第三部分焊接基礎(chǔ)知識

1、焊接的本質(zhì)與途徑焊接的本質(zhì)與途徑焊接接頭及其形成方法焊接接頭及其形成方法焊接方法的種類和特點(diǎn)焊接方法的種類和特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、性能和特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、性能和特點(diǎn)焊接電弧及電弧靜特性焊接電弧及電弧靜特性 1 1、焊接的本質(zhì)與途徑、焊接的本質(zhì)與途徑(1)(1)焊接的概念及內(nèi)涵焊接的概念及內(nèi)涵按照同際焊接學(xué)會的定義，焊接是指通過加熱或加壓按照同際焊接學(xué)會的定義，焊接是指通過加熱或加壓或二者并用，使被焊材料達(dá)到原子間的結(jié)合，從而形或二者并用，使被焊材料達(dá)到原子間的結(jié)合，從而形成永久性連接的工藝。其中，被焊的材料一般被稱為成永久性連接的工藝。其中，被焊的材料一般被稱為母材或工件。母材或工件。(2)(

2、2)實(shí)現(xiàn)焊接的途徑實(shí)現(xiàn)焊接的途徑通過加壓或加熱，使被焊材料之間在微觀上達(dá)到原通過加壓或加熱，使被焊材料之間在微觀上達(dá)到原子間的結(jié)合，在宏觀上形成永久性的連接接頭。子間的結(jié)合，在宏觀上形成永久性的連接接頭。2 2、焊接接頭及其形成方法、焊接接頭及其形成方法 焊縫金屬的組織和性能不僅取決于焊縫的相變行為，焊縫金屬的組織和性能不僅取決于焊縫的相變行為，而且受到焊接熔池結(jié)晶行為的直接影響。而且受到焊接熔池結(jié)晶行為的直接影響。 是指由熔化的局部母材和填加材料所組成是指由熔化的局部母材和填加材料所組成的具有一定幾何形狀的液態(tài)區(qū)域，而的具有一定幾何形狀的液態(tài)區(qū)域，而是指熔池是指熔池凝固后所形成的固態(tài)區(qū)域。凝

3、固后所形成的固態(tài)區(qū)域。1 1非平衡的動態(tài)結(jié)晶非平衡的動態(tài)結(jié)晶 2.1.1 2.1.1 焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)(1)(1)熔池體積小、冷卻速度大熔池體積小、冷卻速度大(2)(2)熔池過熱、溫度梯度大熔池過熱、溫度梯度大(3)(3)熔池在動態(tài)下結(jié)晶熔池在動態(tài)下結(jié)晶2聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長2.1.1 2.1.1 焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)(1)聯(lián)生結(jié)晶聯(lián)生結(jié)晶焊接熔池的結(jié)晶過程一般是焊接熔池的結(jié)晶過程一般是從熔池邊界開始的，非自發(fā)從熔池邊界開始的，非自發(fā)晶核就依附在半熔化的母材晶核就依附在半熔化的母材晶粒表面上。一般情況下，晶粒表面上。一般情況下，以柱狀晶的形式

4、由半熔化的以柱狀晶的形式由半熔化的母材晶粒向焊縫中心成長，母材晶粒向焊縫中心成長，而且成長的取向與母材晶粒而且成長的取向與母材晶粒相同，從而形成聯(lián)生結(jié)晶。相同，從而形成聯(lián)生結(jié)晶。 2聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長2.1.1 2.1.1 焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)焊縫的柱狀晶初始焊縫的柱狀晶初始尺寸等于焊縫邊界尺寸等于焊縫邊界母材晶粒的尺寸母材晶粒的尺寸 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)晶粒易過熱晶粒易過熱 母材粗化母材粗化 焊縫柱狀晶焊縫柱狀晶 發(fā)生粗化發(fā)生粗化2聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長(2)競爭成長競爭成長在熔池結(jié)晶過程中，盡管結(jié)晶總是從在熔池結(jié)晶過程中，盡管結(jié)晶總是從半熔化

5、的母材晶粒開始聯(lián)生成長，但半熔化的母材晶粒開始聯(lián)生成長，但不同方向上的成長趨勢各不相同。只不同方向上的成長趨勢各不相同。只有最優(yōu)結(jié)晶取向與溫度梯度最大的方有最優(yōu)結(jié)晶取向與溫度梯度最大的方向向( (即散熱最快的方向，亦即熔池邊即散熱最快的方向，亦即熔池邊界的垂直方向界的垂直方向) )相一致的晶粒才有可相一致的晶粒才有可能持續(xù)成長并一直長到熔池中心；反能持續(xù)成長并一直長到熔池中心；反之，只能長到一定尺寸而終止。之，只能長到一定尺寸而終止。 2.1.1 焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)在熔池結(jié)晶后所形成的固態(tài)焊縫中，主要存在兩種在熔池結(jié)晶后所形成的固態(tài)焊縫中，主要存在兩種晶粒，即柱狀晶粒和少量的

6、等軸晶粒。其中，柱狀晶粒，即柱狀晶粒和少量的等軸晶粒。其中，柱狀晶粒是通過平面結(jié)晶、胞狀結(jié)晶、胞狀樹枝結(jié)晶或晶粒是通過平面結(jié)晶、胞狀結(jié)晶、胞狀樹枝結(jié)晶或樹枝狀結(jié)晶所形成，而等軸晶粒一般是通過樹枝狀樹枝狀結(jié)晶所形成，而等軸晶粒一般是通過樹枝狀結(jié)晶形成的。具體呈現(xiàn)何種結(jié)晶形態(tài)，完全取決于結(jié)晶形成的。具體呈現(xiàn)何種結(jié)晶形態(tài)，完全取決于結(jié)晶期間固結(jié)晶期間固- -液界面前沿成分過冷的程度。液界面前沿成分過冷的程度。2.1.1 焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)焊縫中的結(jié)晶組織焊縫中的結(jié)晶組織2.1.1 2.1.1 焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)焊接熔池的結(jié)晶特點(diǎn)2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織固態(tài)焊縫在隨后

