熔焊原理-第五章
熔焊原理第五章
温度区间的塑性大大降低，硫和磷又极易偏析，从而增加了 脆性温度区间范围 ◎碳：增加碳，使S、P在晶界析出，结晶裂纹倾向增大。对 含碳量较高的钢，要严格控制其硫、磷的含量 ◎锰：具有脱硫的作用，能臵换FeS为MnS，提高了焊缝的抗 裂性 ◎硅：少量硅，有利于消除结晶裂纹，含量≥0.4%，易形成 硅酸盐，增加结晶裂纹倾向
焊接冷裂纹
三、冷裂纹的形成机理及影响因素
1、氢的作用
溶解在焊缝中的氢在结晶过程中向热影响区扩散， 当焊缝的冷却速度快，这些氢不能逸出时，就聚集 在离熔合线不远的热影响区中。 当热影响区存在氢便会在这些缺陷处聚集，并由 原子状态转变为分子状态，造成很大的局部应力， 再加上焊接应力和组织应力的共同作用，促使显微 缺陷扩大，从而形成裂纹。 氢的扩撒、聚集、产生应力和裂纹需要一定的时 间，所以裂纹具有延迟的特征。
③调整冷却速度 预热，降低冷却速度，减小结晶裂纹倾向 ④降低接头的刚度和拘束度 在接头设计和调整装焊顺序，减小接头的刚性和 拘束度，使焊缝பைடு நூலகம்自由收缩，减小焊接应力。
焊接热裂纹
（二）液化裂纹 焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下， 在母材近缝区与多层焊的层间金属中，由于 低熔点共晶被加热熔化，在一定收缩应力作 用下沿奥氏体晶界产生的开裂，即为液化裂 纹。 1、形成机理 2、影响因素 3、防止液化裂纹的措施
焊接冷裂纹
五、防止冷裂纹的措施 1、控制母材的化学成分 从设计上应选用抗冷裂性能好的材料进行焊接 一般可用碳当量CE或冷裂纹敏感系数PCM来评价 2、合理选择和使用焊接材料 目的：减少氢和改善焊缝金属的塑性和韧性。 1)焊接淬硬倾向大的钢材，选用碱性焊条 2)防潮、按要求烘干、清理 3)选用低匹配的焊条，选用强度级别略低的焊条 4)选用奥氏体焊条 5)添加提高焊缝金属韧性的合金元素。
焊工工艺学第四版第五章
§5-5 控制和改善焊接接头性能的方法
一、材料的匹配
材料的匹配主要是指焊接材料的选用。 对于低碳钢、低合金高强度结构钢、低温钢，一 般不要求焊缝金属与母材成分一样，而是要求力学性 能与母材相同。 对于耐热钢和不锈钢，为保证焊缝具有与母材相 近的高温性能和耐腐蚀性能，其焊接材料的化学成分 应与母材大致相同。
（2）氧对焊接质量的影响 1）焊缝金属中的氧，不仅会使焊缝中有益元素大 量烧损，而且会使焊缝的强度、塑性、硬度和冲击韧 性降低。 2）降低焊缝金属的物理性能和化学性能。 3）在焊缝内形成气孔。 4）产生飞溅，影响焊接过程稳定。
（3）控制氧的措施 1）加强保护，如采用短弧焊、选用合适的气体流量 等，防止空气侵入， 还可以在惰性气体保护或真空保 护下焊接。 2）清理焊件及焊丝表面的水分、油污、锈迹，按规 定温度烘干焊剂、焊条等焊接材料。 3）对焊缝脱氧也是行之有效的措施。
2. 电弧加热
真正使焊条、焊丝熔化的是电弧热。
三、焊条、焊丝金属向母材的过渡
1. 熔滴过渡的形式
熔滴过渡的形式 ａ) 滴状过渡 ｂ) 短路过渡 ｃ) 喷射过渡
2. 熔滴过渡的作用力
（1）重力 （2）表面张力
熔滴的重力和熔滴的表面张力示意图 F1 —熔滴的重力 F2—熔滴的表面张力
（3）电磁压缩力
5. CO2气体保护焊
CO2气体保护焊采用氧化性气体CO2进行保护， 对合 金元素烧损较多，故需采用含硅、锰较多的焊丝。
（4）焊缝金属的脱氧 1）脱氧剂选择的原则 ①脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属的 亲和力大。 ②脱氧后的产物应不溶于金属而容易被排入熔渣，且 熔点应较低，密度应比金属小，易从熔池中上浮入渣。
2）焊缝金属的脱氧途径 ①先期脱氧 ②沉淀脱氧 ③扩散脱氧
熔焊原理
❖ 焊缝中的气孔 ❖ 焊缝中的夹杂 ❖ 焊接裂纹
焊缝中的气孔
一、气孔的类型及分布特征 根据气孔的产生原因，可以把气孔分为
析出型气孔和反应型气孔二类。 1、析出型气孔
包括氢气孔和氮气孔 2、反应型气孔
包括CO气孔和H2O气孔
焊缝中的气孔
二、焊缝中气孔的形成 产生气孔的过程可以分为三个阶段：
焊缝中的夹杂
