焊工(中級)國家職業(yè)資格培訓(xùn)教材第9章

1、國家職業(yè)資格培訓(xùn)教材國家職業(yè)資格培訓(xùn)教材編審委員會 編吳全生 主編依據(jù)依據(jù)勞動和社會保障部勞動和社會保障部 制定的制定的國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求編寫要求編寫 了解焊接接頭形成的過程、焊接熱循環(huán)的特點、焊縫熔池一次結(jié)晶組織和二次結(jié)晶組織的性能，從而盡力控制焊縫金屬有害元素的來源。第九章 焊 接 接 頭目目 錄錄一、焊接接頭的組成二、焊接接頭的形式一、焊接熱循環(huán)的主要特點二、影響焊接熱循環(huán)的因素一、焊縫熔池的一次結(jié)晶二、焊縫金屬的二次結(jié)三、焊接熱影響區(qū)的組織與性能第九章 焊 接 接 頭目目 錄錄一、選擇合適的焊接工藝方法二、選擇合適的焊接參數(shù)三、選擇合適的焊接熱輸入四、選擇合理的焊接操作方法五

2、、正確選擇焊接材料六、正確選擇焊后熱處理方法七、控制熔合比一、焊縫金屬中的氧二、焊縫金屬中的氫第九章 焊 接 接 頭目目 錄錄三、焊縫金屬中的氮四、焊縫金屬中的硫五、焊縫金屬中的磷第九章 焊 接 接 頭用焊接方法連接的接頭稱為焊接接頭。 焊接方法應(yīng)用最廣泛的能源是使焊接材料和母材熔化的電能源。 熔焊焊接接頭是由兩個或兩個以上的焊件或零件用熔焊焊接方法連接的接頭，它由焊縫金屬、熔合區(qū)、熱影響區(qū)組成。熔焊焊接接頭組成見圖9-1。圖9-1 熔焊焊接接頭組成a)對接接頭 b)搭接接頭 c)角接接頭1焊縫金屬 2熔合區(qū) 3熱影響區(qū) 4母材第九章 焊 接 接 頭 焊縫金屬：是指焊件在焊接熱源的作用下，由母

3、材和焊材熔化后組成，也可以不添加焊材全部由熔化的母材組成，其組織和化學(xué)成分、力學(xué)性能都不同于母材。 熔合區(qū)：它剛好是焊接接頭在焊接熱源作用下，被加熱至熔點與凝固溫度區(qū)間的部分，是焊縫金屬向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域，在焊接熱循環(huán)的影響下，金屬組織和力學(xué)性能都發(fā)生很大變化。 母材與焊縫交界的地方并不是一條線，而是一個狹窄區(qū)，這就是熔合區(qū)。 熔合區(qū)是焊接接頭的薄弱地帶，晶粒非常粗大，冷卻后的組織是粗大過熱組織，塑性和韌性很差。此外，這個地區(qū)還存在著嚴(yán)重的化學(xué)不均勻性、物理不均勻性，是熔合區(qū)性能下降的另一個主要原因。 熱影響區(qū)：母材在焊接過程中因受加熱的影響（但是沒有熔化），而發(fā)生的金相組織和力學(xué)性能變化的

4、區(qū)域。第九章 焊 接 接 頭1.對接接頭2.搭接接頭3.角接接頭4. T形接頭5.端接接頭 對接接頭是指兩件表面構(gòu)成大于或等于135，小于或等于180夾角的接頭。 搭接接頭是指兩件部分重疊構(gòu)成的接頭。 T形接頭是指一件之端面與另一件表面構(gòu)成直角或近似直角的接頭。 端接接頭是指兩件重疊放置或兩件表面之間的夾角不大于30構(gòu)成的端部接頭。 角接接頭是指兩件端部構(gòu)成大于30、小于135夾角的接頭。第九章 焊 接 接 頭 反映焊件上的某一點，在焊接熱源的作用下，其溫度隨著時間的變化由低到高，再由高到低的過程稱為焊接熱循環(huán)。焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)是加熱速度、加熱最高溫度、相變溫度以上的停留時間和冷卻速度。焊