7、的連續(xù)冷卻過程中還將發(fā)生相固態(tài)焊縫在隨后的連續(xù)冷卻過程中還將發(fā)生相的轉(zhuǎn)變，從而形成相變組織，即焊縫最終的組的轉(zhuǎn)變，從而形成相變組織，即焊縫最終的組織?？棥＞弯撹F材料而言，相變組織主要取決于焊縫金就鋼鐵材料而言，相變組織主要取決于焊縫金屬的化學(xué)成分和冷卻條件。屬的化學(xué)成分和冷卻條件。 鐵素體和珠光體鐵素體和珠光體2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織(1)低碳鋼焊縫的相變組織低碳鋼焊縫的相變組織 (1)低碳鋼焊縫的相變組織低碳鋼焊縫的相變組織 魏氏組織魏氏組織魏氏組織魏氏組織2.1.2 2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織(2)(2)低合金鋼焊縫的相變組織低合金鋼焊縫的相變組織 1)1)鐵

8、素體鐵素體F F 先共析鐵素體先共析鐵素體2.1.2 2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織1)1)鐵素體鐵素體F F 側(cè)板條鐵素體側(cè)板條鐵素體1)1)鐵素體鐵素體F F 針狀鐵素體針狀鐵素體1)1)鐵素體鐵素體F F 細(xì)晶鐵素體細(xì)晶鐵素體2)2)珠光體珠光體P P 2.1.2 2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織(2)(2)低合金鋼焊縫的相變組織低合金鋼焊縫的相變組織3)3)貝氏體貝氏體B B 上貝氏體上貝氏體 2.1.2 2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織(2)(2)低合金鋼焊縫的相變組織低合金鋼焊縫的相變組織3)3)貝氏體貝氏體B B 下貝氏體下貝氏體 2.1.2 2.1.2

9、 焊縫的相變組織焊縫的相變組織(2)(2)低合金鋼焊縫的相變組織低合金鋼焊縫的相變組織3)3)貝氏體貝氏體B B 粒狀貝氏體粒狀貝氏體 2.1.2 2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織(2)(2)低合金鋼焊縫的相變組織低合金鋼焊縫的相變組織 貝氏體貝氏體 2.1.2 2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織(2)(2)低合金鋼焊縫的相變組織低合金鋼焊縫的相變組織4)4)馬氏體馬氏體M M 2.1.2 2.1.2 焊縫的相變組織焊縫的相變組織(2)(2)低合金鋼焊縫的相變組織低合金鋼焊縫的相變組織焊縫最終組織的構(gòu)成焊縫最終組織的構(gòu)成 2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能

10、的控制 焊縫性能控制是焊接質(zhì)量控制的主要目標(biāo)，焊縫性能控制是焊接質(zhì)量控制的主要目標(biāo)，而焊縫性能是由焊縫組織決定的，因此焊縫性能而焊縫性能是由焊縫組織決定的，因此焊縫性能控制的任務(wù)必然落在焊縫組織的控制上。控制的任務(wù)必然落在焊縫組織的控制上。 在焊接生產(chǎn)中，通過控制焊縫組織不但要在焊接生產(chǎn)中，通過控制焊縫組織不但要保證焊縫具有足夠高的強(qiáng)度，而且還要保證焊縫保證焊縫具有足夠高的強(qiáng)度，而且還要保證焊縫具有足夠高的韌性，即使焊縫具有良好的綜合力具有足夠高的韌性，即使焊縫具有良好的綜合力學(xué)性能。學(xué)性能。 總的來看，焊縫組織的控制主要通過冶金方總的來看，焊縫組織的控制主要通過冶金方面和工藝方面的控制來實(shí)現(xiàn)

11、。面和工藝方面的控制來實(shí)現(xiàn)。1)1)冶金方面的控制冶金方面的控制 錳和硅是焊縫中最常用的合金化元素，它們不僅錳和硅是焊縫中最常用的合金化元素，它們不僅能脫氧而使焊縫得到強(qiáng)化，還能改變焊縫組織形態(tài)而能脫氧而使焊縫得到強(qiáng)化，還能改變焊縫組織形態(tài)而影響焊縫的韌性。當(dāng)其含量合適時，可使焊縫的韌性影響焊縫的韌性。當(dāng)其含量合適時，可使焊縫的韌性得到提高；得到提高； (1)(1)錳和硅的作用錳和硅的作用 對錳對錳- -硅系焊縫金屬來講，當(dāng)焊縫中錳和硅的含硅系焊縫金屬來講，當(dāng)焊縫中錳和硅的含量較低時，焊縫組織為粗大的先共析鐵素體，其韌性量較低時，焊縫組織為粗大的先共析鐵素體，其韌性較低；而當(dāng)焊縫中錳和硅的含量

12、較高時，焊縫組織為較低；而當(dāng)焊縫中錳和硅的含量較高時，焊縫組織為側(cè)板條鐵素體，其韌性也較低；只有當(dāng)錳和硅的含量側(cè)板條鐵素體，其韌性也較低；只有當(dāng)錳和硅的含量處于適中范圍時，才能得到由細(xì)晶鐵素體和針狀鐵索處于適中范圍時，才能得到由細(xì)晶鐵素體和針狀鐵索體組成的焊縫組織，從而具有較高的韌性。體組成的焊縫組織，從而具有較高的韌性。1)1)冶金方面的控制冶金方面的控制 在焊縫中加入微量的鈦和硼等活性元素，能明顯在焊縫中加入微量的鈦和硼等活性元素，能明顯起到細(xì)化焊縫組織的作用，從而顯著提高焊縫的韌性；起到細(xì)化焊縫組織的作用，從而顯著提高焊縫的韌性；這種活性元素對焊縫組織的細(xì)化作用不但體現(xiàn)在熔池這種活性元素