二、防止焊缝中形成夹杂物的措施 （一）控制其来源 （二）正确选用焊接材料 （三）采用合理的焊接工艺 1、选用合适的焊接参数 2、清理熔渣 3、焊条电弧焊采用适当的焊接方法 4、注意对熔池的保护
焊接裂纹
一、裂纹的危害 1、减少了焊接接头的有效工作截面，因而降低了焊
接结构的承载能力。 2、造成了严重的应力集中，既降低了结构的疲劳强
焊接裂纹
（四）影响因素 1、氢的作用 2、组织的作用 3、应力的作用 （五）防止冷裂纹的措施 1、控制母材的化学成分 2、合理选择和使用焊接材料 3、焊前预热 4、控制焊接热输入 5、焊后热处理 6、加强工艺管理
焊接裂纹
3、防止结晶裂纹的措施 （1）控制焊缝金属的成分 （2）改善焊缝的结晶形态 （3）调整焊接工艺 主要从以下几个方面入手 ： ①限制熔池过热 ②控制焊缝成形系数 ③调整冷却速度 ④降低接头的刚度和拘束度
焊接裂纹
（二）液化裂纹
焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下， 在母材近缝区与多层焊的层间金属中，由于 低熔点共晶被加热熔化，在一定收缩应力作 用下沿奥氏体晶界产生的开裂，即为液化裂 纹。
主要是指焊接参数、操作产生的措施 （1）控制气体的来源
主要做到以下几方面：表面清理 、焊接 材料的防潮与烘干、加强保护 。 （2）正确选用焊接材料 （3）控制焊接工艺条件
金属熔焊原理
金属熔焊原理一．基础题：1焊接参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。
2焊条的平均熔化速度、熔敷速度均与电流成正比。
3短路过渡的熔滴质量和过渡周期主要取决于电弧长（电弧电压），随电弧长度的增加，熔滴质量与过渡周期增大。
当电弧长度到达一定值时，熔滴质量与过渡周期突然增大，这说明熔滴的过渡形式发生了变化，如果电弧长度不变，增大电流则过渡频率增高，熔滴变细。
4一般情况下，增大焊接电流，熔宽减小，熔深增大；增大电弧电压，熔宽增大，熔深减小。
5熔池的温度分布极其不均匀（熔池中部温度最高）。
6焊接方法的保护方式：手弧焊（气-渣联合保护），埋弧焊、电渣焊（熔渣保护），氩弧焊CO2焊、等离子焊（气体保护）。
7焊接化学冶金过程是分区域连续进行的。
8焊接化学冶金反应区：手工焊有药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区三个反应区；熔化极气保焊只有熔滴和熔池两个反应区；不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊只有熔池反应区。
9熔滴阶段的反应时间随焊接电流的增加而变短，随电弧电压的增加而变长。
10焊接材料只影响焊缝成分而不影响热影响区。
11焊接区周围的空气是气相中氮的主要来源。
12熔渣在焊接过程中的作用：机械保护、改善焊接工艺性能、冶金处理。
13分理论中酸碱性以1为界点，原子理论中，以0为界点。
14影响FeO分配系数的主要因素有：温度和熔渣的性质。
15焊缝金属的脱氧方式：先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧。
16脱硫比脱磷更困难。
17随焊芯中碳含量的增加，焊接时不仅焊缝中的气孔、裂纹倾向增大，并伴有较大飞溅，是焊接稳定性下降。
18焊条的冶金性能是指其脱氧、去氢、脱硫磷、掺合金、抗气孔及抗裂纹的能力，最终反映在焊缝金属的化学成分、力学性能和焊接缺陷的形成等方面。
19焊剂按制造方法分为：熔炼焊剂和非熔炼焊剂。
20焊丝的分类：实芯焊丝和药芯焊丝。
21焊接中的偏析形式：显微偏析、区域偏析、层状偏析。
22相变组织（二次结晶组织）主要取决于焊缝化学成分和冷却条件。
熔焊原理及金属材料的焊接PPT学习教案
第9页/共52页
4、母材的熔化与熔池
熔池： 熔化的焊条金属和熔化的母材组成具有一
定几何形状的液体金属部分 1)、熔池的形状与尺寸：
主要尺寸：熔池长度L，最大宽度 Bmax 最大熔深 Hmax
2)、熔池的温度： 平均温度取决于被焊金属的熔点与焊接方法
一、焊接时的焊缝金属保护
焊条药皮 的作用
保护 提供良好的工艺性能 渗合金 保证冶金反应过程
第13页/共52页
1、为什么要保护？ 防止大气中发氮、氧。
大量的N、O溶 入金属
金属氧化、烧损 气孔 夹渣
焊缝金属力 学性能下降
