熔化焊與熱切割第二章基礎知識

1、2022-5-21第二章第二章 熔化焊與熱切割基熔化焊與熱切割基礎知識礎知識于強于強興安盟特種設備檢驗所興安盟特種設備檢驗所2022-5-22內容提要 一、基礎知識一、基礎知識 1 1、概述、概述 2 2、金屬學與熱處理知識、金屬學與熱處理知識 3 3、金屬材料的基本知識、金屬材料的基本知識 4 4、焊接工藝及切割工藝簡介、焊接工藝及切割工藝簡介2022-5-23第一節(jié)焊接與切割的基本原理及分類 一、基本原理：一、基本原理： 1 1、焊接：是通過對物體加熱、加壓或、焊接：是通過對物體加熱、加壓或兩者并用，使焊件連接處達到原子力兩者并用，使焊件連接處達到原子力的相互作用，使分離的物件連接成一的相

2、互作用，使分離的物件連接成一個整體的加工工藝。個整體的加工工藝。2022-5-24 2 2、焊接的特點、焊接的特點: : 、焊接與其它連接方法有本質的區(qū)別、焊接與其它連接方法有本質的區(qū)別, ,不僅不僅在宏觀上建立了永久性的聯系在宏觀上建立了永久性的聯系, ,在微觀上也建在微觀上也建立了組織之間的原子級的內在聯系立了組織之間的原子級的內在聯系. . 、焊接比其它連接方法具有更高的強度、焊接比其它連接方法具有更高的強度, ,密密封性封性, ,且質量可靠且質量可靠, ,生產率高生產率高, ,便于實現自動化便于實現自動化 、節(jié)省金屬、節(jié)省金屬, ,工藝簡單工藝簡單, ,可以很方便的采用可以很方便的采用

3、鍛鍛- -焊焊, ,鑄鑄- -焊等復合工藝焊等復合工藝, ,生產大型復雜的機生產大型復雜的機械結構和零件械結構和零件. . 、焊接是一個不均勻加熱的過程、焊接是一個不均勻加熱的過程, ,焊后的焊焊后的焊縫易產生焊接應力縫易產生焊接應力, ,易引起變形易引起變形. .2022-5-25第一節(jié)焊接與切割的基本原理及分類 二、焊接的種類二、焊接的種類: : 根據焊接的過程可分為三類根據焊接的過程可分為三類: : 1 1、熔化焊、熔化焊: :將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法的焊接方法. . 主要有電弧焊主要有電弧焊, ,氣焊氣焊, ,電渣焊電渣焊, ,等離子弧

4、焊等離子弧焊, ,電子束電子束焊焊, ,激光焊等激光焊等. . 2 2、壓力焊、壓力焊: :通過加壓和加熱的綜合作用通過加壓和加熱的綜合作用, ,以實現金以實現金屬接合的焊接方法屬接合的焊接方法. . 主要包括電阻焊主要包括電阻焊, ,摩擦焊摩擦焊, ,爆炸焊等爆炸焊等. . 3 3、釬焊、釬焊: :以熔點低于被焊金屬熔點的焊料填充接以熔點低于被焊金屬熔點的焊料填充接頭形成焊縫的焊接方法頭形成焊縫的焊接方法 主要包括軟釬焊和硬釬焊主要包括軟釬焊和硬釬焊. .2022-5-262022-5-27 三、切割的方法和分類：三、切割的方法和分類： 1 1、火焰切割、火焰切割：（氣割）操作簡單：（氣割）

5、操作簡單 2 2、電弧切割：、電弧切割： 、等離子弧切割：設備比較簡單，易普及、等離子弧切割：設備比較簡單，易普及 、碳弧氣割：主要用于中高碳鋼、碳弧氣割：主要用于中高碳鋼 3 3、冷切割：變形小、冷切割：變形小 、激光切割：、激光切割： 、水射流切割：、水射流切割： 高壓水（高壓水（200200兆帕兆帕200200兆帕）兆帕）2022-5-28 特種作業(yè)是指容易發(fā)生人員傷亡事故，對操特種作業(yè)是指容易發(fā)生人員傷亡事故，對操作者本人、他人的生命健康及周圍設施的安作者本人、他人的生命健康及周圍設施的安全可能造成重大危害的作業(yè)。全可能造成重大危害的作業(yè)。 直接從事特種作業(yè)的人員稱為特種作業(yè)人員。直接

