焊接成型原理第一章熔化焊熱源及接頭形成

1、焊接成型原理,第一章熔化焊熱源及接頭形成,熔化焊熱源及溫度場,焊接熱循環(huán),熔化焊接頭的形成,1.1,1.2,1.3,1.1 焊接熱源及溫度場,1.1.1 焊接熱源的種類及其特征 根據(jù)焊接生產(chǎn)的基本要求，不同焊接方法能夠滿足焊接條件的焊接熱源有以下幾種： （1）熔化焊熱源：電弧熱、等離子弧熱、電子束、激光束、化學(xué)熱。 （2）壓力焊和釬焊熱源：電阻熱、摩擦熱、高頻感應(yīng)熱。,表1.11 各種焊接熱源的主要特性,1.1.2 焊接熱效率,（1）電弧熱效率：如果電弧是無感的，此時電能全部轉(zhuǎn)化 為熱能，則電弧的功率為 q=UI (1-1) 式中，q為電弧功率，即電弧在單位時間內(nèi)所放出的能量(W)；U為電弧的

2、電壓(V)；I為焊接電流(A)。若能量不全部用于加熱焊件，則加熱焊件獲得的有效熱功率為 qe=UI (1-2) 式中為加熱過程中的功率有效系數(shù)或稱熱效率。在一定條件下是常數(shù)，主要取決于焊接方法、焊接規(guī)范、焊接材料和保護方式等。,焊件所吸收的熱量可分為兩部分：一部分用于熔化金屬而形成焊縫；另一部分使母材近縫區(qū)的溫度升高以致發(fā)生組織變化從而形成組織和性能都有別于母材的熱影響區(qū)。實際上，用于熔化金屬形成焊縫的熱量才是真正的熱效率。若從保證焊接質(zhì)量的角度看，形成熱影響區(qū)的熱量越小越好。電弧焊的熱量分配如圖1-1所示。,圖1-1 電弧焊的熱量分配,(2)電渣焊的熱效率 ：電渣焊時，由于渣池處于厚大焊件的

3、中間，熱能主要損失于強制焊縫成形的冷卻滑塊，所以熱量向外散失較少。實踐表明，焊件越厚，滑塊帶走熱量的比例越小，這說明焊件的厚度越大，電渣焊的熱效率越高。例如，90mm厚鋼板電渣焊時，其熱效率可達到80以上。另外，電渣焊時的速度越慢，在金屬熔化的同時，大量的熱量向焊縫周圍的母材傳導(dǎo)，易使焊接熱影響區(qū)過寬，晶粒粗大，焊接接頭的機械性能下降。,（3）電子束焊熱效率 ：電子束焊時因功率密度大，能量集中，穿透力強，因此焊接時，能量的損失較少，其熱效率可達90%以上。 （4）激光焊接熱效率：激光焊的熱效率取決于工件對激光束能量的吸收程度，與焊件表面狀態(tài)有關(guān)。光亮的金屬表面在室溫下對激光具有很強的反射作用，

4、其吸收率在20%以下。隨著溫度的提高，反射率降低，吸收率提高。在金屬熔點以上吸收率急劇提高。,1.1.3 焊件加熱區(qū)的分布,熱源的熱能傳給焊件時所通過的焊件表面上的區(qū)域稱為加熱區(qū)或加熱斑點。如果討論的熱源是電弧熱，其加熱區(qū)可分為活性斑點區(qū)和加熱斑點區(qū)（見圖1-2）。,（1）活性斑點區(qū)：帶電質(zhì)點（電子和離子）集中轟擊直徑為dA的斑點面積。該部位的電能轉(zhuǎn)化為熱能，電流密度了的變化如圖1-2中的虛線所示。 （2 ）加熱斑點區(qū) ：在直徑為dH的區(qū)域內(nèi)，金屬受熱是通過電弧的輻射與周圍介質(zhì)的對流進行的。,由圖1-2可以看出，加熱斑點區(qū)的熱能分布是不均勻的，中心多而邊緣少。在電流密度不變的條件下，電弧電壓越