第14页/共52页
2、常用保护措施： 1）手工电弧焊 a、气保护
造气剂形成，caco3,淀粉、纤维素，糊精 b、渣保护，熔渣 c、气渣联合保护。 2）埋弧焊——渣保护 3）气保护：
2、氢的溶解机构
焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态
1).氢以原子形式溶入 2).以 [OH ] 溶入
3).以 H 溶入
第30页/共52页
3、[Ｈ]的影响因素
氢与金属作用的特点，把金属分为两类 ①与氢形成稳定氢化物的金属 ②不与氢形成稳定氢化物的金属 ③合金元素的影响 ：氢在铁中溶解度受合金元素影响
焊接化学冶金过程对焊缝金属的成分、 力学性能、某些焊接缺陷(如气孔，结晶裂纹)以 及焊接工艺性能都有很大的影响。
第2页/共52页
第一节、控制焊缝融合比
焊缝： 焊件经焊接后所形成的结合部分 熔焊时，焊缝金属是由熔化的母材与填充金
属组合而成，其组成的比例取决于具体的焊接工 艺条件。
有必要了懈焊条金属与母材在焊接中加热和 熔化的特点以及影响其组成比例的因素。
熔焊原理
1.什么是焊接？常用的焊接方法分为哪几类？通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工工艺方法称为焊接。
工件可以用各种同类或不同类的金属、非金属材料（塑料、石墨、陶瓷、玻璃等），也可以用一种金属与一种非金属材料。
金属的焊接在现代工业中具有广泛的应用，因此狭义地讲，焊接通常就是指金属材料的焊接。
按照焊接过程中金属材料所处的状态不同，目前把焊接方法分为以下三类：⑴熔焊焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法称为熔焊。
常用的熔焊方法有电弧焊、气焊、电渣焊等。
⑵压焊焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。
常用的压焊方法有电阻焊（对焊、点焊、缝焊）、摩擦焊、旋转电弧焊、超声波焊等。
⑶钎焊焊接过程中，采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。
常用的钎焊方法有火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊和真空钎焊等。
2.焊接区内有哪些气体？其来源如何？焊接过程中，焊接区内充满大量气体。
用酸性焊条焊接时，主要气体成分是CO、H2、H2O；用碱性焊条焊接时，主要气体成分是CO、CO2；埋弧焊时，主要气体成分是CO、H2。
焊接区内的气体主要来源于以下几方面：一是为了保护焊接区域不受空气的侵入，人为地在焊接区域添加一层保护气体，如药皮中的造气剂（淀粉、木粉、大理石等）受热分解产生的气体、气体保护焊所采用的保护气体（CO2气体、Ar气）等；其次是用潮湿的焊条或焊剂焊接时，析出的气体、保护不严而侵入的空气、焊丝和母材表面上的杂质（油污、铁锈、油漆等）受热产生的气体，以及金属和熔渣高温蒸发所产生的气体等。
3.试述氮、氢、氧对焊缝金属的作用和影响⑴氮氮主要来自焊接区域周围的空气。
手弧焊时，堆焊金属中约含有0.025%的氮。
氮是提高焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素，也是在焊缝中产生气孔的主要原因之一。
3.3熔焊原理
3.3.3 焊接化学冶金 （Welding Chemical Metallurgy）
3.3.3 焊接化学冶金 （Welding Chemical Metallurgy）
• 4, 气体的影响 氢大部分以原子形式存在，能自由扩散，称 为扩散氢；随着焊缝金属含氢量的增加，还有一 部分以分子形式存在，不能自由扩散，称为剩余 氢。氢的存在会 1）产生氢气孔； 2）引起氢脆性和白点； 3）产生冷裂纹。
• 2, 焊接裂纹－液态薄膜
3.3.6 焊接缺陷 （Welding Defects）
• 2, 焊接裂纹－液态薄膜
• 2，焊接裂纹
焊接冷、热裂纹比较
特征 分布 产生条件 防止措施
1,沿晶开 1,控制母材和焊材的 1, 晶间液态 裂 成分 焊缝 薄膜的存 热 2,表面有 在 2,合理的焊接规范 ＋ 裂 氧化色 纹 熔合区 2,拉应力的 3,调整焊缝化学成分 3,形状不 作用 4, 减小焊接应力 规则
