焊接冶金与焊接性【VIP专享】

焊接冶金与焊接性

绪论

1，焊接的本质和途径：

焊接：通过加热，加压或两者共同作用，使所焊材料达到原子间结合，实现永久性连接的工艺。

焊接途径：1加热2加压

焊接本质：原子间结合焊接的结果：永久性连接

2，焊接接头的组成：是指被焊材料经焊接后，发生组织和性能变化的区域，焊缝；融合区；热影响区。

1）焊缝：是由被焊材料和添加材料经融化凝固后形成。

2）热影响区：是指受焊接热循环的作用，使母材发生微观组织和性能变化的区域。

3）融合区：是部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域。

3焊接热循环：1）概念：在焊接过程中，某点工件上的温度随时间由低到高达到极值后，

又由高到低的变化过程。

2）主要参数：加热速度Vh，描述工件温度上升快慢。

峰值温度Tm，是热循环曲线上对应的最高温度。

高温停留时间Th，在某一较高温度以上的停留时间。

冷却速度或冷却时间Vc，T8、5

3）热循环的特点：1，加热速度非常快；2，峰值温度高；3，高温停留时间短；4，冷却速度快；5，加热具有局部性和移动性。

第一章焊接化学冶金

1，焊接化学冶金的反应区

1）药皮反应区：指开始化学反应的温度到药皮溶解（100——1200），主要反应有水分的蒸发，某些物质的分解及铁合金氧化。

2）溶滴反应区：溶滴形成，长大，过度到熔池的过程。主要反应有气体的溶解和分解，金属的蒸发，金属和合金的氧化还原，以及焊缝金属的合金化。

溶滴反应区特点：1，反应温度高；2，反应时间短；3，相接触面积大；

4，溶滴金属与熔渣发生强烈的混合。

3）熔池反应区：特点：1，反应温度略低；2，反应时间增长；3，反应具有不同步性；

4，熔池反应具有搅动作用。

2焊接熔渣及其性质

1）熔渣的作用：1，机械保护作用；2，冶金处理作用；3，改善焊接工艺性能。

2）熔渣的种类和成分：1盐型熔渣：由金属的卤化物和不含氧的化合物组成。

2盐——氧化物型熔渣：由金属的氟化物和氧化物组成。

3氧化物型熔渣：由各种金属氧化物组成

3焊接熔渣对金属的氧化

1）置换氧化：是指被焊金属与其他金属或非金属氧化物发生的置换反应

而导致的氧化。

2）扩散氧化：是指熔渣中的氧化物通过扩散进入被焊金属而使焊缝增氧。

（满足分配定律）

4焊缝金属的脱氧

1）先期脱氧：指焊条药皮中的脱氧剂与分解出的氧化性气体发生的反应.