6、從事特種作業(yè)的人員稱為特種作業(yè)人員。 焊接作業(yè)具有高危險性焊接作業(yè)具有高危險性 火災火災 爆炸爆炸 觸電觸電 中毒中毒 燙傷燙傷2022-5-29 上海靜安區(qū)住宅樓上海靜安區(qū)住宅樓 導致導致5353人死亡，另人死亡，另有有7070人正在醫(yī)院接人正在醫(yī)院接受治療，其中受治療，其中1717人人傷勢嚴重。傷勢嚴重。2022-5-210第二節(jié) 金屬材料及熱處理常識 一、純金屬的構造：一、純金屬的構造： 晶體：原子在空間是按一定的幾何規(guī)晶體：原子在空間是按一定的幾何規(guī)律排列。律排列。 首先想到的是：寶石、鉆石首先想到的是：寶石、鉆石 晶體：鹽、冰、雪花、金屬制品（外晶體：鹽、冰、雪花、金屬制品（外形不規(guī)

7、則）形不規(guī)則） 非晶體：木材、玻璃、棉花非晶體：木材、玻璃、棉花 原子在空間是無秩序而雜亂排列。原子在空間是無秩序而雜亂排列。2022-5-211 純金屬的晶體結構：純金屬的晶體結構： 1 1、體心立方晶格：、體心立方晶格： 致密度（致密度（68%68%）：）：68%68%原子占據，原子占據，32%32%間隙間隙 常溫下的純鐵（常溫下的純鐵（鐵）鐵） 、鉬、鎢、釩、鉬、鎢、釩 2 2、面心立方晶格：、面心立方晶格： 致密度（致密度（74%74%） 溫度在溫度在91091013901390的純鐵（的純鐵（鐵）鐵） 、銅、鎳銅、鎳2022-5-212第二節(jié) 金屬材料及熱處理常識 3 3、密排六方晶

8、格：、密排六方晶格： 致密度（致密度（74%74%） 鋅、鎂、鋇鋅、鎂、鋇 液體金屬結晶過程：液體金屬結晶過程： 結晶：金屬由液體凝固為固體的過程。結晶：金屬由液體凝固為固體的過程。 晶核的形成與長大。晶核的形成與長大。 1 1、晶核的形成：、晶核的形成： 2 2、晶核的長大：、晶核的長大： 3 3、晶粒的邊界：、晶粒的邊界：2022-5-213第二節(jié) 金屬材料及熱處理常識 二、合金的晶體構造及鐵碳平衡相圖二、合金的晶體構造及鐵碳平衡相圖 、合金的晶體構造、合金的晶體構造 合金的晶體構造分三類：固溶體、金屬化合物和合金的晶體構造分三類：固溶體、金屬化合物和共析體（機械混合物）。共析體（機械混合

9、物）。 （1 1）、固溶體：）、固溶體： 所謂固溶體是指溶質原子溶入金屬溶劑的晶格中所謂固溶體是指溶質原子溶入金屬溶劑的晶格中所組成的合金相。兩組元在液態(tài)下互溶，固態(tài)也所組成的合金相。兩組元在液態(tài)下互溶，固態(tài)也相互溶解，且形成均勻一致的物質。形成固溶體相互溶解，且形成均勻一致的物質。形成固溶體時，含量大者為溶劑，含量少者為溶質；溶劑的時，含量大者為溶劑，含量少者為溶質；溶劑的晶格即為固溶體的晶格。晶格即為固溶體的晶格。2022-5-214 A A、固溶體的分類、固溶體的分類 按溶質原子在晶格中的位置不同可分為按溶質原子在晶格中的位置不同可分為置換固溶體和間隙固溶體。置換固溶體和間隙固溶體。 、

10、置換固溶體溶質原子占據溶劑晶格、置換固溶體溶質原子占據溶劑晶格中的結點位置而形成的固溶體稱置換固中的結點位置而形成的固溶體稱置換固溶體。當溶劑和溶質原子直徑相差不大，溶體。當溶劑和溶質原子直徑相差不大，一般在一般在1515以內時，易于形成置換固溶以內時，易于形成置換固溶體。體。 銅鎳二元合金即形成置換固溶體，鎳原銅鎳二元合金即形成置換固溶體，鎳原子可在銅晶格的任意位置替代銅原子子可在銅晶格的任意位置替代銅原子（銅、鎳無限互溶）。（銅、鎳無限互溶）。 鋅在銅中溶解極限：鋅在銅中溶解極限：39%39%2022-5-215 另外，另外，按溶質元素在固溶體中的溶解度，可按溶質元素在固溶體中的溶解度，可

11、分為有限固溶體和無限固溶體分為有限固溶體和無限固溶體。但只有置換。但只有置換固溶體有可能成為無限固溶體。固溶體有可能成為無限固溶體。 、間隙固溶體溶質原子分布于溶劑晶格間隙而、間隙固溶體溶質原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱間隙固溶體。間隙固溶體的溶劑形成的固溶體稱間隙固溶體。間隙固溶體的溶劑是直徑較大的過渡族金屬，而溶質是直徑很小的是直徑較大的過渡族金屬，而溶質是直徑很小的碳、氫等非金屬元素。其形成條件是溶質原子與碳、氫等非金屬元素。其形成條件是溶質原子與溶劑原子直徑之比必須小于溶劑原子直徑之比必須小于0.590.59。如鐵碳合金中，。如鐵碳合金中，鐵和碳所形成的固溶體鐵和碳所形成的固溶