5、接熱循環(huán)的特征： 1）雖然焊接過程加熱溫度高，加熱速度和冷卻速度都大，但是，加熱速度比冷卻速度更大。 2）焊件各點的熱循環(huán)不同。越靠近焊縫中心位置，峰值溫度越高，加熱速度和冷卻速度也越大，反之亦然。焊接接頭熱循環(huán)見圖9-4。（1）焊接熱輸入（2）焊接方法（3）焊前預(yù)熱（4）層間溫度（5）其他因素1）焊件厚度影響。2）接頭形式的影響。3）熱導(dǎo)率的影響。第九章 焊 接 接 頭圖9-4 焊接接頭熱循環(huán)圖第九章 焊 接 接 頭1.焊縫熔池一次結(jié)晶的特點（1）焊縫熔池體積小，冷卻速度快（2）焊縫熔池中的液態(tài)金屬處于過熱狀態(tài)（3）焊縫熔池金屬是在運動狀態(tài)下結(jié)晶2.焊縫熔池一次結(jié)晶組織的特征 從熔合線未完全

6、熔化的晶粒上開始，沿著垂直熔合線的方向，向與散熱方向相反的方向長大，形成柱狀晶。焊縫熔池一次結(jié)晶示意圖見圖9-5。圖9-5 焊縫熔池一次結(jié)晶示意圖a)焊縫窄而深 b)焊縫寬而淺第九章 焊 接 接 頭3.焊縫熔池一次結(jié)晶的組織性能焊縫熔池金屬由液態(tài)凝固后所得到的組織是一次組織。 粗大的柱狀晶不但降低焊縫的強度，而且還降低焊縫的韌性，對高溫合金和高溫不銹鋼等材料的影響就更為嚴(yán)重。 焊縫的一次結(jié)晶形態(tài)還對產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾渣、腐蝕等都有很大的影響。4.焊縫中的偏析焊縫中的偏析可分為顯微偏析、區(qū)域偏析和層狀偏析三種。（1）顯微偏析 焊縫熔池在結(jié)晶過程中，先結(jié)晶的固相比較純，后結(jié)晶的固相含合金元素和雜質(zhì)

7、略高，最后結(jié)晶的固相含合金元素和雜質(zhì)最高。（2）區(qū)域偏析第九章 焊 接 接 頭 焊接過程中，焊縫熔池在結(jié)晶時隨著電弧向前移動，熔池中的柱狀晶也在不斷地推移和長大，此時會把未凝固的合金成分和雜質(zhì)推向焊縫熔池中心，使中心的雜質(zhì)濃度逐漸升高，形成區(qū)域偏析。（3）層狀偏析 在焊縫斷面上，不同分層的化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象稱為層狀偏析。1.焊縫金屬的二次結(jié)晶組織 隨著高溫的焊縫金屬被逐漸冷卻到室溫，焊縫金屬組織將進一步發(fā)生轉(zhuǎn)變，這種組織變化的過程被稱為焊縫金屬的二次結(jié)晶。 （1）低碳鋼的焊縫組織 低碳鋼焊縫組織含碳量較低，一次結(jié)晶得到的組織是奧氏體，當(dāng)冷卻到相變溫度時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體，冷卻速

8、度越第九章 焊 接 接 頭（2）低合金鋼焊縫組織快，珠光體組織的數(shù)量就越多、鐵素體組織就越少。如冷卻速度過慢，高溫停留時間過長，則鐵素體會轉(zhuǎn)變?yōu)槲菏象w組織。 1）鐵素體轉(zhuǎn)變：焊縫中鐵素體的類型主要有：粒狀鐵素體、側(cè)板條鐵素體、針狀鐵素體和細晶鐵素體等四種。這四種類型的鐵素體形態(tài)是低合金鋼焊縫中的主要組成。 2）珠光體轉(zhuǎn)變：很少能得到珠光體組織，除非在緩慢的冷卻條件下（預(yù)熱、緩冷等），才有少量的珠光體轉(zhuǎn)變。 3）貝氏體轉(zhuǎn)變：主要有上貝氏體、下貝氏體以及粒狀貝氏體等。 4）馬氏體轉(zhuǎn)變：根據(jù)含碳量的不同，可以形成不同形態(tài)的馬氏體，主要有板條馬氏體、片狀馬氏體等。第九章 焊 接 接 頭表9-3 主要合