13、對焊縫組織的細(xì)化作用不但體現(xiàn)在熔池結(jié)晶過程中，而且體現(xiàn)在焊縫相變過程中。結(jié)晶過程中，而且體現(xiàn)在焊縫相變過程中。 (2)(2)鈦和硼的作用鈦和硼的作用1)1)冶金方面的控制冶金方面的控制 在低合金鋼焊縫中只要加入少量的鉬，就能降低在低合金鋼焊縫中只要加入少量的鉬，就能降低奧氏體的分解溫度，抑制先共析鐵素體的形成，從而奧氏體的分解溫度，抑制先共析鐵素體的形成，從而提高焊縫的強(qiáng)度和韌性。但其含量也有一個最佳的范提高焊縫的強(qiáng)度和韌性。但其含量也有一個最佳的范圍，只有在這個范圍內(nèi)，其作用效果才最佳。圍，只有在這個范圍內(nèi)，其作用效果才最佳。 (3)(3)鉬的作用鉬的作用 1)1)冶金方面的控制冶金方面的控

14、制 (4) (4)稀土元素的作用稀土元素的作用 稀土是化學(xué)活性極強(qiáng)的元素，能與鋼中的合稀土是化學(xué)活性極強(qiáng)的元素，能與鋼中的合金元素發(fā)生相互作用，改善焊縫的組織以及夾雜金元素發(fā)生相互作用，改善焊縫的組織以及夾雜物的形態(tài)和分布，從而提高焊縫的韌性。物的形態(tài)和分布，從而提高焊縫的韌性。2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制2)2)工藝方面的控制工藝方面的控制 (1) (1)焊接工藝優(yōu)化焊接工藝優(yōu)化 1)1)工藝參數(shù)調(diào)整工藝參數(shù)調(diào)整在焊接結(jié)構(gòu)和材料一定的情況下，工藝參數(shù)調(diào)整是在焊接結(jié)構(gòu)和材料一定的情況下，工藝參數(shù)調(diào)整是控制焊縫組織和性能惟一可行的方法：控制焊縫組織和性能惟一可

15、行的方法：首先，通過調(diào)整焊接參數(shù)，可以控制焊接熱輸入，首先，通過調(diào)整焊接參數(shù)，可以控制焊接熱輸入，防止半熔化母材晶粒的過分粗化，控制熔池的尺寸防止半熔化母材晶粒的過分粗化，控制熔池的尺寸及溫度梯度，進(jìn)而控制熔池的結(jié)晶形態(tài)、晶粒的大及溫度梯度，進(jìn)而控制熔池的結(jié)晶形態(tài)、晶粒的大小及成長方向，以期獲得晶粒細(xì)小的結(jié)晶組織，提小及成長方向，以期獲得晶粒細(xì)小的結(jié)晶組織，提高焊縫的強(qiáng)度和韌性。高焊縫的強(qiáng)度和韌性。 2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制2)2)工藝方面的控制工藝方面的控制 (1) (1)焊接工藝優(yōu)化焊接工藝優(yōu)化 1)1)工藝參數(shù)調(diào)整工藝參數(shù)調(diào)整其次，通過調(diào)整焊接工藝

16、參數(shù)，能夠控制冷卻速度，其次，通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)，能夠控制冷卻速度，進(jìn)而控制焊縫的固態(tài)相變過程及其相變組織。進(jìn)而控制焊縫的固態(tài)相變過程及其相變組織。2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制2)2)工藝方面的控制工藝方面的控制 (1) (1)焊接工藝優(yōu)化焊接工藝優(yōu)化 2)2)采用多層焊接采用多層焊接 在板材厚度和坡口形式一定的條件下，采用小在板材厚度和坡口形式一定的條件下，采用小截面焊道的多層焊能顯著提高焊縫金屬的性能。截面焊道的多層焊能顯著提高焊縫金屬的性能。2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制2)2)工藝方面的控制工藝方面的控制 (2)

17、(2)振動結(jié)晶與錘擊處理振動結(jié)晶與錘擊處理 1)1)振動結(jié)晶振動結(jié)晶機(jī)械振動 超聲振動 電磁振動 2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制2)2)工藝方面的控制工藝方面的控制 (2)(2)振動結(jié)晶與錘擊處理振動結(jié)晶與錘擊處理 2)錘擊處理錘擊處理 錘擊處理是指通過錘擊焊縫表面來改善焊縫的錘擊處理是指通過錘擊焊縫表面來改善焊縫的組織和性能。在多層焊中，錘擊每一層焊縫組織和性能。在多層焊中，錘擊每一層焊縫( (或坡口或坡口) )表面，都可以使表面晶粒破碎。這在細(xì)化本層晶粒表面，都可以使表面晶粒破碎。這在細(xì)化本層晶粒的同時，還使其后層焊縫在結(jié)晶時發(fā)生細(xì)化。的同時，還使其后層焊