12、體鐵素體和奧氏體，皆鐵素體和奧氏體，皆為間隙固溶體。為間隙固溶體。 B B、固溶體的結構：、固溶體的結構： 、晶格畸變、晶格畸變 、偏聚與有序、偏聚與有序2022-5-216 、有序固溶體（更接近化合物）、有序固溶體（更接近化合物） 硬度及脆性增加、塑性和電阻降低硬度及脆性增加、塑性和電阻降低 C C、固溶體的性能、固溶體的性能 當溶質元素含量很少時，固溶體性能與溶劑金屬當溶質元素含量很少時，固溶體性能與溶劑金屬性能基本相同。但隨溶質元素含量的增多，會使性能基本相同。但隨溶質元素含量的增多，會使金屬的強度和硬度升高，這種現象稱為固溶強化。金屬的強度和硬度升高，這種現象稱為固溶強化。置換固溶體和

13、間隙固溶體都會產生固溶強化現象。置換固溶體和間隙固溶體都會產生固溶強化現象。適當控制溶質含量，可明顯提高強度和硬度，同適當控制溶質含量，可明顯提高強度和硬度，同時仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以說固溶體時仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以說固溶體一般具有較好的綜合力學性能。因此要求有綜合一般具有較好的綜合力學性能。因此要求有綜合力學性能的結構材料，幾乎都以固溶體作為基本力學性能的結構材料，幾乎都以固溶體作為基本相。這就是固溶強化成為一種重要強化方法，在相。這就是固溶強化成為一種重要強化方法，在工業(yè)生產中得以廣泛應用的原因。工業(yè)生產中得以廣泛應用的原因。2022-5-217 2 2、金屬化合物、金

14、屬化合物 兩種元素，按一定的原子數量之比相化合兩種元素，按一定的原子數量之比相化合 金屬化合物是兩組元相互作用形成的新相，它金屬化合物是兩組元相互作用形成的新相，它的晶體結構與兩組元都不相同，并具有金屬性的晶體結構與兩組元都不相同，并具有金屬性質。金屬化合物有多種，它們的共同特點是熔質。金屬化合物有多種，它們的共同特點是熔點高、硬度高，一般都作為合金中的硬化相。點高、硬度高，一般都作為合金中的硬化相。如碳鋼中的如碳鋼中的Fe3CFe3C，合金鋼中的，合金鋼中的TiCTiC、VCVC、W2CW2C等。等。 正常價化合物正常價化合物 MgMg、MnMn與與S S、SnSn、SiSi、PbPb化合化

15、合 、電子化合物（可以看作是以化合物為基的、電子化合物（可以看作是以化合物為基的固溶體）熔點、硬度、脆性高固溶體）熔點、硬度、脆性高2022-5-218 間隙相間隙相 高熔點、高硬度具有明顯的金屬特性高熔點、高硬度具有明顯的金屬特性 3 3、共析體、共析體 合金中以單相的固溶體或金屬化合物的形合金中以單相的固溶體或金屬化合物的形式存在的情況很少，大多以兩相的機械混式存在的情況很少，大多以兩相的機械混合物形式存在。如碳鋼中的珠光體，就是合物形式存在。如碳鋼中的珠光體，就是由固溶體（鐵素體）和金屬化合物（滲碳由固溶體（鐵素體）和金屬化合物（滲碳體體Fe3CFe3C）組成的機械混合物。）組成的機械混

16、合物。2022-5-2192022-5-2202022-5-221a奧氏體奧氏體b鐵素體鐵素體c亞共析鋼亞共析鋼d共析鋼共析鋼e過共析鋼過共析鋼f亞共晶亞共晶 白口鑄鐵白口鑄鐵g共晶共晶 白口鑄鐵白口鑄鐵h過共晶過共晶 白口鑄鐵白口鑄鐵2022-5-222u鐵碳平衡圖釋義：鐵碳平衡圖釋義： 純鐵有兩種同素異構體純鐵有兩種同素異構體, ,在在912912以下為體心立方以下為體心立方的的FeFe；在；在91291213941394為面心立方的為面心立方的-Fe;-Fe;在在139413941538(1538(熔點熔點) )又呈體心立方結構又呈體心立方結構, ,即即FeFe。當碳溶于當碳溶于FeFe