9、金元素對焊縫金屬二次結(jié)晶組織轉(zhuǎn)變的影響主要合金元素對焊縫金屬二次結(jié)晶組織轉(zhuǎn)變的影響見表9-3。第九章 焊 接 接 頭2.焊縫金屬二次結(jié)晶組織的性能1）從塑性、韌性看。2）從抗裂性能看。 3）焊縫金屬的二次結(jié)晶組織越均勻、越細，與粗大而不均勻的焊縫金屬二次結(jié)晶組織相比，其力學(xué)性能就越好。1.不易淬火鋼熱影響區(qū)組織 低碳鋼及某些低合金鋼，如Q345和Q390等，其熱影響區(qū)可分為三個區(qū)域：（1）過熱區(qū) 該區(qū)的溫度范圍在12501100，低碳鋼的過熱組織為粗大的魏氏體組織。第九章 焊 接 接 頭（2）相變重結(jié)晶區(qū) 母材被加熱至Ac3以上的部位，將發(fā)生鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的轉(zhuǎn)變，即相變重結(jié)晶，

10、經(jīng)過在空氣中冷卻，就會得到均勻細小的珠光體和鐵素體，相當(dāng)于正火組織。此區(qū)的塑性和韌性都比較好，該區(qū)的溫度范圍在1100900。（3）不完全重結(jié)晶區(qū) 焊接過程中，熱影響區(qū)處于Ac1Ac3之間范圍內(nèi)，就屬于不完全重結(jié)晶區(qū)。2.易淬火鋼熱影響區(qū)組織（1）完全淬火區(qū) 焊接過程中，母材金屬被加熱的溫度超過Ac3以上時，由于被焊母材金屬淬硬傾向較大，所以，焊縫冷卻后得到的是淬火組織（馬氏體）。第九章 焊 接 接 頭（2）不完全淬火區(qū) 焊接過程中，被母材金屬在Ac1Ac3之間的溫度加熱時，這個區(qū)域內(nèi)的珠光體、貝氏體等組織將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織，并在隨后的快速冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，而鐵素體組織此時并不發(fā)生變

11、化，只是程度不同地在長大。該區(qū)最后形成的組織是細小馬氏體-粗大鐵素體共存的組織，所以稱為不完全淬火區(qū)。（3）回火區(qū) 被焊金屬如果在焊前處于淬火狀態(tài)，則在溫度低于Ac1的區(qū)域內(nèi)，還會發(fā)生不同程度的回火處理，稱為回火區(qū)。3.焊接熱影響區(qū)的性能（1）熱影響區(qū)的硬度變化 硬度值350HVmax時，不會產(chǎn)生裂紋。Q345（16Mn）鋼單道焊接熱影響區(qū)的硬度分布如圖9-6所示。第九章 焊 接 接 頭圖9-6 Q345鋼單道焊接熱影響區(qū)的硬度分布第九章 焊 接 接 頭（2）熱影響區(qū)的強度和塑性變化圖9-7 熱影響區(qū)的強度和塑性變化 熱影響區(qū)的強度和塑性變化情況如圖9-7所示。（3）熱影響區(qū)的韌性變化圖9-8

12、 熱影響區(qū)沖擊韌度的變化 熱影響區(qū)沖擊韌度的變化如圖9-8所示。第九章 焊 接 接 頭第九章 焊 接 接 頭1.氧的來源 主要是來源于焊接材料中的水分、焊件周圍的水分、焊件和焊絲表面上的鐵銹、氧化膜等。氧在焊縫金屬中的存在形式主要是FeO。2.氧對焊縫的影響 隨著焊縫中的含氧量增加，不僅焊縫的強度、塑性、韌性（尤其是低溫沖擊韌性）明顯下降，而且還會引起紅脆、冷脆和時效硬化。焊縫中的氧可以使導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和抗腐蝕性能等降低。焊接過程中，氧燒損鋼中的有益合金元素，使焊縫的性能變壞。3.控制氧的措施（1）純化焊接材料（2）正確選擇焊接參數(shù)（3）脫氧反應(yīng)第九章 焊 接 接 頭1.氫的來源 氫主要來源于

