材料成型原理与工艺之焊接部分总结PPT课件
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归纳为三个相互交错联系的局部过程：
.
11
✓熔池的保护
保护目的: 使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊
缝韧性。 延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹
渣的析出。
.
12
焊接接头主要由焊缝（weld metal）、热影 响区（heat affected zone /HAZ）、熔合区 （fusion zone）组成。
• CE＞0.6%，钢材塑性较低，淬硬和冷裂倾向很强， 可焊性很差。焊前预热，减少焊接应力和防止开裂，焊 后热处理。
1—斥力；2—引力；3—合力
如何使金属原子间的距离接近rA?
.
4
使金属表面紧密接触的几种措施：
（1）对被焊接金属施加压力或不断地摩擦，破坏接 触表面的氧化膜，使结合处紧密接触。
（2）将金属加热熔化或到塑性状态，增加原子的振 动能，施加压力破坏接触面的氧化膜，促进扩散 和结晶过程的进行。
（3）通过液态中间材料，如粘结剂或低熔点金属， 将两个固态金属连接在一起。
铁 侧板条铁素体
素 体
针状铁素体 细晶铁素体
珠光体
贝 上贝氏体
氏 体
下贝氏体
马 板条马氏体
氏 体
片状马氏体
.
16
✓（2）焊接热影响区的组织和性能变化
① HAZ组织分布 a. 低碳钢及不易淬火的低合金钢（Q235、20、16Mn等） 熔合/半熔化区：最高温度在固相线和液相线之间。局部
熔化，成分与组织不均匀，塑性差
1 一、焊接定义
通过加热或加压， 或者两者并用，并且 用或不用填充材料，
使焊接件达到原子 结合而形成永久性连 接的一种方法。
.
3
物理本质：使两个独立的工件
实现了原子间结合。 只有当被连接金属原子间的 r0
距离接近rA(≈0.3~0.5nm)时，
金属键才能起作用，这时金属
原子间作用力与距离关系
原子之间的结合力最大。
.
14
✓焊缝金属的组织：
固态相变，影响因素：化学成分+冷却条件
①低碳钢焊缝： ② 固态相变时，首先沿奥氏体晶界析出
共析铁素体，然后发生共析转变： ③A→P（F＋Fe3C）
④ 得到铁素体加珠光体。 ⑤ 焊缝金属过热时，奥氏体晶界或晶粒
内部还会析出塑韧性差的网状魏氏组织。
.
15
② 低合金钢
先共析（晶界或粒界/块状）铁素体
过热区/粗晶区：固相线到1100℃左右。塑韧性差 相变重结晶区（正火区）： 1100℃~Ac3相当于 正火组织
（细晶F＋P）塑韧性好 不完全重结晶区：Ac1~Ac3， （部分细晶F＋P以及粗晶F）
组织不均匀
.
17
b. 易淬火钢(低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢，如： 18CrMoNb、45、30CrMnSi等) 与焊前热处理状态有关
.
5
焊接方法分类
手弧焊
电弧焊 气体保护焊 埋弧焊
电阻焊 摩擦焊
软钎焊
电渣焊
熔
焊
等离子弧焊
压
超声波焊
钎 焊
硬钎焊
及
焊
爆炸焊
封 粘 封接
电子束焊
扩散焊
粘接
激光焊
高频焊
.
6
1
一、熔焊原理
熔焊：通过局部加热使连接处达到熔化状态，然后冷 却结晶形成共同晶粒。
手 工 电 弧 焊
.
7
1、熔焊本质及特点：
✓熔焊的本质是小熔池熔炼 与铸造，是金属熔化与结晶 的过程。 ✓熔池存在时间短，温度高； 冶金过程进行不充分，氧化 严重；热影响区大。 ✓冷却速度快，结晶后易生 成粗大的柱状晶。
.
9
两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，电弧产生的热 量在阳极和阴极上有一定的差异。
直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）
直流反接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）
阴极雾化
.
10
焊接过程涉及：加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、 固态相变直至形成焊接接头。
返回
.
20
来自百度文库章主要内容
金属材料的焊接性 碳钢的焊接
铸铁的焊补 有色金属的焊接
.
21
金属材料的焊接性
焊接性（Weldability） 指被焊金属在限定的施工条件（焊接方法、焊接材料、 工艺参数及结构型式），焊接成按规定设计要求的构件， 并满足预定服役要求的能力。
即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出的焊 接难易程度。
焊前正火或退火态，HAZ主要由完全淬火区和不完全淬火 区组成。
调质态， HAZ主要由完全淬火区、不完全淬火区和回火 区组成。
.