5、高，則中心與邊緣的熱能相差越小。若電壓不變時，電流密度越大，則中心與邊緣的熱能相差也越大。,圖 1-2 電弧作用下的加熱斑點,單位時間通過單位面積傳遞給焊件的熱能稱為熱流密度q( r )。研究結(jié)果表明，加熱斑點上的熱流密度分布，可近似地用高斯分布來描述。距斑點中心O為r的任意點A的熱流密度為 (1-3) 式中，q( r) 為A點的熱流密度J(cm2s)；qm 為加熱斑點中心的最大熱流密度J(cm2s) ； K為能量集中系數(shù)(cm-2)；r為A點距加熱斑點中心的距離(cm)。,圖 1-2 電弧作用下的加熱斑點,由式(13)可知，只要知道qm和K值就可以求出任意點的熱流密度。高斯曲線下所覆蓋的全部

6、熱能為 故 （1-4） (1-5) 式中，qe為電弧的有效功率，qe=UI。K值說明熱流集中的程度，主要取決于焊接方法、焊接工藝參數(shù)和被焊金屬材料的熱物理性能等。不同焊接方法的能量集中系數(shù)K值見表1.3。從今后的發(fā)展趨勢來看，應(yīng)采用K值較大的焊接方法，如電子束和激光焊接等。,表1.3 不同焊接方法K值,1.1.4 焊接溫度場,一、焊接時的熱作用特點 (1)熱作用的集中性：焊接熱源集中作用在焊件連接部位。這樣，焊件上存在較大的溫度梯度，形成不均勻的溫度場，易引起不均勻分布的應(yīng)力或應(yīng)變場，以及不均勻的組織和性能變化等問題。,(2)熱作用的瞬時性：焊接熱源在工作時始終以一定的速度運動，因而對焊件上受

7、到熱作用的任意一點來說瞬時得到的能量是有限的。當(dāng)焊件上某點接近焊接熱源時，該點的溫度迅速升高；隨著焊接熱源的離開，該點的溫度急劇下降?？梢?，焊件上受到熱影響的任一點可能達到的峰值溫度必然是有限的。同整體均勻加熱的一般熱處理過程相比，焊接傳熱過程要復(fù)雜得多。焊接熱作用的集中性所引起的不均勻組織、性能變化及焊接變形和焊接熱作用的瞬時性所引起的焊接化學(xué)冶金變化的不平衡性等，都將對焊接接頭的質(zhì)量產(chǎn)生影響。,1.1.5 焊接傳熱遵循的基本定律,（1）傳導(dǎo)傳熱定律 （2）對流傳熱定律 （3）輻射傳熱定律,1.1.6 焊接溫度場,1)焊接溫度場的概念： 在熱源的作用下，焊件上各點的溫度都在隨時間的變化而變化

8、，因此，某瞬時焊件上各點溫度的分布稱為溫度場。溫度場以某一時刻在某一空間內(nèi)所有點的溫度值來描述，在直角坐標(biāo)系內(nèi)為 T = (x , y , z , t） （1-6） 式中，T為焊件上某點某瞬間的溫度；z，y，z為焊件上某點的空間坐標(biāo)；t為時間； 溫度場的分布可用等溫線或等溫面來描述(見圖1-3)。,圖1-3 溫度場中的等溫線和溫度梯度,2)等溫線（或等溫面）和溫度梯度 焊件上瞬時溫度相同的點連成的線或面稱為等溫線或等溫面。各個等溫線或等溫面之間不能相交。 每條線或面度差，其大小可用溫度梯度表示。溫度梯度是矢量，其正值為溫度增加，負值為溫度減小。溫度梯度反映了溫度場中任意點溫度沿法線方向的增加率