17、時形成的固溶體稱鐵素體時形成的固溶體稱鐵素體(F)(F)、溶、溶于于-Fe-Fe時形成的固溶體稱奧氏體時形成的固溶體稱奧氏體(A)(A)，碳含量超，碳含量超過鐵的溶解度后，剩余的碳可能以穩(wěn)定態(tài)石墨形過鐵的溶解度后，剩余的碳可能以穩(wěn)定態(tài)石墨形式存在，也可能以亞穩(wěn)態(tài)滲碳體式存在，也可能以亞穩(wěn)態(tài)滲碳體(Fe(Fe3 3C)C)形式存在。形式存在。FeFe3 3C C有可能分解成鐵和石墨穩(wěn)定相。但這過程在有可能分解成鐵和石墨穩(wěn)定相。但這過程在室溫下是極其緩慢的；即使加熱到室溫下是極其緩慢的；即使加熱到700700， FeFe3 3C C分解成穩(wěn)定相也需幾年分解成穩(wěn)定相也需幾年( (合金中含有硅等促進石

18、墨合金中含有硅等促進石墨化元素時化元素時, Fe, Fe3 3C C穩(wěn)定性減弱穩(wěn)定性減弱) )，石墨雖然在鑄鐵，石墨雖然在鑄鐵(2(24 4C)C)中大量存在中大量存在, ,但在一般鋼但在一般鋼(0.03(0.031.51.5C)C)中卻較難形成這種穩(wěn)定相。中卻較難形成這種穩(wěn)定相。 2022-5-223 珠光體 馬氏體 魏氏體2022-5-224 有色金屬的基本知識有色金屬的基本知識 1、銅及其合金、銅及其合金 純銅：又稱紫銅純銅：又稱紫銅 晶格類型晶格類型 面心立方面心立方 原子量原子量 63.54 密度密度 8.9克克/cm3 熔點熔點 1083 導電率導電率 100-103% ACS 電

19、阻率電阻率 0.01673 歐姆歐姆.mm2/m 線性膨脹數線性膨脹數 17.610-6/ 導熱率導熱率0-100 399W/mk 0.94卡卡/cm.s.c 電阻溫度系數電阻溫度系數 0.00393/ 磁化率磁化率 -0.08610-3/kg 比熱比熱 0.092卡卡/克克. 濕度濕度 20 軟態(tài)軟態(tài) 280MPA 延伸性延伸性 40% 2022-5-225 黃銅： 簡單黃銅：銅鋅合金 特殊黃銅黃銅.doc 白銅：白銅.doc 青銅：青銅.doc2022-5-226 鋁及其合金、 銀白色輕金屬。有延展性。商品常制成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜

20、。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱能猛烈燃燒，并發(fā)出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液，難溶于水。相對密度2.70。熔點660。沸點2327。鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨特性質，這就大大有利于這種新金屬鋁的生產和應用。 應用極為廣泛。 2022-5-227 三、鋼的熱處理：三、鋼的熱處理： 、鋼的固態(tài)相變、鋼的固態(tài)相變如圖如圖3 3所示：所示：在緩冷、緩慢加熱的條件下：在緩冷、緩慢加熱的條件下： A A1 1：加熱時（珠光體）向：加熱時（珠光體）向( (奧氏體奧氏

21、體) )轉變的開轉變的開始轉變溫度；冷卻時向轉變的開始溫度；始轉變溫度；冷卻時向轉變的開始溫度；727727 A A3 3：亞共析鋼加熱時全部轉變?yōu)椋簛喒参鲣摷訜釙r全部轉變?yōu)锳 A溫度，冷卻時先溫度，冷卻時先共析鐵素體的開始析出溫度；共析鐵素體的開始析出溫度； A Acmcm：過共析鋼加熱時：過共析鋼加熱時FeFe3 3C C全部溶入溫度，冷全部溶入溫度，冷卻時從中析出卻時從中析出FeFe3 3C C開始溫度；開始溫度； 碳鋼在加熱或冷卻過程中越過上述臨界碳鋼在加熱或冷卻過程中越過上述臨界點，就會發(fā)生固態(tài)相變，所以可以進行熱處理；點，就會發(fā)生固態(tài)相變，所以可以進行熱處理；2022-5-228

22、1 1、加熱時轉變：、加熱時轉變： 亞共析鋼加熱溫度超過亞共析鋼加熱溫度超過A3A3，珠光體，珠光體奧氏奧氏體體+ +鐵素體鐵素體全部轉變?yōu)閵W氏體。全部轉變?yōu)閵W氏體。 亞共析鋼加熱溫度超過亞共析鋼加熱溫度超過10501050以上，并停以上，并停留較長的時間時，奧氏體晶粒便會迅速長留較長的時間時，奧氏體晶粒便會迅速長大，析出針狀鐵素體，形成大，析出針狀鐵素體，形成魏氏體魏氏體，強度，強度提高，塑性、韌性下降，易裂。提高，塑性、韌性下降，易裂。 2 2、冷卻時的轉變：、冷卻時的轉變：過冷奧氏體：過冷奧氏體： 在臨界點以下存在的，不穩(wěn)定的，處于過冷在臨界點以下存在的，不穩(wěn)定的，處于過冷態(tài)，將要發(fā)生轉