18、縫在結(jié)晶時發(fā)生細(xì)化。 因此，逐層錘擊每層焊縫就能改善整個焊縫的組因此，逐層錘擊每層焊縫就能改善整個焊縫的組織和性能。此外，錘擊產(chǎn)生的塑性變形還可降低殘織和性能。此外，錘擊產(chǎn)生的塑性變形還可降低殘余應(yīng)力，從而提高焊縫的韌性及疲勞性能。余應(yīng)力，從而提高焊縫的韌性及疲勞性能。2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制2)2)工藝方面的控制工藝方面的控制 (3) (3)焊后熱處理焊后熱處理 1)1)跟蹤熱處理跟蹤熱處理 2)2)整體或局部熱處理整體或局部熱處理 2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制2)2)工藝方面的控制工藝方面的控制 (3) (3)焊后

19、熱處理焊后熱處理 1)1)跟蹤熱處理跟蹤熱處理 跟蹤熱處理是指每焊完一道焊縫后立即用火焰加熱跟蹤熱處理是指每焊完一道焊縫后立即用火焰加熱焊道表面而進(jìn)行的熱處理所用的處理溫度一般控焊道表面而進(jìn)行的熱處理所用的處理溫度一般控制在制在900900一一10001000之間。之間。2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制2)2)工藝方面的控制工藝方面的控制 (3) (3)焊后熱處理焊后熱處理 2)2)整體或局部熱處理整體或局部熱處理 焊后采用整體或局部熱處理，不但可以消除殘余焊后采用整體或局部熱處理，不但可以消除殘余應(yīng)力，而且能改善焊縫和整個接頭的組織和性能。因應(yīng)力，而且能改善焊

20、縫和整個接頭的組織和性能。因此，對于重要的焊接結(jié)構(gòu)，如此，對于重要的焊接結(jié)構(gòu)，如珠光體耐熱鋼電站設(shè)備珠光體耐熱鋼電站設(shè)備和中碳調(diào)質(zhì)鋼飛機(jī)起落架等，焊后都采用了回火、正和中碳調(diào)質(zhì)鋼飛機(jī)起落架等，焊后都采用了回火、正火或調(diào)質(zhì)等整體熱處理。對于難于采用整體熱處理的火或調(diào)質(zhì)等整體熱處理。對于難于采用整體熱處理的大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐的過熱器等，焊后可大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)，如電站鍋爐的過熱器等，焊后可以采用局部熱處理來改善焊縫的性能。以采用局部熱處理來改善焊縫的性能。2.1.3 2.1.3 焊縫組織和性能的控制焊縫組織和性能的控制 1焊接加熱過程的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接加熱過程的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)(1)組織轉(zhuǎn)變向

21、高溫推移組織轉(zhuǎn)變向高溫推移 (2)奧氏體均質(zhì)化程度降低、部分晶粒嚴(yán)重長奧氏體均質(zhì)化程度降低、部分晶粒嚴(yán)重長大大2.2.1 焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) (1)組織轉(zhuǎn)變向高溫推移組織轉(zhuǎn)變向高溫推移由鐵素體或珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的過程是擴(kuò)散重結(jié)由鐵素體或珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的過程是擴(kuò)散重結(jié)晶過程，需要有孕育期。在快速加熱的條件下，來晶過程，需要有孕育期。在快速加熱的條件下，來不及完成擴(kuò)散過程所需的孕育期，勢必造成相變溫不及完成擴(kuò)散過程所需的孕育期，勢必造成相變溫度提高。當(dāng)鋼中含有碳化物形成元素時，由于它們度提高。當(dāng)鋼中含有碳化物形成元素時，由于它們的擴(kuò)散速度慢，而且本身還阻止碳

22、的擴(kuò)散，因而明的擴(kuò)散速度慢，而且本身還阻止碳的擴(kuò)散，因而明顯減慢了奧氏體化的進(jìn)程，促使轉(zhuǎn)變溫度升得更高。顯減慢了奧氏體化的進(jìn)程，促使轉(zhuǎn)變溫度升得更高。 (2)奧氏體均質(zhì)化程度降低、部分晶粒嚴(yán)重長大奧氏體均質(zhì)化程度降低、部分晶粒嚴(yán)重長大奧氏體均質(zhì)化過程也是擴(kuò)散過程，由于焊接加熱速奧氏體均質(zhì)化過程也是擴(kuò)散過程，由于焊接加熱速度快，高溫停留時間短，不利于擴(kuò)散過程的進(jìn)行，度快，高溫停留時間短，不利于擴(kuò)散過程的進(jìn)行，因而使奧氏體均質(zhì)化程度降低，造成晶粒過熱而嚴(yán)因而使奧氏體均質(zhì)化程度降低，造成晶粒過熱而嚴(yán)重長大重長大 。 2 焊接冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)(1)組織轉(zhuǎn)變向低溫推移、可

23、形成非平衡組織組織轉(zhuǎn)變向低溫推移、可形成非平衡組織(2)馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷速發(fā)生變化馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷速發(fā)生變化焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) (1)組織轉(zhuǎn)變向低溫推移、可形成非平衡組織組織轉(zhuǎn)變向低溫推移、可形成非平衡組織 焊接冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變過程已向低溫推移。同焊接冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變過程已向低溫推移。同時，在快冷的條件下，共析成分也發(fā)生變化，甚至?xí)r，在快冷的條件下，共析成分也發(fā)生變化，甚至得到非平衡狀態(tài)的偽共析組織。得到非平衡狀態(tài)的偽共析組織。這種組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)的原因，是因?yàn)閵W氏體向鐵素體這種組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)的原因，是因?yàn)閵W氏體向鐵素體或珠光體的轉(zhuǎn)變是由擴(kuò)散過程控制的結(jié)果。