18
第一篇 连接成形理论基础
Chapter 2 金属材料 的焊接性能
.
19
本章讲授目的
重点掌握： 焊接性概念和评价方法，尤其是碳当量法 利用焊接性分析材料在指定焊接工艺条件 下可能出现的问题
第一篇 连接成形理论基础
Chapter 1 焊接成形概述
.
1
本章讲授目的
1、掌握焊接相关的概念：焊接、熔焊、压焊、钎 焊、HAZ、焊接温度场、焊接电弧、联生结晶、 焊接热循环 2、掌握焊接接头的组织与性能（焊缝、热影响区）
3、了解焊接熔池特征、焊接热循环的主要参数
.
2
§第1节 焊接定义、分类和应用
.
22
钢的焊接性评价方法
—间接方法
✓ 碳当量
碳、合金元素含量
焊接性
碳钢及低 合金钢
国际焊接学会 C E C M n C r M o V N i C u
IIW
6
5
1 5
碳对冷裂纹敏感性的影响最明显，其它元素的影响 折合成碳的影响。
.
23
碳当量越高，焊接性越差
• CE＜0.4%，钢材塑性良好，淬硬和冷裂纹倾向不 明显，可焊性良好。一般不会产生裂纹，但对厚大工件 或低温下焊接时应考虑预热。 • CE=0.4%～0.6%，钢材塑性下降，淬硬和冷裂倾向 明显，可焊性较差。需要焊前预热，焊后缓冷及一定的 焊接工艺措施。
熔合区 焊缝
热影响区 母材
.
13
✓ 熔池凝固的特点
① 联生结晶/交互结晶/外延结晶 依附于母材晶粒的现成表面而形成
共同晶粒的凝固方式 ② 择优成长
并非“齐步前进”。当散热最快的 方向与晶体成长的结晶位向相同时， 有利于柱状晶的成长
③ 熔池凝固组织形态的多样性
凝固组织的形态有柱状晶（平面晶、胞状晶、胞状树枝 晶和树枝晶）及等轴晶等
.
8
熔焊三要素
✓热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减
小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、 电子束和激光。 ✓熔池的保护
可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化， 并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。 ✓填充金属
保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到 力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。
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11
✓熔池的保护
保护目的: 使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊
缝韧性。 延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹
渣的析出。
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12
焊接接头主要由焊缝（weld metal）、热影 响区（heat affected zone /HAZ）、熔合区 （fusion zone）组成。
• CE＞0.6%，钢材塑性较低，淬硬和冷裂倾向很强， 可焊性很差。焊前预热，减少焊接应力和防止开裂，焊 后热处理。
1—斥力；2—引力；3—合力
如何使金属原子间的距离接近rA?
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使金属表面紧密接触的几种措施：
（1）对被焊接金属施加压力或不断地摩擦，破坏接 触表面的氧化膜，使结合处紧密接触。
（2）将金属加热熔化或到塑性状态，增加原子的振 动能，施加压力破坏接触面的氧化膜，促进扩散 和结晶过程的进行。
（3）通过液态中间材料，如粘结剂或低熔点金属， 将两个固态金属连接在一起。
铁 侧板条铁素体
素 体
针状铁素体 细晶铁素体
珠光体
贝 上贝氏体
氏 体
下贝氏体
马 板条马氏体
氏 体
片状马氏体
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✓（2）焊接热影响区的组织和性能变化
① HAZ组织分布 a. 低碳钢及不易淬火的低合金钢（Q235、20、16Mn等） 熔合/半熔化区：最高温度在固相线和液相线之间。局部
熔化，成分与组织不均匀，塑性差
1 一、焊接定义
通过加热或加压， 或者两者并用，并且 用或不用填充材料，
使焊接件达到原子 结合而形成永久性连 接的一种方法。
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3
物理本质：使两个独立的工件
实现了原子间结合。 只有当被连接金属原子间的 r0
距离接近rA(≈0.3~0.5nm)时，
金属键才能起作用，这时金属
原子间作用力与距离关系
原子之间的结合力最大。
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14
✓焊缝金属的组织：
固态相变，影响因素：化学成分+冷却条件
①低碳钢焊缝： ② 固态相变时，首先沿奥氏体晶界析出
共析铁素体，然后发生共析转变： ③A→P（F＋Fe3C）
④ 得到铁素体加珠光体。 ⑤ 焊缝金属过热时，奥氏体晶界或晶粒
内部还会析出塑韧性差的网状魏氏组织。
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15
② 低合金钢
先共析（晶界或粒界/块状）铁素体
过热区/粗晶区：固相线到1100℃左右。塑韧性差 相变重结晶区（正火区）： 1100℃~Ac3相当于 正火组织
（细晶F＋P）塑韧性好 不完全重结晶区：Ac1~Ac3， （部分细晶F＋P以及粗晶F）
组织不均匀
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b. 易淬火钢(低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢，如： 18CrMoNb、45、30CrMnSi等) 与焊前热处理状态有关
.