13、焊接材料中的水分、含氫物質(zhì)、電弧周圍空氣中的水蒸氣、焊絲和被焊金屬表面上的鐵銹、油污等雜質(zhì)。2.氫對焊縫的影響（1）氫脆氫在室溫附近使鋼的塑性嚴(yán)重下降的現(xiàn)象稱為氫脆。（2）白點 碳鋼或低合金鋼焊縫中，如果含氫量較高，則常常在其拉伸或彎曲試件的斷面上，出現(xiàn)銀白色的圓形局部脆斷點，稱為白點。（3）氣孔 當(dāng)氣泡向外逸出速度小于液態(tài)金屬結(jié)晶速度時，氣泡就留在焊縫中形成氣孔。第九章 焊 接 接 頭（4）冷裂紋 焊接接頭冷卻到較低的溫度下產(chǎn)生的一種裂紋。有的冷裂紋在焊后要推遲很長的時間才產(chǎn)生，這種裂紋被稱為延遲裂紋。延遲裂紋主要有三種形態(tài)：1）焊趾裂紋2）焊道下裂紋3）根部裂紋3.控制氫的措施（1）嚴(yán)格限

14、制焊接材料的含氫量（2）清除焊件和焊絲表面的雜質(zhì)（3）進行冶金處理1.氮的來源電弧周圍空氣中的氣相氮，是焊接區(qū)氮氣的主要來源。第九章 焊 接 接 頭2.氮對焊縫的影響 在碳鋼焊縫中，氮是有害的雜質(zhì)，它是促使焊縫產(chǎn)生氣孔的主要原因之一。氮是提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強度、降低塑性和韌性的元素，尤其是使低溫韌性急劇下降。氮還是促使焊縫金屬時效硬化的元素。3.控制氮的措施（1）焊接區(qū)的保護影響（2）焊接參數(shù)的影響（3）合金元素的影響1.硫的來源2.硫?qū)缚p的影響（1）來自母材（2）來自焊絲（3）來自藥皮或焊劑第九章 焊 接 接 頭 焊接過程中，硫以FeS的形式生成低熔點共晶，F(xiàn)e+FeS（熔點為9

15、85）或FeS+FeO（熔點為940）呈片狀或鏈狀分布在晶界上，不僅增加了焊縫結(jié)晶裂紋的傾向，而且還降低了焊縫的沖擊韌度和耐腐蝕性。3.控制硫的措施（1）嚴(yán)格限制焊接材料中的硫含量（2）用冶金方法進行脫硫1.磷的來源 焊縫金屬中的磷主要來自母材、藥皮、填充金屬和焊劑，而藥皮和焊劑中的錳礦是導(dǎo)致焊縫增磷的主要來源。第九章 焊 接 接 頭2.磷對焊縫的影響 磷與鐵或鎳可以生成低熔點共晶，如Fe3P+Fe(熔點1050)，Ni3+Ni(熔點880)，在熔池快速結(jié)晶時，磷容易發(fā)生偏析，磷化物常分布在晶界，從而減弱晶粒與晶粒之間的結(jié)合力，降低沖擊韌度，使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。3.控制磷的措施 1）嚴(yán)格限制焊接材料中（母材、藥皮、填充金屬和焊劑）的磷含量。 2）采用脫磷的方法1.焊接接頭所涉及的能源形式有哪幾種？2.簡述焊接熱循環(huán)的主要特點。3.影響焊接熱循環(huán)的因素有哪些？4.簡述焊縫熔池一次結(jié)晶的特點。5.焊縫中的偏析有哪幾種？6