2）沉淀脱氧（影响最大，最主要）：是利用溶解在液态金属中的脱氧剂，将被焊金属及其合金从其氧化物中还原出来，并使脱氧产物浮到熔渣中去。

1锰脱氧：在酸性渣中，酸性氧化物sio2，tio2较多，易与碱性氧化物复合，形成复合氧化物。故在酸性渣中，利用锰脱氧效果好。

2硅脱氧：在碱性渣中，硅脱氧效果好。

单独用硅脱氧：sio2的熔点高，粘度大，难以聚合为大尺度质点，故不

利上浮。

3硅锰联合脱氧：

3）扩散脱氧：服从分配定律。

5氮对焊接质量的影响：1，促进焊缝气孔的形成：与氮在固液相溶解度差非常大有关。

2，改变焊缝的力学性能：提高强度，降低塑性韧性。

3，引起焊缝的时效脆化：与焊缝中饱和的氮处于不稳定状态有关。

氮的控制：1）加强焊接区的保护，防止空气的侵入。

2）采用合理的焊接工艺：短弧焊，增大焊接电流，直反接。

3）冶金脱氧。

6氢对焊接质量的影响：1，暂态：白点，氢脆

2，永久现象：气孔，裂纹

7氧对焊接质量的影响：1，降低焊缝的力学性能；2,形成co气孔；3，焊接飞溅大。

第二章焊接接头的组织和性能

1联生结晶和竞争生长

1联生结晶：熔池边界开始，以未融化的母材晶粒为形核核心，向焊缝中

心生长，形成于母材晶粒相同取向的柱状晶，成为联生结晶。

2竞争生长（择优生长）:当晶体晶粒取向与最大温度梯度一致时。

2焊缝的相变组织（低合金钢）：1）铁素体组织：1先共析铁素体；2侧板条铁素体；3

针状铁素体；4细晶铁素体

2）珠光体p

3）贝氏体：1上贝氏体；2下贝氏体；3粒状贝氏体和条状贝

氏体

4）马氏体：1条状马氏体；2片状马氏体

3焊缝组织和性能的控制

1，锰和硅的作用（脱氧元素，强化元素）

对于锰硅系的焊缝，当锰硅含量较低时形成的是先共析铁素体，强度低韧性

差。

当锰硅含量较高时形成的是侧板条铁素体，韧性差。

当锰硅含量适中时形成的是针状铁素体，良好的强韧性。

2，钛和硼的作用（细晶元素）

细化机理：1，Ti与O，N形成TiO，TiN质点，可作为AF非均质形核的核心，

促进AF的形成。2，这种颗粒（高熔点质点）在结晶过程中，钉扎晶粒边界

阻止奥氏体晶体的长大。3，Ti保护B不被氧化和N化，使N偏聚于晶界，降

低晶界能阻碍GBF和FSP的形成。

4焊接热影响区的组织分布（不易淬火钢热影响区的组织分布和性能）

1，过热区邻近融合区，由于加热温度高，金属严重过热，一些难溶的碳化物和氮化物溶入奥氏体中，使奥氏体晶粒发生严重长大冷却后主要得到粗大的

铁素体和珠光体，甚至在热输入大或高温停留时间长时出现魏氏组织。

2，完全重结晶区铁素体全部转化为奥氏体，发生重结晶，冷却后得到细小的铁素体和珠光体，相当于正火处理，故也称为正火区。

3，不完全重结晶区在此区域内只有珠光体到奥氏体，铁素体不发生相变，发生长大，冷却后得到细小的铁素体和珠光体加粗大的铁素体，故此区域组织

部均匀，晶粒大小不一，性能不均匀。

4，在结晶区发生再结晶，由冷作变形后拉长的晶粒回复为等轴晶粒，使强度降低，塑性韧性改善。

5焊接热影响区的脆化问题

1，粗晶脆化：由于晶粒长大而发生韧性下降的现象。影响因素：1热输入

和能量密度；2母材的化学成分（C，N能减小粗化现象）

2，组织脆化：形成淬硬组织而使性能下降。影响因素：1冷却速度；2热输入

3，时效脆化：1热应变时效脆化：由于承受热应变而引起碳，氮原子向位错移动，经一定时间的聚集，在位错周围形成对位错产生钉扎作用的“柯氏”气团，

从而造成该区域的脆化，既所谓的热应变时效脆化。

2相析出时效脆化：由于快速冷却造成了碳和氮的过饱和而处于不稳定状态，经一定时间的时效后，在晶界析出对位错运动产生阻碍作用的碳

化物和氮化物沉淀相，从而造成热影响区的脆化，既所谓的相析出时效脆化。

第三章焊接缺陷及其控制

1偏析的种类：1显微偏析：在晶粒尺度上发生的成分不均匀现象。

2区域偏析：是指在焊缝内存在的成分不均匀现象。

3层状偏析：是由于结晶过程周期性变化所导致的成分呈层状分布的不均

匀现象。

2夹杂的形成及控制1夹渣

2反应生成的夹杂物1）氧化物：是由于熔池脱氧反应不充

分形成的，当以连续的片状分布于晶界时，引起热裂纹。2）

氮化物：从过饱和的固溶体中析出，一针状分布于晶粒或贯穿

晶界，使焊缝韧性下降。3）硫化物：FeS，引起热裂纹；

MnS，常用Mn脱硫。

夹杂的控制1，合理选用焊接材料，充分脱氧，脱硫。

2，选用合适的焊接参数，以利于熔渣充分浮出。

3，多层焊时，注意清除前一层焊缝焊渣。

4，焊条要适当摆动，以利于熔渣浮出。

5，注意保护熔池，防止空气侵入。

3气孔的形成机制1）气泡的生核；2）气泡的长大；3）气泡的上浮

4气孔的防止措施1）消除气体来源。1加强焊接区的保护；2对焊材防潮和烘干；3清

除油污，铁锈，氧化膜。

2）正确选用焊接材料。1适当调节氧化性；2焊接有色金属是适当加氧化性气体；

3CO2焊，焊丝加入足够的脱氧剂。

3）控制焊接工艺条件。1保持电流稳定性；2直流反接，短弧焊；3铝合金TiG焊，尽量采用小的焊接热输入，MiG焊时，采用大的热输入。

5焊接热裂纹1）特征：产生于固——液温度区间，多数出现于焊缝，少量出现在热影

响区中，断口贯穿表面，且有氧化色彩。

2）热裂纹种类：1结晶裂纹；2高温液化裂纹；3多边化裂纹