裂纹倾向 热、冷裂 纹
冷、热裂 纹
3.3.5 焊接接头 （Welding Joint）
• 5 焊接接头(Welding Joint) 1, 焊缝金属的成分、组织和性能 焊缝金属的成分是不均匀的，存在微观、宏 观和层状偏析。 焊缝金属组织是一种铸态组织，晶粒形态主 要有胞状晶、树枝状晶和等轴晶。 在等强匹配原则下，焊缝金属的机械性能优 于母材，能满足实际要求。
3.3.1 电弧的特性 （ Characteristics of Arc ）
• 2 焊接电弧的机理 (Arc Mechanism) 焊接电弧有阴极区(Cathode zone)、阳极区 (Cathode zone) 和弧柱区(Arc column zone) 构成。
3.3.1 电弧的特性 （ Characteristics of Arc ）
熔焊原理
一、名词解释：1、碳当量：将钢铁中各种合金元素折算成碳的含量。
C eq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100% 式中：C、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu为钢中该元素含量2、工艺焊接性：是指金属材料对各种焊接方法的适应能力。
3、晶间腐蚀：在腐蚀介质作用下，起源于金属表面沿晶界深入金属内部的腐蚀。
4、白口组织：铸铁在较快速度冷却下，碳元素均以渗碳体（Fe3C）碳化物形式存在的组织，断口成亮白色而称为白口组织。
二、判断题1、金属材料的焊接性与使用的和焊接方法无关。
（×）三、简答题：1、什么叫金属的焊接性，它的影响因数有哪些？答：（1）焊接性：材料在有限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预订服役要求的能力。
（2）影响因数：①材料因数：母材本身的材质对热影响区的性能起着决定性影响。
②焊接方法：同一种母材采用不同的焊接方法，其焊接性是不同的。
③构件类型：构件类型决定了接头的刚度，应力集中程度与应力状态。
④使用要求：使用要求主要取决于工作条件，工作条件越恶劣，产品的使用性能要求越高，满足这些性能要求就越困难，就相当于降低了材料的焊接性。
2、评价金属焊接性的方法有哪些？答：金属焊接性的方法有直接法和间接法。
（1）直接法：①斜Y形坡口焊接裂纹试验②焊接热影响区最高硬度试验方法③插销试验方法④其它试验方法（2）间接法：①利用化学成分分析②利用CCT图分析③利用材料物理性能分析④利用材料的化学性能分析3、低合金钢焊接中焊缝热裂纹的产生原因，分析低碳高Mn热轧钢的热裂倾向。
答：（1）钢中的杂质元素较多尤其是S元素，若脱硫不完全，S与Fe发生反应生成FeS，而FeS又与Fe形成低熔点共晶体（FeS+Fe），在冷却过程中形成液态薄膜，在拉伸应力的作用下产生焊缝热裂纹。
（2）从钢的成分来看，这类钢含碳量一般较低，含锰量较高，Mn/S比都能达到要求具有较好的抗裂性。
Mn的加入使 [Mn]+ [S]生成高熔点的MnS。
熔焊原理及金属材料焊接
熔焊原理及金属材料焊接什么是焊接：焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。
宏观上焊接的两个特点：1.需要外界能量。
2.焊接结合的不可拆卸性。
微观上的特点：焊接件之间达成原子间的结合。
即就是原来分开的工件，经过焊接后在为微观上形成一个整体。
（两工件间建立了金属键）我们主要学习研究与熔焊有关的基本理论及应用焊接接头示意图：1.焊缝 2.熔合区 3.热影响区 4.母材焊缝：焊接时焊件经过焊接形成的结合部分。
热影响区：母材因受热的影响（但未熔化）而发生组织与力学性能的变化区域叫热影响区。
熔合区：焊缝与热影响之间的过渡区。
第一章焊接区温度的变化1.焊接区温度的变化加热是是实现熔焊的必要条件。
通过对焊件进行局部加热，使焊接区的金属熔化、冷却后形成牢固接头。
但加热也必将引起焊接区金属的成分、组织与性能的变化，其结果必将决定焊接的质量。
上述变化的程度则主要取决于温度变化的情况，。
因此能主动控制焊接质量，首先就应掌握焊接区温度变化的规律，即掌握温度与空间位置和温度与时间的关系。
