焊接冶金与焊接性

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

1结晶裂纹：在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于固态金属收缩，残余液态

金属不足，不能填充收缩留下的空间，在拉应力的作用下，发生的沿晶开裂。

2高温液化裂纹：在融合线的HA区或多层焊的层间部分，若被焊金属含有较多的

低碳共晶，在热循环峰值温度作用，低熔共晶重新融化，在拉应力的作用下，沿