23、變的奧氏體稱為態(tài)，將要發(fā)生轉變的奧氏體稱為過冷奧氏過冷奧氏體體。 2022-5-229過冷奧氏體的轉變類型： 高溫、 緩冷（鐵、碳均擴散）爐冷或空冷退火或正火珠光體轉變。（擴散型） 粒狀或片狀，小顆粒（高強度、塑性、韌性） 低溫、冷速較快到Ms以下轉變（鐵、碳均不擴散）馬氏體。（非擴散型） 脆、硬2022-5-230 、鋼的熱處理：、鋼的熱處理： 是指將鋼在固態(tài)下加熱到預定的是指將鋼在固態(tài)下加熱到預定的溫度，保溫一定的時間后，以一溫度，保溫一定的時間后，以一定的冷卻速度冷卻下來，通過改定的冷卻速度冷卻下來，通過改變鋼的內部組織結構來改善鋼的變鋼的內部組織結構來改善鋼的性能的操作。性能的操作。

24、焊接時焊縫熱影響區(qū)受到焊接熱焊接時焊縫熱影響區(qū)受到焊接熱循環(huán)的作用，實質上經受了熱處循環(huán)的作用，實質上經受了熱處理理2022-5-231 種類：種類： 普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）普通熱處理（退火、正火、淬火和回火） 表面熱處理（表面淬火和化學熱處理）表面熱處理（表面淬火和化學熱處理） 形變熱處理形變熱處理1 1、退火：、退火： 可作為：預備熱處理和最終熱處理；可作為：預備熱處理和最終熱處理； 鋼加熱到臨界點鋼加熱到臨界點A A3 3以上或以下，保溫以上或以下，保溫后隨爐慢冷以獲得近于平衡狀態(tài)的組織的后隨爐慢冷以獲得近于平衡狀態(tài)的組織的工藝。工藝。目的：目的： 消除鑄、鍛、焊件的內應力

25、；消除鑄、鍛、焊件的內應力； 均勻成分、組織，細化晶粒；均勻成分、組織，細化晶粒； 消除內應力和加工硬化；消除內應力和加工硬化； 2022-5-232 改善鋼的成型性、切削加工性；改善鋼的成型性、切削加工性； 為淬火作組織上的準備；為淬火作組織上的準備； 按加熱溫度分：按加熱溫度分： 、重結晶退火：、重結晶退火： 完全退火完全退火 擴散退火擴散退火 不完全退火不完全退火 球化退火球化退火 、低溫退火、低溫退火 再結晶退火再結晶退火 去應力退火去應力退火 按冷卻方式分：等溫退火和連續(xù)退火按冷卻方式分：等溫退火和連續(xù)退火2022-5-2332022-5-234v去應力退火去應力退火v定義：為消除鑄

26、鍛焊件的內應力而進行的定義：為消除鑄鍛焊件的內應力而進行的退火叫作去應力退火。退火叫作去應力退火。v目的：去應力，穩(wěn)定尺寸，防止變形和開目的：去應力，穩(wěn)定尺寸，防止變形和開裂。裂。v工藝：工藝： 加熱溫度：小于加熱溫度：小于Ac1Ac1，500500650650，鑄件為，鑄件為500500550550，焊件為，焊件為500500600600（大焊件（大焊件用火焰或工頻感應加熱局部退火）。用火焰或工頻感應加熱局部退火）。 保溫時間：由工件的尺寸和裝爐量決定。保溫時間：由工件的尺寸和裝爐量決定。鋼鋼4min/mm4min/mm，鑄鐵，鑄鐵6min/mm6min/mm。 冷卻：緩冷，以免產生新的應力

27、。冷卻：緩冷，以免產生新的應力。2022-5-2352 2 鋼的正火（正?；虺；╀摰恼穑ㄕ；虺；﹙定義：將鋼加熱到定義：將鋼加熱到c3c3（或（或cmcm）以上的某溫度，）以上的某溫度，完全化后，保溫，空冷以得到珠光體類型的組完全化后，保溫，空冷以得到珠光體類型的組織，稱為正火?？?，稱為正火。v目的：目的：改善切削加工性能：改善切削加工性能：消除熱加工缺陷；消除熱加工缺陷；普通結構件：要求不高，可以作為最終熱處理來普通結構件：要求不高，可以作為最終熱處理來應用；應用； 適用鋼種：碳鋼，低、中合金鋼；適用鋼種：碳鋼，低、中合金鋼； 工藝參數：工藝參數： 加熱溫度：加熱溫度：c3c3（