焊接热源：电弧热、化学热、电阻热、摩擦热、等离子热、电子束、激光束、高频感应热等。
热源的性能不仅影响焊接质量，而且对焊接生产率有着决定性的作用。
理想的焊接热源应该是具有加热面积小、功率密度大、加热温度高等的特点。
2.焊接温度场热量的传导共有对流、对流和辐射三中基本方式。
在熔焊过程中三种方式都存在，热源的热量传递主要通过对流与辐射，母材与焊丝获得热量后在内部的传递则以传导为主。
影响焊接温度场的因素：热源的性质、焊接参数、被焊金属的热物理性能、被焊金属的几何尺寸。
3.焊接热循环：在焊接热源的的作用下，焊件上某一点的温度随时间的变化。
叫做焊接热循环。
焊接热循环讨论的对象是焊件上某一点的温度与时间的关系。
这一关系决定了改点的加热速度、保温时间和冷却速度，对接头的组织与性能都有明显的影响。
影响焊接热循环的基本因素：1.焊接线能量与预热温度2.焊接方法3.焊接尺寸4.接头形式5.焊道长度调整焊接热循环的方法：1.根据被焊金属的成分选择适用的焊接方法2.合理选用焊接参数3.采用预热、保温或缓冷等措施降低冷却速度。
焊工工艺学第五版教学课件第五章 金属熔焊过程
压力为0.1 MPa 时氢和氮在铁中的溶解度
§5-2 焊接化学冶金过程
2．氢对焊缝金属的作用 （2）氢对焊接质量的影响 1）形成气孔。 2）产生白点和氢脆。 3）产生冷裂纹。
29 第 五 章 金 属 熔 焊 过 程
§5-2 焊接化学冶金过程
2．氢对焊缝金属的作用
缝中含氮量的主要措施。 2）采取正确的焊接工艺措施，如尽量 采用短弧焊接，因为电弧越长，氮侵入熔池越多，焊缝中的含氮量越
高。此外，采用直流反接比直流正接可减少焊缝中的含氮量。
32 第 五 章 金 属 熔 焊 过 程
§5-2 焊接化学冶金过程
4．焊缝金属中硫、磷的危害及控制 （1）硫、磷的来源 焊缝中的硫、磷主要来自母材、焊丝、药皮、焊剂等材料。 （2）硫、磷的危害 硫、磷是焊缝中的有害杂质。硫化物共晶、磷化物共晶的熔点见表。
液体熔滴看成是由许多载流导体组 成的，如图中箭头所示，这样熔滴 就会受到由四周向中心的径向收缩 力，称为电磁压缩力。
14 第 五 章 金 属 熔 焊 过 程
电磁力在熔滴上的压缩作用 F—电磁压缩力
§5-1 焊条、焊丝及母材的熔化
2．熔滴过渡的作用力 （4）斑点压力 焊接电弧中的带电微粒（电子
和正离子）在电场的作用下分别向 阳极和阴极运动，撞击在两极的斑 点上而产生的机械压力称为斑点压 力，如图所示。
熔渣中有大量的碱性氧化物CaO、MnO 等，既能进行熔渣脱硫和脱磷，同 时又可进行元素脱硫。
35 第 五 章 金 属 熔 焊 过 程
§5-2 焊接化学冶金过程
四、焊缝金属合金化
1．焊缝金属合金化的目的
（1）补偿焊接过程中由于合金元素氧化 和蒸发等造成的损失，以保证焊缝金属的成分、组织和性能符合预 定的要求。 （2）通过向焊缝金属中渗入母材中不含或少含的合金元素，以满足 焊件对焊缝金属的特殊要求。 （3）消除焊接工艺缺欠，改善焊缝金属的组织和性能。
金属熔焊原理 第5次课
二、焊剂
（一）焊剂的作用及分类 1、焊剂的作用 对熔化金属起保护和冶金作用。 2、焊剂的分类 （1）按制造方法分可分为有熔炼焊剂和烧结焊剂两 大类 ◇熔炼焊剂 按照配方将一定比例的各种配料放在炉 中熔炼，然后经过水冷，使焊剂形成颗粒状，经烘 干、筛选而制成的焊剂。是目前生产中最广泛使用 的一种焊剂 ◇烧结焊剂 将一定比例配料粉末，混合均匀并加入 适量的粘结剂后经烘焙而制成
弧热作用下自身熔化过渡到焊件的熔池内，
成为焊缝中的填充金属。焊接时作为电极，
传导焊接电流，使之与焊件之间产生电弧。
作为填充金属，对焊缝质量和性能有影响。
4
（2）焊芯的规格尺寸
焊条的直径以焊芯的直径来表示。
焊芯直径有1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、 6.0等几种，焊芯长度常在250～450mm之 间
这类药皮焊条适合于全位置焊接。焊接电流为直流 反接。
13
4、按焊条性能特征分类
指按特殊的使用性能对焊条进行分类，
如超低氢焊条、低尘、低毒焊条、立向
下焊条、躺焊焊条、打底层焊条、盖面 焊条、高效铁粉焊条、重力焊条、防潮
焊条、水下焊条等。
14
（四）焊条型号与牌号的编制方法
1、碳钢焊条型号
15
焊接材料——焊条