9、。,3)穩(wěn)定、非穩(wěn)定和準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場 當(dāng)焊件上溫度場各點溫度不隨時間變化時，稱之為穩(wěn)定溫度場； 當(dāng)焊件上各點的溫度隨時間變化的溫度場，稱之為非穩(wěn)定溫度場。 當(dāng)恒定功率的熱源作用在一定尺寸的焊件上并做勻速直線運動時，經(jīng)過一段時間后，焊件傳熱達到飽和狀態(tài)，溫度場會達到暫時穩(wěn)定狀態(tài)，并可以隨著熱源以同樣速度移動，這樣的溫度場稱為準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場。,4).焊接溫度場的計算 影響焊接溫度場的因素 焊接熱源種類及熱源能量密度 對于同種材料的焊件，如果施焊時采用的焊接熱源不同，則溫度場會有明顯差異；同一焊接方法施焊同種材料時，采用不同的焊接工藝參數(shù)，其熱輸入量也不同，溫度場的形狀和大小也不同。 被焊材料的熱物理性

10、質(zhì) 不同金屬材料的熱物理性質(zhì)有很大差異，在同樣熱輸入條件下，溫度場會有明顯不同。表1.12是焊接工程中常用金屬材料的熱物理參量。,表1.12 焊接中常用金屬材料的熱物理常數(shù)平均值,續(xù)表1.12,焊件形態(tài)及接頭形式 焊件的幾何形態(tài)、尺寸大小及所處的狀 （如環(huán)境溫度、預(yù)熱條件等）對焊接傳熱過程有很大影響，必然會影響焊接溫度場。而接頭形式的不同，造成傳熱條件的差異，同樣會影響溫度的分布，即對溫度場造成影響。,焊接溫度場的解析求解 基本假設(shè)和簡化 假設(shè)被焊金屬是均質(zhì)、且各向同性的；材料的熱物理量均為常數(shù)，與溫度無關(guān)；不考慮焊接熔化與凝固過程，即認為被焊工件始終為固態(tài)，并且不考慮固態(tài)相變的作用。,作用于

11、半無限大體的瞬時點熱源 這種情況下，假設(shè)熱量為Q的熱源瞬時作用于厚大焊件 的某點上，則距熱源為R的任何一點，經(jīng)t 時間后，該點 的溫度增量TT0的數(shù)學(xué)表達式為,(1 - 7),作用于無限板的瞬時線熱源 假設(shè)熱量Q的熱源瞬時作用于厚度為h的無限大薄板上，并設(shè)Q在厚度h內(nèi)均勻分布，形成與厚度有關(guān)的熱流密度Q/h,則距線熱源r處的任何一點，經(jīng)時間t后，該點的溫度增量TT0的數(shù)學(xué)表達式為： （1-8） 式中, , 稱為傳熱系數(shù)；,作用于無限長桿的瞬時面熱源 假設(shè)熱量Q的熱源瞬時作用于具有橫截面積為A的無限長桿的x=0處，并設(shè)Q均布于A上，形成與面積有關(guān)的熱流密度Q/A，則距線熱源x處的溫度增量TT0的

12、數(shù)學(xué)表達式為： （1-9） 式中， ，P和A分別為桿的橫截面的周長和面積。,Contents,12 焊接熱循環(huán),一、焊接熱循環(huán)的概念： 在焊接熱源的作用下，焊件上某點的溫度隨時間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。 研究焊接熱循環(huán)的意義：找出最佳的焊接熱循環(huán)；用工藝手段改善焊接熱循環(huán)；預(yù)測焊接應(yīng)力分布及改善熱影響區(qū)組織。 焊接熱循環(huán)與焊接溫度的區(qū)別： 焊接溫度常反映某瞬時焊接接頭中各點的溫度分布狀態(tài)，而焊接熱循環(huán)是反映焊接接頭中某點溫度隨時間的變化規(guī)律，也描述了焊接過程中熱源對焊件金屬的作用。,圖1-4 低合金鋼堆焊縫鄰近各點的焊接熱循環(huán)曲線,二、焊接熱循環(huán)的特征參數(shù) （1）加熱速度 ：焊接熱源的集中程