24、或珠光體的轉(zhuǎn)變是由擴(kuò)散過程控制的結(jié)果。(2)馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷速發(fā)生變化馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷速發(fā)生變化在焊接熱循環(huán)的作用下，熔合線附近的晶粒因過熱在焊接熱循環(huán)的作用下，熔合線附近的晶粒因過熱而粗化，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，使淬硬傾向增大；而粗化，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，使淬硬傾向增大；另一方面，鋼中的碳化物由于加熱速度快、高溫停另一方面，鋼中的碳化物由于加熱速度快、高溫停留時間短而不能充分溶解在奧氏體中，降低了奧氏留時間短而不能充分溶解在奧氏體中，降低了奧氏體的穩(wěn)定性，使淬硬傾向降低。體的穩(wěn)定性，使淬硬傾向降低。正是由于這兩方面的共同作用，使冷卻過程中馬氏正是由于這兩方面的共同作用，使冷卻過程中馬氏體轉(zhuǎn)

25、變臨界冷速發(fā)生變化。體轉(zhuǎn)變臨界冷速發(fā)生變化。 1不易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布不易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布(1)過熱區(qū)過熱區(qū)(2)完全重結(jié)晶區(qū)完全重結(jié)晶區(qū)(3)不完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)(4)再結(jié)晶區(qū)再結(jié)晶區(qū)2.2.2 焊接熱影響區(qū)的組織特征焊接熱影響區(qū)的組織特征 2.2.3 易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布(1)完全淬火區(qū)完全淬火區(qū)(2)不完全淬火區(qū)不完全淬火區(qū)(3)回火區(qū)回火區(qū) 熔合區(qū)是介于焊縫與熱影響區(qū)之間的相當(dāng)窄熔合區(qū)是介于焊縫與熱影響區(qū)之間的相當(dāng)窄小的過渡區(qū)，是由部分熔化的母材和部分未熔化小的過渡區(qū)，是由部分熔化的母材和部分未熔化的母材所組成的區(qū)域。其化學(xué)成分、微

26、觀組織和的母材所組成的區(qū)域。其化學(xué)成分、微觀組織和力學(xué)性能極不均勻，常常是熱裂紋、冷裂紋及脆力學(xué)性能極不均勻，常常是熱裂紋、冷裂紋及脆性相的發(fā)源地，從而成為性相的發(fā)源地，從而成為焊接接頭的最薄弱環(huán)節(jié)焊接接頭的最薄弱環(huán)節(jié)。1.幾何尺寸小幾何尺寸小 從母材液、固相線的溫度范圍來考像，該范圍從母材液、固相線的溫度范圍來考像，該范圍越小，熔化區(qū)的寬度越小；從溫度梯度來考慮，母越小，熔化區(qū)的寬度越小；從溫度梯度來考慮，母材導(dǎo)熱性越差，焊接熱源的能量密度越高，溫度梯材導(dǎo)熱性越差，焊接熱源的能量密度越高，溫度梯度就越大，因而熔合區(qū)的寬度就越小。度就越大，因而熔合區(qū)的寬度就越小。2成分不均勻成分不均勻 化學(xué)成

27、分嚴(yán)重不均勻是熔合區(qū)最大的特征，從化學(xué)成分嚴(yán)重不均勻是熔合區(qū)最大的特征，從而引起熔合區(qū)組織和性能的不均勻，甚至導(dǎo)致焊接而引起熔合區(qū)組織和性能的不均勻，甚至導(dǎo)致焊接缺陷的產(chǎn)生。缺陷的產(chǎn)生。3. 空位密度高空位密度高 在熔合區(qū)，加熱時所受的溫度高，空位密度大，在熔合區(qū)，加熱時所受的溫度高，空位密度大，因而冷卻時位錯的過飽和程度大，亦即殘余的空位因而冷卻時位錯的過飽和程度大，亦即殘余的空位密度高，從而對接頭的性能產(chǎn)生重要的影響。密度高，從而對接頭的性能產(chǎn)生重要的影響。 4殘余應(yīng)力大殘余應(yīng)力大 熔合區(qū)殘余應(yīng)力大是由熔合區(qū)在焊接接頭中所處的位置熔合區(qū)殘余應(yīng)力大是由熔合區(qū)在焊接接頭中所處的位置決定的。在焊

28、接接頭中，熔合區(qū)兩側(cè)分別是焊縫和熱影響區(qū)，決定的。在焊接接頭中，熔合區(qū)兩側(cè)分別是焊縫和熱影響區(qū)，它們之間的分界就是熔合區(qū)的邊界。它們之間的分界就是熔合區(qū)的邊界。 一方面，這三個區(qū)域的線膨脹系數(shù)不同，因而由加熱和一方面，這三個區(qū)域的線膨脹系數(shù)不同，因而由加熱和冷卻引起的脹縮程度不同；冷卻引起的脹縮程度不同； 另一方面，這三個區(qū)域的屈服強(qiáng)度和彈性模量不同，因另一方面，這三個區(qū)域的屈服強(qiáng)度和彈性模量不同，因而由脹縮引起的應(yīng)力不同。而由脹縮引起的應(yīng)力不同。 5晶界液化嚴(yán)重晶界液化嚴(yán)重 容易形成沿晶界擴(kuò)展的液化裂紋。在高強(qiáng)度鋼容易形成沿晶界擴(kuò)展的液化裂紋。在高強(qiáng)度鋼的焊接中，晶間液化也會造成氫的大量擴(kuò)散