金属熔焊原理
讲解人：韩兆波
1
主要内容
焊接材料
★焊条 ★焊丝与焊剂 ★焊接用保护气体
2
焊接材料—焊条
一、概述 （一）焊条的组成及作用 焊条是有药皮的、供焊条电弧焊用的熔化 电极，由药皮和焊芯两部分组成。
3
1、焊芯 （1）焊芯的作用
焊芯一根实心的金属棒，焊接时作为电极， 传导焊接电流，与焊件之间产生电弧；在电
金属熔焊原理
金属熔焊原理复习资料本教材主要介绍金属在熔焊过程中温度，化学成分，组织和性能的变化规律，常见焊接冶金缺陷产生的原因，影响因素及防止措施，焊接材料的性能与应用。
焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件间达到原子间，结合的一种加工方法。
通过焊接，两个焊件不仅在宏观上建立了永久的连接，而且在微观上形成了原子间的距离而结合成一体。
焊接的方法分类；熔焊（在焊接过程中，将待焊处的母材金属熔化，但不加压以形成焊缝的焊接方法。
包括焊条电弧焊，埋弧焊，气焊，电渣焊，气体保护焊）压焊（电阻焊，摩擦焊，锻焊等）钎焊（将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充焊头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法）第一单元焊接热过程在焊接热源作用下金属局部被加热与熔化，同时出现热量的传播和分布现象，而且这种现象贯穿整个焊接过程的始终，这就是焊接热过程。
在焊接条件下，热源离开后被融化的金属便迅速冷却，并发生结晶和相变的过程，最后形成焊缝。
焊接热过程的两个基本特点：1焊接热量集中在焊件连接部位，而不是均匀加热整个焊件。
2热作用的瞬时性。
常见的焊接热源：电弧热，化学热，电阻热，摩擦热，等离子弧，电子束，激光束，高频感应热。
焊接热源主要特征：最小加热面积，最大功率密度，在正常的焊接参数条件下能达到的温度。
埋弧焊的热效率高于焊条电弧焊。
电渣焊时，在熔化金属的同时，有大量的热能向母材金属传导，因而导致焊接热影响区过宽，晶粒粗大，成为电渣焊的最大缺点。
焊接过程中热能传递方式;1热传导（在金属内部，传导是热交换的唯一形式），2对流，3辐射。
焊接温度场是指焊接过程中某一瞬时焊件上各点的温度分布。
特点：1用等温线（或面）表示最为常用。
2等温线或等温面之间互不相交，有等温梯度。
在焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度随时间由低到高最后又由高到低的过程称焊接热循环。
焊接热循环的四个参数：加热速度，峰值温度，高温停留时间，冷却速度。
焊接原理 第五章
② 接头形式 不同接头形式的导热有差异，冷速不同。
相同板厚的丁字接头冷速要比V字接头大约1.5倍。
③ 焊道长度 接头形式、焊接参数一定时，焊道越短，冷速越大。
当焊道长度<40mm时，冷速明显增大。 弧坑处冷速约为焊缝冷速的2倍；甚至 比引弧断大20％。
④ 焊接线能量 随E增大，Tm 、tH增大 ， ωc增大。
即：t H = t′+ t″
奥氏体不仅在加热过程中长大，而且冷却过程中也在长大 ——奥氏体长大的热惯性.
加热速度ωH 最高加热温度Ｔm 相变温度以上
晶 粒 大 小
停留时间tH
冷却速度ωc (或冷却时间t8 / 5)
相 变 组 织
（4）冷却速度 ωc
冷却速度是决定焊接HAZ组织和性能的主要参数。
i. 某一温度下的冷却速度（瞬时冷速） ωc
奥氏体的均质化过程是属于扩散过程，因此加热速度快和相变以上停
留时间短，都不利于扩散过程的进行，从而均质化的程度很差。
3.焊接冷却过程组织转变的特点
由于焊接热影响区所经历的热过程与热处理条件下有明显不同，因此冷却过程的组 织转变会有很大差异，其冷却过程中组织的转变也有特点。焊接和热处理时，加热及 冷却过程。 熔合线附近是焊接接头的薄弱地带，主要研究该区的冷却组织转变。
（2）峰值温度 Tm
焊缝两侧各点的Tm不同，冷却过程中发生的相变不同，组织性能不同.
（3）高温停留时间 t H
在相变温度Ac3以上停留的时间。 一般指1100～1200℃以上的停留时间。 t H越长，越有利于奥氏体的均质化，同时带来严重的晶粒长大. 把高温停留时间tH分为加热过程的停留时间t′和冷却过程的停留时间t″.