13、度較高，引起焊接時的加熱速度增加。對于鋼鐵材料而言，加熱速度快，意味著發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度提高，奧氏體的均質(zhì)化和碳化物的溶解過程就越不充分，因此必然會影響到其后冷卻過程組織和性能。 （2）加熱最高溫度Tm：即峰值溫度。它對焊后母材熱影響區(qū)組織和性能有很大影響。接頭上熔合線附近，由于溫度高，引起晶粒嚴重長大，導(dǎo)致韌性降低。對于低碳鋼和低合金鋼，熔合線附近的最高溫度可達13001350C。,（3）在相變溫度以上的停留時間tH：即高溫停留時間。在相變溫度以上停留時間越長，越有利于奧氏體的均勻化過程，增加奧氏體的穩(wěn)定性，但同時易使晶粒長大。加熱溫度越高，晶粒長大所需的時間越短。這會引起接頭脆化現(xiàn)象，從

14、而降低接頭的質(zhì)量。 高溫停留時間tH由加熱過程持續(xù)時間t和冷卻過程持續(xù)時間t兩部分組成，即t=t+t。對于一般的焊接熱循環(huán)有t=t。,(4)冷卻速度wc(或冷卻時間t85)：冷卻速度是指在焊件上某點熱循環(huán)的冷卻過程中某一瞬時溫度的冷卻速度。它是決定熱影響區(qū)組織和性能的最重要的參數(shù)之一。 對低碳鋼和低合金鋼來說，采用540左右的瞬時冷卻速度作為熱循環(huán)特征參數(shù)；對于合金鋼，采用800500的冷卻時間t85；對易淬火鋼，常用800300的冷卻時間t83和從峰值溫度(Tm)冷卻至100的冷卻時間t100。,總之，焊接熱循環(huán)具有加熱速度快、峰值溫度高、冷卻速度大和相變溫度以上停留時間不易控制的特點(圖1

15、-6)，這些直接影響到焊縫的化學(xué)冶金過程，從而使接頭的質(zhì)量發(fā)生變化。另外，焊接熱循環(huán)還使接頭的組織和性能發(fā)生變化，形成焊接熱影響區(qū)。,表1.21 單層電弧焊和電渣焊低合金鋼時近縫區(qū)熱循環(huán)參數(shù),三、 焊接熱循環(huán)參數(shù)的計算 （1）最高溫度 Tm的計算： 厚板（點熱源）為 （1-10） 薄板（線熱源）為 （1-11）,圖 1-6 焊接熱循環(huán)的特征,（2）瞬時冷卻速度c的計算： 厚板為 （1-12） 薄板為 （1-13） （3）相變溫度以上停留時間tH的計算： 厚板為 （1-14） 薄板為 （1-15）,（4）冷卻時間tA的計算：冷卻時間的長短直接影響到焊縫金屬及過熱區(qū)的力學(xué)性能。對于結(jié)構(gòu)鋼來說，主要

16、控制從A3到Tmin（奧氏體的最低溫度）或到Ms的冷卻時間tA。為了方便使用，統(tǒng)一規(guī)定A3800，Tmin500，這樣可用t8/5代替tA,即 厚板為 （1-16） 薄板為 （1-17）,（5）臨界板厚hc 的計算：在計算焊接熱循環(huán)參數(shù)時，首先要確定是選用“厚板”公式還是用“薄板”公式。為此引入“臨界板厚”的概念。實驗結(jié)果表明，當(dāng)線能量E一定時，板厚增加到一定厚度后對c和t8/5的影響不大。因此可將對c和t8/5的板厚稱為臨界板厚，以hc表示，即 或 計算時，可用實際板厚與臨界板厚相比較，若hhc，可以認為屬于三維導(dǎo)熱的“厚板”；若hhc，則可認為屬于二維導(dǎo)熱的“薄板”。,四、多層焊接熱循環(huán)