29、和聚集，的焊接中，晶間液化也會造成氫的大量擴(kuò)散和聚集，導(dǎo)致氫致裂紋的產(chǎn)生。此外，由液化的晶界冷卻形導(dǎo)致氫致裂紋的產(chǎn)生。此外，由液化的晶界冷卻形成的組織，一般偏析嚴(yán)重，而且脆硬，難于變形，成的組織，一般偏析嚴(yán)重，而且脆硬，難于變形，顯著降低接頭的塑性和韌性。顯著降低接頭的塑性和韌性。小結(jié)：小結(jié)：1)焊接熱過程焊接熱過程2)固液狀態(tài)演變過程固液狀態(tài)演變過程3)焊接化學(xué)冶金過程焊接化學(xué)冶金過程 4)固態(tài)相變過程固態(tài)相變過程焊接的本質(zhì)與途徑焊接的本質(zhì)與途徑焊接接頭及其形成方法焊接接頭及其形成方法焊接方法的種類和特點(diǎn)焊接方法的種類和特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、性能和特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、性能和特點(diǎn)焊接力學(xué)與結(jié)構(gòu)完

30、整性的研究內(nèi)容與方法焊接力學(xué)與結(jié)構(gòu)完整性的研究內(nèi)容與方法 3、焊接方法的種類和特點(diǎn)、焊接方法的種類和特點(diǎn)（1）壓力焊）壓力焊壓力焊設(shè)備壓力焊設(shè)備3、焊接方法的種類、焊接方法的種類和特點(diǎn)和特點(diǎn)（2）釬焊）釬焊釬釬焊焊設(shè)設(shè)備備3、焊接方法的種類、焊接方法的種類和特點(diǎn)和特點(diǎn)（3）熔化焊）熔化焊氣焊氣焊 電弧焊電弧焊 高能束焊高能束焊 電渣焊電渣焊 熔焊方法的種類熔焊方法的種類氣焊是利用可燃?xì)怏w燃燒所釋放出的化學(xué)熱氣焊是利用可燃?xì)怏w燃燒所釋放出的化學(xué)熱來實(shí)現(xiàn)焊接的方法。常用的燃?xì)馐且胰玻蕘韺?shí)現(xiàn)焊接的方法。常用的燃?xì)馐且胰?，故稱為氧乙炔焊。稱為氧乙炔焊。 1)氣焊氣焊熔焊方法的種類熔焊方法的種類1)氣

31、焊氣焊1)氣焊氣焊熔焊方法的種類熔焊方法的種類電弧焊是以氣體介質(zhì)放電所產(chǎn)生的電弧作為電弧焊是以氣體介質(zhì)放電所產(chǎn)生的電弧作為熱源的焊接方法?？杉?xì)分為焊條電弧焊、埋熱源的焊接方法。可細(xì)分為焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、鎢極惰性氣體?；『?、熔化極氣體保護(hù)焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊及等離子弧焊等。護(hù)焊及等離子弧焊等。2) 電弧焊電弧焊 焊條電弧焊焊條電弧焊-手工電弧焊手工電弧焊焊條電弧焊焊條電弧焊-手工電弧焊手工電弧焊 埋埋弧弧自自動動堆堆焊焊原原理理埋弧自動堆焊原理圖1焊絲；2焊劑；3基體；4熔化金屬；5凝固焊層金屬；6熔渣；7渣殼電弧焊電弧焊埋弧焊埋弧焊電弧焊電弧焊埋弧焊埋弧焊電弧焊電弧焊埋弧

32、焊埋弧焊電弧焊電弧焊埋弧焊埋弧焊電弧焊電弧焊埋弧焊埋弧焊埋弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)：埋弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高 (2)焊接金屬的品質(zhì)良好、穩(wěn)定焊接金屬的品質(zhì)良好、穩(wěn)定 電弧及電弧及熔化金屬受到焊劑的保護(hù)，沒有空氣污熔化金屬受到焊劑的保護(hù)，沒有空氣污染。染。(3)焊縫外觀非常美觀焊縫外觀非常美觀 熔化金屬凝固過熔化金屬凝固過程中受到熔渣的覆蓋，能夠得到美觀的程中受到熔渣的覆蓋，能夠得到美觀的焊縫外形。焊縫外形。(4)焊接成本低焊接成本低(5)操作環(huán)境好操作環(huán)境好 電弧焊電弧焊埋弧焊埋弧焊埋弧焊存在的問題埋弧焊存在的問題(1)設(shè)備費(fèi)用高設(shè)備費(fèi)用高 (2)對坡口精度有要求對坡口精度有要求(3

33、)焊接姿勢受到限制焊接姿勢受到限制(4)適用材料適用材料 (5)焊縫金屬的沖擊韌性普遍不好焊縫金屬的沖擊韌性普遍不好(6)主要用于自動焊、長焊縫、中等以上厚度板主要用于自動焊、長焊縫、中等以上厚度板的焊接的焊接 對于半自動焊和短焊縫，設(shè)備移動不如對于半自動焊和短焊縫，設(shè)備移動不如氣體保護(hù)電弧焊方便；埋弧焊小電流下電弧的穩(wěn)氣體保護(hù)電弧焊方便；埋弧焊小電流下電弧的穩(wěn)定性差，也不適合焊接薄板。定性差，也不適合焊接薄板。電弧焊電弧焊埋弧焊埋弧焊埋弧焊的應(yīng)用埋弧焊的應(yīng)用 在造船、鍋爐、化工容器、橋梁、起重機(jī)械及冶在造船、鍋爐、化工容器、橋梁、起重機(jī)械及冶金機(jī)械的制造中應(yīng)用最為廣泛。主要對碳素結(jié)構(gòu)金機(jī)械的