28、或（或cmcm）30305050 對一些合金鋼，對一些合金鋼，c3c3100100150150； 原則：晶粒不粗化的前提；原則：晶粒不粗化的前提； 2022-5-236 加熱時間：工件燒透，采用經驗公式即可，與成分、加熱時間：工件燒透，采用經驗公式即可，與成分、 原始組織、裝爐量和加熱設備。原始組織、裝爐量和加熱設備。 冷卻：空冷、風冷、冷卻：空冷、風冷、v正火的應用正火的應用 改善鋼的切削加工性改善鋼的切削加工性 （含碳低于（含碳低于0.25%0.25%的的-HB140-190-HB140-190）；）； 消除過共析鋼的網狀碳化物，為球化退火作準備消除過共析鋼的網狀碳化物，為球化退火作準備

29、（抑制二次碳化物的析出，獲得偽共析體。）（抑制二次碳化物的析出，獲得偽共析體。） 消除熱加工缺陷消除熱加工缺陷（中碳結構鋼鑄、鍛、軋件、焊接件的魏氏組織、粗（中碳結構鋼鑄、鍛、軋件、焊接件的魏氏組織、粗大晶粒、帶狀組織）大晶粒、帶狀組織） 提高普通結構件的機械性能提高普通結構件的機械性能2022-5-2373 3鋼的淬火鋼的淬火v定義：定義：亞共析鋼：亞共析鋼：c c3 3303050 50 ，保溫后以大于臨，保溫后以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻以獲得馬氏體（或下貝界冷卻速度的冷速冷卻以獲得馬氏體（或下貝氏體）組織的熱處理工藝叫做淬火。氏體）組織的熱處理工藝叫做淬火。v目的：強硬化；目的：強硬化

30、；v工藝特點：工藝特點： 關鍵：加熱溫度、冷速足夠大；關鍵：加熱溫度、冷速足夠大； 帶來的問題：內應力；帶來的問題：內應力； 焊接含碳量高的鋼易出現馬氏體，產生冷裂紋焊接含碳量高的鋼易出現馬氏體，產生冷裂紋 焊接含碳量低的鋼不易出現馬氏體，也不易產焊接含碳量低的鋼不易出現馬氏體，也不易產生冷裂紋生冷裂紋2022-5-238 鋼的表面淬火鋼的表面淬火v概念：將工件表面快速加熱到淬火溫度，迅速冷概念：將工件表面快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻后，使工件表面層獲得淬火組織的熱處理方法。卻后，使工件表面層獲得淬火組織的熱處理方法。v目的：表硬心韌；目的：表硬心韌；4 4鋼的回火鋼的回火v定義：定義： 將淬

31、火鋼加熱到以下某溫度，使其轉變?yōu)榉€(wěn)將淬火鋼加熱到以下某溫度，使其轉變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當的方式（空冷）冷卻到定的回火組織，并以適當的方式（空冷）冷卻到室溫的熱處理工藝過程稱為回火。室溫的熱處理工藝過程稱為回火。v類型：類型： 低溫回火低溫回火 、中溫回火、中溫回火、 高溫回火高溫回火2022-5-239 金屬材料的性能：金屬材料的性能：物理、化學、力學、工藝物理、化學、力學、工藝1、物理化學性能：不均勻熱膨脹、物理化學性能：不均勻熱膨脹2、力學：、力學：強度、塑性、沖擊韌性、硬度強度、塑性、沖擊韌性、硬度2022-5-240 合金元素對焊接的影響合金元素對焊接的影響 C C當量當量=C+

32、1/2V+1/2Mo+1/5Mn+1/7Si+1/7Cu+1/9Cr+1/20Ni=C+1/2V+1/2Mo+1/5Mn+1/7Si+1/7Cu+1/9Cr+1/20Ni 2022-5-241 C C：含量：含量強度強度 硬度硬度 耐磨耐磨 塑性塑性韌性韌性抗氧化性抗氧化性 CrCr：含量：含量強度強度 硬度硬度 耐磨耐磨塑性一塑性一般韌性一般般韌性一般 與與O2O2形成氧化膜，穩(wěn)定性強，致密性強形成氧化膜，穩(wěn)定性強，致密性強 抑制石墨產生抑制石墨產生 缺少：引發(fā)鋼材回火脆性缺少：引發(fā)鋼材回火脆性 MoMo：提高再結晶速度，組織穩(wěn)定：提高再結晶速度，組織穩(wěn)定 釩：含量釩：含量強度強度 硬度硬度

33、 耐磨耐磨 塑性塑性韌性韌性鋼材型號2022-5-242 金屬材料的焊接性，俗稱可焊性，是指金金屬材料的焊接性，俗稱可焊性，是指金屬材料對焊接加工的適應性。主要指在一屬材料對焊接加工的適應性。主要指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。的難易程度。焊接奧氏體不銹鋼時，很容易獲得無焊接奧氏體不銹鋼時，很容易獲得無缺陷的焊接接頭，即接合性能好。缺陷的焊接接頭，即接合性能好。金屬材料的焊接性主要決定于焊接接金屬材料的焊接性主要決定于焊接接頭的組織及其性能。一般說來，焊接同種頭的組織及其性能。一般說來，焊接同種金屬材料時，接頭組織與焊件相同或相近，金屬