17、（1）長段多層焊接熱循環(huán) 長段多層焊是指施焊的每一焊道長度較長，其長度一般大于1m。施焊特點是，不同的焊道之間具有依次的熱處理作用。采用多層多道焊時，由于焊道較長，焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度都較快。長段多層焊的第一層和最后一層是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，如果第一層和最后一層不會產(chǎn)生淬火組織，則其間的各層也不會產(chǎn)生淬火組織。因此，第一層和最后一層的熱循環(huán)特征參數(shù)具有重要意義。,長段多層焊的熱循環(huán)曲線圖,（2）短段多層焊熱循環(huán) 短段多層焊是指施焊的每一焊道長度較短（約為 50400mm）。施焊特點是，前一層焊縫尚未完全冷卻（一般在MS以上），就開始施焊后一層焊縫。施焊第一層焊道和最后一層焊道時熱影響區(qū)的冷

18、卻速度較高，其它焊道的較低，只要控制第一層焊道和最后一層焊道施焊時不出現(xiàn)裂紋，中間各焊縫施焊時也不會出現(xiàn)裂紋。故第一層焊道和最后一層焊道的熱循環(huán)特征參數(shù)具有重要意義。,短段多層焊熱循環(huán)曲線,五、焊接熱循環(huán)的影響因素 (1)材質(zhì)的影響：母材不同，材料的熱物性參數(shù)不同，c和的變化將影響到焊接熱循環(huán)的各個特性參數(shù)，從而得到不同的熱循環(huán)曲線。但在金屬材料一定的情況下，焊件形狀、尺寸、線能量和預(yù)熱溫度等對焊接熱循環(huán)曲線也有很大的影響。 (2)接頭形狀尺寸的影響：接頭形狀尺寸不同，導(dǎo)熱情況會有差異。如板厚相同的T型接頭和對接接頭相比，前者的冷卻速度約為后者的1.5倍。,(3)焊道長度的影響：在焊接條件和接

19、頭形式一定的條件下，焊道長度越短，如小于40mm時，冷卻速度會急劇增大。因此，定位焊的焊道不能過短。 (4)預(yù)熱溫度的影響：提高T0，可增加tH和t85，但T0對在Tm附近的停留時間影響不明顯。但T0的增加會使熱影響區(qū)寬度增加。 (5)線能量E的影響：E的提高會使Tm、TH和t85增大，而wc隨之降低。,Contents,1.3 熔化焊接頭的形成,一、焊接材料熔化與熔池形成 1.焊接材料熔化 熔焊過程中，焊接材料(焊條、焊絲等)在焊接熱源作用下將被熔化，焊條端部熔化形成的滴狀液態(tài)金屬稱為熔滴。當(dāng)熔滴長大到一定的尺寸時，便在各種力(如電磁力、電弧力等)的作用下脫離焊條，以滴狀的形式向熔池過渡。關(guān)

20、于焊條的熔化，有如下基本參數(shù)需要了解：,(1)焊條金屬的平均熔化速度gM：在單位時間內(nèi)熔化的焊芯質(zhì)量或長度，試驗表明，在正常焊接條件下，焊條金屬的平均熔化速度與焊接電流成正比； (2)損失系數(shù)：在焊接過程中由于飛濺、氧化和蒸發(fā)而損失的金屬質(zhì)量與熔化的焊芯質(zhì)量之比； (3)平均熔敷速度( gH )：焊接過程中并非所有熔化的焊條金屬都能進入熔池，即由于損失系數(shù)不等于零，故把單位時間內(nèi)真正進入焊接熔池的那部分金屬質(zhì)量稱為平均熔敷速度；,(4)相互關(guān)系：以上三個參數(shù)之間有如下關(guān)系 gH = （1）gM （1-18） 2.熔池的形成 在焊接材料熔化的同時，被焊金屬也發(fā)生局部熔化。母材上由于熔化的焊條金屬

