝的热效率： ηm = q1 / （ q1＋q2 ） 三、加热斑点 热源把热量传给焊件是通过焊件上一定的加热面积进行 的，对于电弧焊而言该面积称为加热斑点。 热流密度在热斑点上的分布可用高斯曲面来描述。
二、焊接接头的形成 1. 焊接的本质
焊接的本质在于实现材料之间的冶金结合（ Metallurgy bonding）,也就是原子结合。焊接方法需借助加热、加压实 现原子结合。
（1）熔化焊 通过液相互溶实现原子结合（液相焊） 。 （2）压力焊 通过施加压力（加热或不加热）实现原子结合。 （3）钎焊 通过液相钎料对固相母材的吸附、润湿、铺展、扩散等 实现原子结合。
a) 中厚件上表面不同y值时x方向上的温度分布曲线 b) xOz平面上的等温线 c) 中厚焊件的上表面温度场 d) 中厚焊件的下表面温度场 e) yOz平面，x=0时的温度分布 f) yOz平面，x=0时的热流分布 I区相当厚大焊件，III区相当于薄板，II区为无定型传热区
q 4200W , 0.42W /(cm C ), 0.1cm2 / s
第一章 绪论
一、焊接物理冶金
Metallurgy: The science separating metals from their ores, and of separating metals for use（把金属从矿石中提炼出来 和应用的科学） 冶金学：冶金学是金属科学及其工艺学的一个广阔的领域， 它包括过程冶金学和物理冶金学两个部分。过程冶金学也称 为化学冶金学，它研究金属从矿石中的提取以及精炼、合金 化起始的生产中的问题；物理冶金学主要关心的是过程冶金 学（化学冶金学）的产品及其机械的、物理的与化学的性能。第四章 第五章 绪论 焊接热过程 焊缝金属 焊接热影响区 焊接裂纹
主要参考书：
1. 张文钺 编著. 焊接物理冶金，天津大学出版社，1991 年。 2. K. Easlerling. Introduction to the physical metallurgy of welding, London press, 1981. 3. 中国焊接学会编. 焊接手册（材料的焊接），机械工业 出版社，2001年。 4. 周振丰 主编. 焊接冶金学（金属焊接性），机械工业出 版社，1993年。 5. 周振丰主编. 焊接冶金及金属焊接性，机械工业出版社 1987年。 6. 陈伯蠡主编. 焊接冶金原理，清华大学出版社，1989年。 7. H.H. 雷卡林著. 焊接热过程计算， 中国工业出版社， 1961年。