34、制造中應(yīng)用最為廣泛。主要對碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼及其復(fù)合鋼鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼及其復(fù)合鋼材等的各種鋼板結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接。在表面耐磨、耐材等的各種鋼板結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接。在表面耐磨、耐腐蝕材料的堆焊方面也比其它方法更具優(yōu)勢。腐蝕材料的堆焊方面也比其它方法更具優(yōu)勢。電弧焊電弧焊熔化極氣體保護(hù)焊熔化極氣體保護(hù)焊熔化極氬弧焊熔化極氬弧焊 電弧焊電弧焊熔化極氣體保護(hù)焊熔化極氣體保護(hù)焊-熔化極氬弧焊熔化極氬弧焊 電弧焊電弧焊鎢極惰性氣體保護(hù)焊鎢極惰性氣體保護(hù)焊鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊(TIG焊）焊）電弧焊電弧焊鎢極惰性氣體保護(hù)焊鎢極惰性氣體保護(hù)焊鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊 電弧焊電弧焊等離子弧焊

35、等離子弧焊熔焊方法的種類熔焊方法的種類高能束流焊是以電子束或激光束與被焊材料高能束流焊是以電子束或激光束與被焊材料局部表面相互作用而產(chǎn)生的熱能作為熱源的局部表面相互作用而產(chǎn)生的熱能作為熱源的焊接方法，因此分為電子束焊和激光束焊。焊接方法，因此分為電子束焊和激光束焊。3)高能束焊高能束焊高能束流焊高能束流焊電子束焊電子束焊高能束流焊高能束流焊電子束焊電子束焊 電子束焊方法因其能量密度很高而能實(shí)現(xiàn)全電子束焊方法因其能量密度很高而能實(shí)現(xiàn)全熔透的穿孔型焊接，可焊厚度很大焊接速度很熔透的穿孔型焊接，可焊厚度很大焊接速度很快，焊接熱影響區(qū)很窄，焊接變形很小。它可以快，焊接熱影響區(qū)很窄，焊接變形很小。它可以

36、焊接多種類型的材料，包括活性材料、耐熱材料、焊接多種類型的材料，包括活性材料、耐熱材料、異種材料以及尺寸不同的材料。異種材料以及尺寸不同的材料。 這種焊接方法的缺點(diǎn)是設(shè)備造價很高，同時這種焊接方法的缺點(diǎn)是設(shè)備造價很高，同時需要真空環(huán)境和需要真空環(huán)境和x射線防護(hù)設(shè)施，對工件的裝配射線防護(hù)設(shè)施，對工件的裝配和對中也有非常高的要求。和對中也有非常高的要求。高能束流焊高能束流焊激光束焊激光束焊高能束流焊高能束流焊激光束焊激光束焊電渣焊電渣焊 電渣焊是以熔渣作為導(dǎo)電介質(zhì)，利用電流通過電渣焊是以熔渣作為導(dǎo)電介質(zhì)，利用電流通過熔渣產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，熔化工件材料（母熔渣產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，熔化工件材料（

37、母材）和填充金屬的焊接方法。材）和填充金屬的焊接方法。 電渣焊電渣焊電渣焊特點(diǎn)電渣焊特點(diǎn)電渣焊具有非常高的熔敷率，無論工件多厚，均電渣焊具有非常高的熔敷率，無論工件多厚，均單道焊完，而且沒有角變形。單道焊完，而且沒有角變形。 它的缺點(diǎn)是輸入的熱量大，接頭在高溫下停留它的缺點(diǎn)是輸入的熱量大，接頭在高溫下停留時間長、焊縫附近容易過熱，焊縫金屬呈粗大結(jié)晶時間長、焊縫附近容易過熱，焊縫金屬呈粗大結(jié)晶的鑄態(tài)組織，沖擊韌性低，焊件在焊后一般需要進(jìn)的鑄態(tài)組織，沖擊韌性低，焊件在焊后一般需要進(jìn)行正火和回火熱處理行正火和回火熱處理。 只適用于垂直位置焊接，而且熱輸入很高只適用于垂直位置焊接，而且熱輸入很高，易易

38、造成焊縫及熱影響區(qū)晶粒的嚴(yán)重粗化，使接頭韌性造成焊縫及熱影響區(qū)晶粒的嚴(yán)重粗化，使接頭韌性顯著降低。顯著降低。航空航天航空航天航空航天航空航天航空航天航空航天航空航天航空航天長三甲運(yùn)載火箭一級殘骸航空航天航空航天現(xiàn)代造船業(yè)現(xiàn)代造船業(yè)焊接應(yīng)力與變形直接影響到船舶結(jié)構(gòu)的連接質(zhì)量和使用安全 。 石油天然氣管道石油天然氣管道石油天然氣管道石油天然氣管道管道焊接質(zhì)量是長輸管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵之管道焊接質(zhì)量是長輸管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵之一，管道焊接過程中不可避免地存在各種各樣的一，管道焊接過程中不可避免地存在各種各樣的焊接缺陷、焊接殘余應(yīng)力、焊接區(qū)材料組織性能焊接缺陷、焊接殘余應(yīng)力、焊接區(qū)材料組織性能劣化

39、、外力損傷及接頭細(xì)節(jié)引起的應(yīng)力應(yīng)變集中，劣化、外力損傷及接頭細(xì)節(jié)引起的應(yīng)力應(yīng)變集中，加之管道輸送壓力和所用鋼級的提高及其運(yùn)行條加之管道輸送壓力和所用鋼級的提高及其運(yùn)行條件的變化，因此，防止焊接接頭的斷裂破壞，確件的變化，因此，防止焊接接頭的斷裂破壞，確保長輸管道系統(tǒng)的安全可靠具有重要意義。保長輸管道系統(tǒng)的安全可靠具有重要意義。 石油天然氣管道石油天然氣管道管道焊接質(zhì)量是長輸管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵之管道焊接質(zhì)量是長輸管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵之一，管道焊接過程中不可避免地存在各種各樣的一，管道焊接過程中不可避免地存在各種各樣的焊接缺陷、焊接殘余應(yīng)力、焊接區(qū)材料組織性能焊接缺陷、焊接殘余應(yīng)力、焊接區(qū)材