34、材料時，接頭組織與焊件相同或相近，焊接性較好；焊接異種金屬材料時，接頭焊接性較好；焊接異種金屬材料時，接頭組織至少與某一焊件不同，焊接性較差。組織至少與某一焊件不同，焊接性較差。無論采用何種材料焊接，如果焊接接頭中無論采用何種材料焊接，如果焊接接頭中形成又脆又硬的組織，則焊接性就差形成又脆又硬的組織，則焊接性就差2022-5-243 一般說來，鑄造要產生鑄造熱應力，鍛造要產生一般說來，鑄造要產生鑄造熱應力，鍛造要產生形變應力，熱處理要產生組織應力。熔焊和釬焊形變應力，熱處理要產生組織應力。熔焊和釬焊的焊縫金屬可以近似看成是經歷了鑄造過程；壓的焊縫金屬可以近似看成是經歷了鑄造過程；壓焊接頭可以近

35、似看成是經歷了鍛造過程。焊接時焊接頭可以近似看成是經歷了鍛造過程。焊接時局部加熱后冷卻可以近似看成是焊接接頭經歷了局部加熱后冷卻可以近似看成是焊接接頭經歷了熱處理過程。因此，焊接過程中焊件內將產生熱熱處理過程。因此，焊接過程中焊件內將產生熱應力、形變應力和組織應力，它們的矢量和就是應力、形變應力和組織應力，它們的矢量和就是焊接應力。焊接應力將導致焊接接頭產生裂紋的焊接應力。焊接應力將導致焊接接頭產生裂紋的傾向和焊件的變形。如果被焊材料具有良好的塑傾向和焊件的變形。如果被焊材料具有良好的塑性，將可能通過塑性變形減緩應力，從而減少熱性，將可能通過塑性變形減緩應力，從而減少熱裂紋、冷裂紋產生的傾向性

36、。因此，材料的塑性裂紋、冷裂紋產生的傾向性。因此，材料的塑性也是影響其焊接性的一個重要因素。也是影響其焊接性的一個重要因素。鋼材型號2022-5-244 一、金屬材料的焊接性一、金屬材料的焊接性鋼材焊接性評定的最簡便方法就是碳鋼材焊接性評定的最簡便方法就是碳當量法。在鋼材的成分中，影響最大的是當量法。在鋼材的成分中，影響最大的是碳。其次是錳、鉻、釩等，通常把鋼中合碳。其次是錳、鉻、釩等，通常把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相當含量，稱為碳當量，用符號碳的相當含量，稱為碳當量，用符號CECE來來表示。碳當量可作為評定鋼材焊接性的一表示。碳當量可

37、作為評定鋼材焊接性的一種參考指標。國際焊接學會推薦碳素結構種參考指標。國際焊接學會推薦碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼按下面公式計算鋼、低合金高強度結構鋼按下面公式計算其碳當量。其碳當量。2022-5-245 式中化學元素符號表示該元素在鋼中質量分數的式中化學元素符號表示該元素在鋼中質量分數的上限。實踐證明，碳當量越大，鋼材的焊接性就上限。實踐證明，碳當量越大，鋼材的焊接性就越差。越差。根據經驗，當：根據經驗，當：CECE0.4%0.4%時，鋼材的淬硬傾向小，焊接性良好，時，鋼材的淬硬傾向小，焊接性良好，焊接這類材料時一般不需預熱。只有在工件厚焊接這類材料時一般不需預熱。只有在工件厚大或低溫下焊

38、接時才考慮焊前預熱。大或低溫下焊接時才考慮焊前預熱。CECE0.4%-0.6%0.4%-0.6%時，鋼材的淬硬傾向較大，焊接性時，鋼材的淬硬傾向較大，焊接性較差，需要采用適當的預熱、緩冷等工藝措施。較差，需要采用適當的預熱、緩冷等工藝措施。CECE0.6%0.6%時，鋼材的淬硬傾向嚴重，焊接性差，時，鋼材的淬硬傾向嚴重，焊接性差，需要進行較高溫度的預熱和采取嚴格的工藝措施。需要進行較高溫度的預熱和采取嚴格的工藝措施。利用碳當量法只能簡便粗略地評定鋼材的焊利用碳當量法只能簡便粗略地評定鋼材的焊接性，因為鋼材的焊接性還要受許多因素的影響。接性，因為鋼材的焊接性還要受許多因素的影響。鋼材的實際焊接性