21、與局部熔化的母材共同組成的具有一定幾何形狀的液體金屬區(qū)域稱為熔池。如果焊接時不使用焊接材料(如鎢極氬弧焊)，則熔池僅由局部熔化的母材組成。,(1)熔池的形狀和尺寸 熔池的形成需經(jīng)過一個過渡期，此 后就進入準(zhǔn)穩(wěn)定期，這時熔池的形狀、尺寸和質(zhì)量不再發(fā)生變化。圖1-8,圖1-8 焊接熔池形狀示意圖,為電弧焊時熔池形狀的示意圖?？梢钥闯?，熔池為不標(biāo)準(zhǔn)的半橢球，其外形輪廓處為溫度等于母材熔點的等溫面。,熔池的寬度與深度沿X軸方向連續(xù)變化。隨著焊接電流的增加，熔池的最大深度Hmax增大，熔池的最大寬度Bmax相對變??；隨著電弧電壓的升高，Hmax減小，Bmax增加。熔池的長度L可表示為： L = P2q

22、= P2UI （1- 19） 式中，P2為比例常數(shù)；q為電弧功率；U為電弧電壓；I為焊接電流。實驗表明：P2和熔池的表面積都取決于焊接方法和焊接工藝參數(shù)。,(2)熔池的質(zhì)量 手工電弧焊時熔池的質(zhì)量通常在0.616g的范圍之內(nèi)，一般為5g以下，實驗表明：手工電弧焊時，熔池的質(zhì)量與q2/v成正比。而在埋弧自動焊時，由于焊接電流值較大，熔池的質(zhì)量也較大，但熔池的質(zhì)量一般小于100g。 (3)熔池存在的時間 由于熔池的體積和質(zhì)量較小，其存在的時間一般只有幾秒至幾十秒，因此，熔池中的冶金反應(yīng)時間是很短的，但比熔滴階段存在的時間要長。熔池在液態(tài)時存在的最大時間tmax為 (1-20) 式中，L為熔池長度(

23、cm)；v為焊接速度 (cms)。,由熔池質(zhì)量確定的熔池平均存在時間tc為 (1-21) 式中，Gp為熔池質(zhì)量(g)；為熔池液態(tài)金屬的密度(gcm3)；v為焊接速度(cms)；Fw為焊縫的橫斷面積(cm2)。焊接方法和焊接工藝不同，熔池的最大存在時間和平均時間也不同。,(4)熔池的溫度分布 實驗表明，熔池各點的溫度是不均勻的，如圖1-9所示。在熔池的前部，由于輸入的熱量大于散失的熱量，所以隨著焊接熱源的向前移動，母材不斷被熔化。在電弧下的熔池中部，具有最高的溫度。在熔池的后部，由于輸入的熱量小于散失的熱量，溫度逐漸降低，于是發(fā)生金屬的凝固過程。,圖1-9 熔池的溫度分布 1-熔池中部； 2-前

24、部；3-后部,(5)熔池中液相的運動狀態(tài) 在焊接過程中，熔池中的液相發(fā)生強烈的攪拌作用，將熔化的母材與填充金屬充分混合和均勻化。其產(chǎn)生液相運動的原因有以下幾點： 熔池中溫度分布不均勻引起液態(tài)金屬密度差，使液相從低溫區(qū)向高溫區(qū)流動，產(chǎn)生對流運動。 熔池溫度分布不均勻引起表面張力分布不均勻，產(chǎn)生的表面張力差將使液相發(fā)生對流運動。,焊接熱源作用在熔池上的各種機械力使熔池中的液相產(chǎn)生攪拌作用。 研究表明，焊接工藝參數(shù)，電極直徑，焊炬的傾斜角度等對熔池中液相的運動狀態(tài)都有很大的影響。攪拌作用有利于熔池金屬充分地混合，使成分均勻化，也有利于氣體和雜質(zhì)的排除，提高焊縫質(zhì)量。但是，在液態(tài)金屬與母材的交界處，常