（2）冷却速度的影响
熔焊原理的课件
度场都有不同程度的影响。
第三节 焊接熔化及熔池的形成
一 焊条的加热及熔化 在焊接过程中，焊条的加热及熔化对焊接工艺性能、焊接冶金反应、焊缝
的成分与性能以焊接生产率都有很大的影响。 1 焊条金属的加热
1 温度梯度 在不同的方向上有着不同的温度变化率。但是，只有在法线nn的方向上，
温度变化率最大。所以，在法线方向上的温度变化率就是温度梯度。温度梯 度是一个向量，它的方向是在法线上，指向温度增加的方向。 2 温度场的分类
按照焊件上各点温度与时间的关系来分 ： 1）稳定温度场 焊件上各点的温度不随时间而变化。即温度场只与焊件各 点的位置有关。其表达试为： T=f (x,y,z ) 2） 非稳定温度场 焊件上各点的温度随时间而变化。前面所分析的焊接温 度场就属于此类。 3）准稳定温度场 当热源温度不变，焊接过程进行了一个阶段以后，焊件传 热达到了饱和状态，形成了暂时稳定的温度场。例如固定热源在补焊缺陷时 就会出现这种情况。对于正常焊接条件的移动热源，在经过一定时间以后， 焊件也会形成准稳定温度场。这时焊件上各点的温度虽然随时间而变化，但 各个点温度能跟随热源一起移动，也就是这个温度场与热源以同样的速度向 前移动着。 按照焊件尺寸和热源性质来分 1）一维温度场 对焊条或焊丝加热，细棒的电阻焊对接，温度场均属于一 维的。 2）三维温度场 对于厚大焊件表面上的堆焊，可以把热源看成一个点，热 的传播是在空间的三个方向上。
h
J/g
（0-1530℃） 1331.4
＿
_
紫铜
3.78 1.32 3.（0-150℃）
＿
金属熔焊原理题库及答案
绪论（一）填空1. 焊接是通过（）或（），或两者并用，并且用或不用（），使焊件间达到（）的一种加工方法。
2. 焊接与其他金属连接方法最根本的区别在于，通过焊接，两个焊件不仅在宏观上建立了（），而且在微观上形成了（）。
3. 按焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为（）、（）和（）三大类。
4. 熔焊是指（）的焊接方法。
5. 压焊就是在焊接过程中，无论加热与否，必须（）。
（二）简答焊接过程的实质是什么?（三）分析讨论本教材的学习目标及重点是什么？答案1．加热加压填充材料原子间结合2．永久性连接原子间距离缩小3．熔焊压焊钎焊4．在焊接过程中，将待焊处的母材熔化，但不加压以形成焊缝5．对焊件施加一定压力以完成焊接的方法使两个分开的物体（焊件）达到原子结合。
第一单元焊接热过程综合知识模块一焊接热过程及其特点（一）填空1. 在焊接热源作用下（）, 同时出现（）现象，而且这种现象贯穿整个焊接过程的始终，这就是焊接热过程。
2. 在焊接条件下，热源离开后被熔化的金属便快速连续冷却，并发生（）和（）过程，最后形成（）（二）简答1. 焊接热过程的两个基本特点是什么？2. 焊接热过程对焊接质量主要有哪几个方面的影响？答案1．金属局部被加热与熔化热量的转播与分布2．结晶相变焊缝1．集中热、瞬时热。
2．焊缝质量；导致近缝区发生组织与性能变化；导致应力集中与焊接变形；影响焊接生产率。
综合知识模块二焊接热源（一）填空1. 焊接热源主要的三个特征是（）、（）和（）。
2. 在焊接过程中由热源所产生的热量并不是全部被利用，而是有一部分热量损失于（），即焊件吸收到的热量（）热源所提供的热量。
我们把焊件（包括母材与填充金属）所吸收的热量叫做（）。
3. 理想的热源应该是具有（）、（）、（）等特点。
（二）简答1. 生产中常用的焊接热源有哪些？2. 比较电弧焊与电渣焊的焊接热源的特点及热效率。
（三）分析讨论分析各种焊接方法所用的焊接热源的特点，讨论一下不同的焊接热源的热效率。
- 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)。
第五章
一、简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。
按产生裂纹的本质来分，焊接裂纹可分为五大类：
1、热裂纹
产生：在焊接时高温下产生。
特征：宏观看, 沿焊缝的轴向成纵向分布（连续或继续）也可看到缝横向裂纹，裂口均有较明显的氧化色彩，表面无光泽，微观看，沿晶粒边界（包括亚晶界）分布，属于沿晶断裂性质。
热裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。
2、再热裂纹
产生：由于重新加热（热处理）过程中产生称再热裂纹—消除应力处理裂纹。
特征：多发生的低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。
再热裂纹的敏感温度，视钢种的不同约550～650℃。
3、冷裂纹
产生：温度区间在+100℃～-75℃之间。
特征（断口）：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。