5
焊接方法分类
手弧焊
电弧焊 气体保护焊 埋弧焊
电阻焊 摩擦焊
软钎焊
电渣焊
熔
焊
等离子弧焊
压
超声波焊
钎 焊
硬钎焊
及
焊
爆炸焊
封 粘 封接
电子束焊
扩散焊
粘接
激光焊
高频焊
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1
一、熔焊原理
熔焊：通过局部加热使连接处达到熔化状态，然后冷 却结晶形成共同晶粒。
手 工 电 弧 焊
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7
1、熔焊本质及特点：
✓熔焊的本质是小熔池熔炼 与铸造，是金属熔化与结晶 的过程。 ✓熔池存在时间短，温度高； 冶金过程进行不充分，氧化 严重；热影响区大。 ✓冷却速度快，结晶后易生 成粗大的柱状晶。
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9
两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，电弧产生的热 量在阳极和阴极上有一定的差异。
直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）
直流反接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）
阴极雾化
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10
焊接过程涉及：加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、 固态相变直至形成焊接接头。
返回
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来自百度文库章主要内容
金属材料的焊接性 碳钢的焊接
铸铁的焊补 有色金属的焊接
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21
金属材料的焊接性
焊接性（Weldability） 指被焊金属在限定的施工条件（焊接方法、焊接材料、 工艺参数及结构型式），焊接成按规定设计要求的构件， 并满足预定服役要求的能力。
即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出的焊 接难易程度。
焊前正火或退火态，HAZ主要由完全淬火区和不完全淬火 区组成。
调质态， HAZ主要由完全淬火区、不完全淬火区和回火 区组成。
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第一篇 连接成形理论基础
Chapter 2 金属材料 的焊接性能
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本章讲授目的
重点掌握： 焊接性概念和评价方法，尤其是碳当量法 利用焊接性分析材料在指定焊接工艺条件 下可能出现的问题
第一篇 连接成形理论基础
Chapter 1 焊接成形概述
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1
本章讲授目的
1、掌握焊接相关的概念：焊接、熔焊、压焊、钎 焊、HAZ、焊接温度场、焊接电弧、联生结晶、 焊接热循环 2、掌握焊接接头的组织与性能（焊缝、热影响区）
3、了解焊接熔池特征、焊接热循环的主要参数
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2
§第1节 焊接定义、分类和应用
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22
钢的焊接性评价方法
—间接方法
✓ 碳当量
碳、合金元素含量
焊接性
碳钢及低 合金钢
国际焊接学会 C E C M n C r M o V N i C u
IIW
6
5
1 5
碳对冷裂纹敏感性的影响最明显，其它元素的影响 折合成碳的影响。
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23
碳当量越高，焊接性越差
• CE＜0.4%，钢材塑性良好，淬硬和冷裂纹倾向不 明显，可焊性良好。一般不会产生裂纹，但对厚大工件 或低温下焊接时应考虑预热。 • CE=0.4%～0.6%，钢材塑性下降，淬硬和冷裂倾向 明显，可焊性较差。需要焊前预热，焊后缓冷及一定的 焊接工艺措施。
熔合区 焊缝
热影响区 母材
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13
✓ 熔池凝固的特点
① 联生结晶/交互结晶/外延结晶 依附于母材晶粒的现成表面而形成
共同晶粒的凝固方式 ② 择优成长
并非“齐步前进”。当散热最快的 方向与晶体成长的结晶位向相同时， 有利于柱状晶的成长
③ 熔池凝固组织形态的多样性
凝固组织的形态有柱状晶（平面晶、胞状晶、胞状树枝 晶和树枝晶）及等轴晶等
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熔焊三要素
✓热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减
小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、 电子束和激光。 ✓熔池的保护
可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化， 并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。 ✓填充金属
保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到 力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。