25、出現(xiàn)成分的不均勻性。,二、焊接接頭的形成 熔焊時焊接接頭的形成過程包括加熱、熔化、冶金反應(yīng)、凝固結(jié)晶和固態(tài)相變。這些過程隨時間和溫度的變化。如右圖1-10所示。 TM：金屬熔化溫度； TS：金屬的凝固溫度； A：鋼的A相變點； T0：初始溫度。,圖1-10 焊接所經(jīng)歷的過程,（1）焊接接頭的組成 焊接接頭由焊縫和熱影響區(qū)兩大部分組成，其間有過渡區(qū)，稱為熔合區(qū)。 熔合區(qū)（Heat Affected Zone,HAZ)：靠近焊縫的金屬在焊接溫度場分布以內(nèi)的區(qū)域受到焊接熱循環(huán)的作用后，在一定范圍內(nèi)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域。,圖1-11焊接接頭示意圖 1-焊縫；2-熔合區(qū)；3-熱影響區(qū)；4-母材,（2

26、）熔化焊接頭形式 最常見的典型接頭有對接接頭、角接頭、丁字接頭、搭接接頭等。 坡口加工：為了滿足熔透和成形的要求或為了保證焊接電弧的可達性要求，常將待焊部位預(yù)先加工成一定形狀的坡口。一些典型坡口形式如下圖。,圖1-12 熔焊坡口形式示意圖 (a)I型坡口 (b)V型坡口 (c)U型坡口 (d)X型坡口,（3）熔合比：在焊縫金屬中局部熔化的母材 所占的比例，用表示，即 （1-22） 式中， FP：焊縫截面中母材所占的面積； Fd：焊縫截面中填充金屬所占的面積。 =0時，表明焊縫金屬完全由填充金屬熔敷而成，這種焊縫金屬特稱為熔敷金屬。堆焊時的焊縫金屬可認為是熔敷金屬，一般焊縫均是由熔敷金屬和母材按

27、一定熔合比混合而成。,三、熔化焊接冶金與焊接性問題 熔化焊接冶金問題 對于焊縫金屬，在其形成過程中伴隨著化學(xué)冶金和物理冶金問題，焊縫的成分和組織往往會與母材有很大的區(qū)別。焊接時，有益的合金元素會被燒損，有害的雜質(zhì)元素則可能會增高，焊縫金屬成分一般難以同填充金屬或母材完全相同。實際上，即使焊縫的主要成分含量與母材相同，也難以保證焊縫與母材的組織和性能相同。這是因為母材可通過多種加工手段來改善性能，而焊縫金屬在焊后一般不進行再加工(如形變、熱處理等，這種焊縫金屬稱為焊態(tài))，只能依靠合金化和調(diào)整焊接工藝來控制焊縫的組織和性能。另外，焊接過程中還會產(chǎn)生多種焊接缺陷(如氣孔和裂紋)，使得焊接結(jié)構(gòu)無法使用

28、。,對于母材的焊接熱影響區(qū)，由于在焊接熱源作用下又重新經(jīng)歷了一次(單道單層焊)或多次(多道或多層焊)特殊的加熱和冷卻循環(huán)，從而使原本性能優(yōu)良的母材發(fā)生某些組織和性能的惡化(如硬化、脆化或軟化)，甚至還會產(chǎn)生裂紋等缺陷。而熔合區(qū)則是整個焊接接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)。,焊接性問題 焊接性是指金屬材料(同種或異種)在一定焊接工藝條件下，能夠焊成滿足結(jié)構(gòu)和使用要求的能力，也就是金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性、獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。焊接性的具體內(nèi)容包括： 接合性能，即焊接時形成缺陷的敏感性，也稱為工藝焊接性；,使用性能，即焊成的焊接接頭滿足使用要求的程度，也稱為使用焊接性。還應(yīng)注意，這兩者并不一定一致，即焊