39、，還應根據焊件的具體情況通鋼材的實際焊接性，還應根據焊件的具體情況通過試驗確定。過試驗確定。2022-5-246 鋼材的分類鋼材的分類 鋼和鐵是黑色金屬的兩大類，都是以鐵和鋼和鐵是黑色金屬的兩大類，都是以鐵和碳為主要元素的合金。碳為主要元素的合金。 含碳量在含碳量在2 21111以下的鐵碳合金稱為鋼，以下的鐵碳合金稱為鋼，含碳量含碳量2 211116 66767的鐵碳合金稱為的鐵碳合金稱為鑄鐵。鑄鐵。 鋼中除了鐵、碳以外還含有少量其它鋼中除了鐵、碳以外還含有少量其它元素，如錳、硅、硫、磷等。錳、硅是煉元素，如錳、硅、硫、磷等。錳、硅是煉鋼時作為脫氧劑而加入的，稱為常存元素；鋼時作為脫氧劑而加入

40、的，稱為常存元素；硫、磷是由煉鋼原料帶入的，稱為雜質元硫、磷是由煉鋼原料帶入的，稱為雜質元素。素。2022-5-247 按化學成分分類按化學成分分類 (1)碳素鋼碳素鋼 這種鋼中除鐵以外，主要還這種鋼中除鐵以外，主要還含有碳、硅、錳、硫、磷等幾種元素，這含有碳、硅、錳、硫、磷等幾種元素，這些元素的總量一般不超過些元素的總量一般不超過2。 按含碳量多少，碳素鋼又可分為：按含碳量多少，碳素鋼又可分為： 1)低碳鋼低碳鋼 含碳量小于含碳量小于025。 2)中碳鋼中碳鋼 含碳量為含碳量為025060。 3)高碳鋼高碳鋼 含碳量大于含碳量大于060。 2022-5-248 2)2)合金鋼合金鋼 這種鋼中

41、除碳素鋼所含有的這種鋼中除碳素鋼所含有的各元素外，尚還有其它一些元素，如鉻、各元素外，尚還有其它一些元素，如鉻、鎳、鈦、鉬、鎢、釩、硼等。如果碳素鋼鎳、鈦、鉬、鎢、釩、硼等。如果碳素鋼中錳的含量超過中錳的含量超過0 08 8，或硅的含量超過，或硅的含量超過0 05 5時，這種鋼也稱為合金鋼。時，這種鋼也稱為合金鋼。 根據合金元素的多少，合金鋼又可分根據合金元素的多少，合金鋼又可分為：普通低合金鋼為：普通低合金鋼( (普低鋼普低鋼) )，合金元素總，合金元素總含量小于含量小于5 5；中合金鋼，合金元素總含量；中合金鋼，合金元素總含量為為5 51010；高合金鋼，合金元素總含量；高合金鋼，合金元素

42、總含量大于大于1010。2022-5-249 此外，合金鋼還經常按顯微組織進行分類，此外，合金鋼還經常按顯微組織進行分類，如根據正火組織的狀態(tài)，分為珠光體鋼、如根據正火組織的狀態(tài)，分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼，有些含貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼，有些含合金元素較多的高合金鋼，在固態(tài)下只有合金元素較多的高合金鋼，在固態(tài)下只有鐵素體組織，不發(fā)生鐵素體向奧氏體轉變，鐵素體組織，不發(fā)生鐵素體向奧氏體轉變，稱為鐵素體鋼。稱為鐵素體鋼。2022-5-250 按用途分類按用途分類 (1)結構鋼結構鋼 (2)工具鋼工具鋼 (3)特殊用途鋼特殊用途鋼 如不銹鋼、耐酸鋼、耐如不銹鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、

43、磁鋼等。熱鋼、磁鋼等。 2022-5-251 3 3按品質分類按品質分類 (1)(1)普通鋼普通鋼 含硫量不超過含硫量不超過0.0450.0450.0500.050，含磷量不超過，含磷量不超過0.0450.045。 (2)(2)優(yōu)質鋼優(yōu)質鋼 含硫量不超過含硫量不超過0.0300.0300.0350.035，含磷量不超過，含磷量不超過0.0350.035。 (3)(3)高級優(yōu)質鋼高級優(yōu)質鋼 含硫量不超過含硫量不超過0.0200.0200.0300.030，含磷量不超過，含磷量不超過0.0250.0250.0300.030。 (3)(3)特級優(yōu)質鋼特級優(yōu)質鋼 含硫量不超過含硫量不超過0.0150.015，含磷量不超過含磷量不超過0.0200.020。2022-5-252 部分常用鋼材鋼號表示方法的分類說明部分常用鋼材鋼號表示方法的分類說明 1碳素結構鋼碳素結構鋼 由由 Q+數字數字+質量等級符號質量等級符號+脫氧方法符脫氧方法符號號 組成。它的鋼號冠以組成。它的鋼號冠以 “ Q ” ，代表鋼材，代表鋼材的屈服點，后面的數字表示屈服點數值，的屈服點，后面的數字表示屈服點數值，單位是單位是 MPa例如例如Q235表示屈服點（表示屈服點（ s）為為235 MPa的碳素結構鋼。的碳素