40、料組織性能劣化、外力損傷及接頭細(xì)節(jié)引起的應(yīng)力應(yīng)變集中，劣化、外力損傷及接頭細(xì)節(jié)引起的應(yīng)力應(yīng)變集中，加之管道輸送壓力和所用鋼級的提高及其運(yùn)行條加之管道輸送壓力和所用鋼級的提高及其運(yùn)行條件的變化，因此，防止焊接接頭的斷裂破壞，確件的變化，因此，防止焊接接頭的斷裂破壞，確保長輸管道系統(tǒng)的安全可靠具有重要意義。保長輸管道系統(tǒng)的安全可靠具有重要意義。 海上平臺海上平臺核反應(yīng)堆壓力容器核反應(yīng)堆壓力容器核反應(yīng)堆壓力容器核反應(yīng)堆壓力容器 由于殼壁較厚，多層焊時產(chǎn)生的殘余應(yīng)由于殼壁較厚，多層焊時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力大，需經(jīng)多次消除應(yīng)力熱處理。因此，要力大，需經(jīng)多次消除應(yīng)力熱處理。因此，要求核反應(yīng)堆壓力容器用高強(qiáng)度低合

41、金鋼必須求核反應(yīng)堆壓力容器用高強(qiáng)度低合金鋼必須具有良好的焊接性，以避免裂紋的產(chǎn)生，并具有良好的焊接性，以避免裂紋的產(chǎn)生，并保證焊縫和熱影響區(qū)有較好的塑性和低溫沖保證焊縫和熱影響區(qū)有較好的塑性和低溫沖擊韌度。對輻照區(qū)的焊縫，則要求具有足夠擊韌度。對輻照區(qū)的焊縫，則要求具有足夠的塑性、韌性儲備，以確保核反應(yīng)堆壓力容的塑性、韌性儲備，以確保核反應(yīng)堆壓力容器長期安全、可靠地運(yùn)行。器長期安全、可靠地運(yùn)行。核反應(yīng)堆壓力容器核反應(yīng)堆壓力容器工作平臺工作平臺電廠設(shè)備電廠設(shè)備壽命評估壽命評估電廠設(shè)備電廠設(shè)備壽命評估壽命評估電廠設(shè)備電廠設(shè)備壽命評估壽命評估與鉚接接頭相比，焊接接頭的承載能力強(qiáng)。與鉚接接頭相比，焊接

42、接頭的承載能力強(qiáng)。焊接結(jié)構(gòu)的水密性和氣密性好。焊接結(jié)構(gòu)的水密性和氣密性好。節(jié)省材料，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。節(jié)省材料，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。焊接結(jié)構(gòu)的厚度不受限制。焊接結(jié)構(gòu)的厚度不受限制。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單生產(chǎn)效率高。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單生產(chǎn)效率高。(1)焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形(2)焊接接頭性能的不均勻性焊接接頭性能的不均勻性(3)應(yīng)力集中應(yīng)力集中(4)整體性整體性(5)焊接缺陷焊接缺陷 電弧是一種空氣導(dǎo)電現(xiàn)象。它有兩個特性，即發(fā)電弧是一種空氣導(dǎo)電現(xiàn)象。它有兩個特性，即發(fā)出強(qiáng)烈的光和大量的熱。出強(qiáng)烈的光和大量的熱。 電弧是目前焊接熱源中應(yīng)用最為廣泛的一種熱源。電弧是目前焊接熱源中應(yīng)用最為廣泛的一種熱源。電弧焊是

43、以電弧作為熱源的形式將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮茈娀『甘且噪娀∽鳛闊嵩吹男问綄㈦娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砣刍饘?、?shí)現(xiàn)焊接的一種熔焊方法，是現(xiàn)代焊來熔化金屬、實(shí)現(xiàn)焊接的一種熔焊方法，是現(xiàn)代焊接方法中應(yīng)用最為廣泛，也是最為重要的一類焊接接方法中應(yīng)用最為廣泛，也是最為重要的一類焊接方法。方法。l1801年迪威發(fā)現(xiàn)了電弧放電現(xiàn)象，這是近代焊接接合技術(shù)的起點(diǎn)。1885年俄國人發(fā)明了碳弧焊，1907年瑞典人發(fā)明了焊條，1912年開發(fā)了保護(hù)很好的厚涂層焊條。1957年發(fā)明電子束焊，1960年發(fā)明了激光焊。5.1、電弧的產(chǎn)生焊接時，將焊條與焊件接觸后很快拉開，在焊條端部焊接時，將焊條與焊件接觸后很快拉開，在焊條端部和焊件之間會立即產(chǎn)生明亮的電弧，即焊接電弧。和焊件之間會立即產(chǎn)生明亮的電弧，即焊接電弧。 在電弧焊中，氣體電離和陰極電子發(fā)射是電弧的產(chǎn)生在電弧焊中，氣體電離和陰極電子發(fā)射是電弧的產(chǎn)生與維持需要具備的兩個條件與維持需要具備的兩個條件，同時也伴隨著激勵、解，同時也伴隨著激勵、解離、擴(kuò)散、復(fù)合及負(fù)離子產(chǎn)生等過程。離、擴(kuò)散、復(fù)合及負(fù)離子產(chǎn)生等過程。52焊接電弧的引燃過程焊接電弧的引燃過程 焊接電弧的引燃有兩種方法，即接觸引弧法焊接電弧的引燃有兩