29、接缺陷敏感性小，未必焊接接頭性能就好，反之亦然。焊接性好壞是一個相對概念，在簡單焊接工藝條件下，接合性能和使用性能均能滿足要求時表明焊接性優(yōu)良，如必須采用復(fù)雜的焊接工藝才能實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊接時，則認為焊接性較差。,熔化焊是在焊接熱源(電弧、電子束、等離子弧和激光束等)作用下，使局部母材和焊接材料使用焊接材料時)熔化，兩者共同形成熔池，冷卻后與母材形成牢固冶金連接的焊接方法。不同焊接熱源具有不同的熱效率，電子束、等離子弧和激光束的熱效率可達90%以上，是比較理想的焊接熱源。在熱源作用下，焊件上會形成一定的溫度分布，在某一瞬時焊件上的溫度分布稱為“溫度場”，應(yīng)理解“準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場”的概念。,本章小結(jié),焊接

30、熱循環(huán)也是本章應(yīng)掌握的重點。在焊接熱源的作用下，焊件上某點的溫度隨時間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。應(yīng)掌握熱循環(huán)特征參數(shù)的計算，線能量、預(yù)熱溫度、焊件尺寸及接頭形式對熱循環(huán)的影響特點。理解臨界板厚的意義并會應(yīng)用，了解多層焊焊接熱循環(huán)的特點。焊接接頭包括焊縫、熱影響區(qū)和熔合區(qū)，焊縫為熔池凝固并發(fā)生固態(tài)相變的區(qū)域，熱影響區(qū)為熔池附近受到熱作用也發(fā)生固態(tài)相變的區(qū)域，對焊縫應(yīng)注意熔合比的概念。 “溫度場”和“焊接熱循環(huán)”常稱為焊接熱過程，熱過程貫穿整個焊接過程，對焊接接頭的形成過程(化學(xué)冶金、熔池凝固、固態(tài)相變、缺陷等)以及接頭性能具有重要的影響。,Thank You!,電弧熱,電弧熱：利用氣體介質(zhì)在兩電

31、極之間產(chǎn)生的強烈而持久的放電過程所產(chǎn)生的熱能來作為焊接熱源，這種焊接稱為電弧焊。如手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊（TIG、MIG和MAG)等多種焊接方法。電弧焊可以用藥皮焊條（熔化）、活性或惰性氣體保護的熔化或不熔化極或焊劑保護的熔化電極，或形成焊縫、或形成焊點。因此，電弧熱是現(xiàn)代焊接中應(yīng)用最廣泛的熱源。,等離子弧熱,等離子弧熱：利用等離子焊炬，將陰極和陽極之間的自由電弧壓縮成高溫、高電離度及高能量密度的電弧。這些特性使得等離子弧不僅被廣泛用于焊接、噴涂、堆焊，而且可用于金屬和非金屬的切割。 利用等離子弧作為焊接熱源的熔焊方法稱為等離子弧焊。,激光束,激光束：通過受激輻射而放射增強的光(激光），經(jīng)聚焦產(chǎn)生能量高度集中的激光束作為焊接熱源，如激光焊。 在激光束焊接時，聚焦的激光直射焊接區(qū)，并被大約0.5um厚的表面層所吸收；如果功率密度足夠，則焊件表面被熔化；最后，以和電子束焊接時相同的方式，形成氣化毛細管，作為焊接實際熱源。此外，還有一種不同的（熱效率低）工藝，熱量僅由低功率密度的散聚焦光束產(chǎn)生于焊件表面，通過熱傳導(dǎo)輸送至焊件內(nèi)部。,化學(xué)熱,化學(xué)熱：利用可燃性氣體（液化氣、乙炔）或鋁、