微观看：晶间断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。
冷裂纹又分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）、低塑性脆化裂纹等三类。
4、层状撕裂
产生：由于轧制母材内部存在有分层的夹杂物(特别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的垂直轧制方向的应力，使热影响区附近地方产生呈“台阶”状的层状断裂并有穿晶发展。
特征：它属于低温开裂，一般低合金钢，撕裂的温度不超过400℃；常发生在厚壁结构的T型接头、十字接头和角接头，是一种难以修复的失效类型。
5、应力腐蚀裂纹
产生：金属材料在某些特定介质和拉应力共同作用下所产生的延迟破裂现象，称应力腐蚀裂纹。
特征：形态如同枯干的树枝，从表面向深处发展，大多属于晶间断裂性质，少数也有穿晶断裂。
从端口来看，为典型的脆性断口。
二、焊接结晶裂纹的形成过程及条件是什么？
1、过程：在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹。
2、条件：必要条件是拉伸应力。
焊缝在脆性温度区间所承受的拉伸应变大于焊缝金属所具有塑性，或者说焊缝金属在脆性温度区间内的塑性储备量()s e∆小于零时就会产生结晶裂纹。
三、结晶裂纹冶金和力学影响因素有哪些？防治措施有哪些？
1、冶金因素
1) 结晶温度区间
2) 合金元素
3) 低熔共晶形态
4) 结晶组织形态及组织对结晶裂纹的影响
2、力学因素
在焊接时脆性温度区内金属的强度要小在脆性温度区内金属所承受的拉伸应力。
产生结晶裂纹的充分条件：σσ<m
产生结晶裂纹的条件是冶金因素和力共同作用，二者缺一不可。
3、防止措施
1) 冶金方面
①控制焊缝中有害杂质的含量
限制S 、P 、C 含量S 、P<0.03-0.04
焊丝C<0.12% (低碳钢)
焊接高合金钢，焊丝超低碳焊丝
②改善焊缝的一次结晶
细化晶粒，加入Mo 、V 、Ti 、Nb 、Zr 、Al 双相组织
③限制熔合比
④利用“愈合作用”
2) 工艺方面（减少拉应力）
四、什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？
1、脆性温度区间：熔池金属进入固液阶段，由于液态金属少，主要是那些低熔点共晶，在拉伸应力作用下所产生的微小缝隙都无法填充，只有稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，该区间称为脆性温度区间。
[金属在固相线上下温度范围内延伸率极低，金属呈现脆性断裂，把该温度区间定义为脆性温度区间]
2、由于该区间液态金属的流动困难，延伸率低，金属呈脆性断裂，故该区间的金属塑性很低
五、综合分析脆性温度区及在该区内金属的塑性和变形增长率之间的影响因素。
1、在脆性温度区间内金属的塑性越小，越容易产生结晶裂纹，它主要决定于化学成分，凝固条件，偏析程度，晶粒大小和方向等冶金因素。
2、脆性温度区间内，随温度下降，由于收缩产生的拉伸应力增大，应变得增长率将增大，产生结晶裂纹，应变增长率的大小主要决定于金属的热胀系数，焊接接头的刚度，焊缝位置，焊接规范大小，温度场分布等因素。
六、试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。
1、特征：
冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。
有时沿晶界扩散断裂，有时是穿断裂。
冷裂纹主要发生在焊缝金属中。
2、影响因素：
1）钢种化学成分的影响，钢种的碳含量越高，淬硬倾向越大，即增大冷裂纹的敏感性；
2）拘束应力的影响；
3）氢的有害影响；
4）焊接工艺对冷裂纹的影响，包括焊接线能量、预热、焊后后热、多层焊的影响。
七、一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟现象？为什么容易在焊接HAZ产生？
1、氢在低碳钢中的扩散速度很快，焊接过程中大部分氢可以逸出金属，而且低碳钢焊接时一般不形成脆硬的M，所以不会产生延迟裂纹；而高合金钢而言(如18-8不锈钢)，氢的扩散速度低，溶解度较大，也不易在局部聚集产生延迟裂纹；高碳钢、中碳钢、中合金钢和部分含碳较多的低合金高强钢中，氢的扩散速度来不及逸出金属，又不能完全受到抑制，在金属内发生局部聚集，引起延迟裂纹现象。
2、由于焊缝中存在大量氢，周围母材含氢量少，致使氢由焊缝向HAZ扩散；焊缝先于母材在高温下发生相变，由A分解为F+P等组织由于氢在其中溶解度小进一步促进氢向HAZ扩散，此时HAZ仍处于奥氏体态。
因氢的扩散速度很小不能扩散到离焊缝边界较远母材中，因此在焊缝与母材的交界HAZ中形成H的富集区，当该区由奥氏体向马氏体转变时，氢便以过饱和状态留在奥氏体中，当氢的浓度足够高就会产生延迟裂纹。