焊接接頭的組織和性能

Presentedby@Feng金屬熔焊原理及材料焊接金屬熔焊原理及材料焊接——第二章焊接接頭的組織和性能Contents目錄1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡1.1.3母材的加熱及熔化1.1.4焊縫金屬的熔合比焊接熔合區(qū)2焊縫1焊接熱影響區(qū)31.2.1焊接熔池的結(jié)晶特點1.2.2焊接熔池結(jié)晶過程1.3.1低碳鋼焊縫的固態(tài)相變1.3.2低合金鋼焊縫的固態(tài)相變1.4.1改善焊縫金屬一次組織的方法1.4.2改善焊縫金屬二次組織的方法1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)焊縫焊縫金屬是由熔化的填充材料焊條或焊絲及母材熔合而成。在焊接熱源作用下，焊條或焊絲及母材熔化形成熔池，隨著熱源的離去，高溫液態(tài)熔池金屬經(jīng)過兩次結(jié)晶過程轉(zhuǎn)變?yōu)槌氐墓虘B(tài)焊縫，包括由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y(jié)晶，以及在固相焊縫金屬中出現(xiàn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變即固態(tài)相變的二次結(jié)晶，又稱重結(jié)晶。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)一、焊條金屬的加熱

（電弧熱電阻熱化學(xué)反應(yīng)熱）1、電弧熱焊接電弧傳給焊條的熱量占焊接電弧總功率的20%-27%熔化藥皮和焊芯，使焊條端部的液態(tài)金屬過熱和蒸發(fā)。一部分傳到未熔化的焊芯深處，使焊芯和藥皮升溫。一部分1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)2、電阻熱電阻熱與焊接電流密度，焊芯的電阻和焊接時間有關(guān)。正常焊接——加熱藥皮電流密度，焊條伸出長度——開裂不銹鋼焊條焊接時，這種現(xiàn)象更為突出。嚴(yán)格限制焊芯和藥皮的加熱溫度，一般焊接終了時，焊芯的溫度不應(yīng)超過600~650℃。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)焊縫成形變壞，甚至產(chǎn)生氣孔等缺陷焊條電阻熱過大的不良影響飛濺增加藥皮開裂或脫落，電弧燃燒不穩(wěn)定焊條發(fā)紅變軟，操作困難藥皮喪失冶金作用1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)3、化學(xué)反應(yīng)熱電阻熱與焊接電流密度，焊芯的電阻和焊接時間有關(guān)。藥皮部分化學(xué)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)時產(chǎn)生的熱量。約占總熱量的1%-3%，可以忽略不計。1%3%二、焊條金屬的熔化速度1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)平均熔化速度（vm）單位時間內(nèi)熔化的焊芯質(zhì)量或長度。vm=m/t=αpI單位：g/h平均熔敷速度（vH）單位時間內(nèi)真正進入焊縫的那部分金屬質(zhì)量vH=mH/t=аHI熔化系數(shù)p單位時間內(nèi)，由單位電流單位時間內(nèi)所熔化的焊絲量（長度，重量）

P=m/It

單位：g/(A.H)平均熔化速度（vm）單位時間內(nèi)熔化的焊芯質(zhì)量或長度。аH=mH/單位：g/(A.H)思考：提高焊條熔化速度的措施？影響焊絲熔化速度的因素1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)焊絲直徑伸出長度氣體介質(zhì)電流電壓電流極性電流↑→熔化速度↑較長弧長范圍內(nèi)，電壓變化→不影響焊絲的熔化在較短弧長范圍內(nèi)，電壓↓→熔化系數(shù)↑（自調(diào)節(jié)作用)在更短弧長范圍內(nèi)，電壓↓→熔化系數(shù)↓焊絲為陰極時，熔化速度大d↑→熔化速度↓Ls↑→熔化速度↑反接時介質(zhì)的影響不大，正接時介質(zhì)的影響比較復(fù)雜，無明顯規(guī)律電弧電壓影響焊絲熔化速度熔化特性曲線IUBAC1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.1焊條、焊絲的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)電弧電壓AB段：下降的壓降主要在弧柱上，不影響熔化。熔化速度主要取決于電流。BC段：電壓降低，電流減小。

原因：電弧短，熱量損失少；熔滴加熱溫度低，帶走能量少，從而溶化系數(shù)高。BC以下：短路時間增加，能量輸入少，從而溶化系數(shù)減小。固有自調(diào)節(jié)作用：BC段，電弧本身有恢復(fù)原來弧長的能力。1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡是指電弧焊時，在焊條（或焊絲）端部形成的向熔池過渡的液態(tài)金屬滴。熔滴通過電弧空間向熔池的轉(zhuǎn)移過程即熔滴過渡。熔滴過渡的形式金屬熔滴向熔池過渡根據(jù)其形式不同，大致可分為滴狀過渡、短路過渡和噴射過渡。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)熔滴熔滴過渡的形式滴狀過渡短路過渡噴射過渡焊接金屬熔滴及其過渡特性焊條端部熔化形成的滴狀液態(tài)金屬稱為熔滴。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)重點研究熔滴特性至關(guān)重要焊接冶金焊接過程穩(wěn)定性焊縫成形熔滴過渡的形式：國際焊接學(xué)會（IIW）對熔滴過渡形式分類：1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)注：CO2中等電流焊時：短路過渡加大滴狀排斥過渡，飛濺大。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)熔滴過渡的主要形式及其特點分為三種：自由過渡、接觸過渡（短路過渡）和渣壁過渡（附壁過渡）。自由過渡接觸過渡渣壁過渡1自由過渡自由過渡是指熔滴經(jīng)電弧空間自由飛行，焊絲端頭和熔池之間不發(fā)生直接接觸的過渡方式。滴狀過渡大顆粒過渡細顆粒過渡特點熔滴直徑大于焊絲直徑條件條件電流較小，電弧電壓高時，小電流MIG焊。過渡頻率低，主要是重力與表面張力的平衡。較大電流時，大電流CO2焊。頻率高，電弧穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量高,重力、電磁力促進過渡。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)噴射過渡在MIG焊(熔化極惰性氣體保護焊)時會出現(xiàn)這種形式的過渡，又分為：射滴過渡、亞射流過渡、射流過渡、旋轉(zhuǎn)射流過渡。滴狀過渡形成原因熔滴被弧根籠罩，電弧呈種罩形，從而電磁收縮力形成較強的推力出現(xiàn)場合鋁及其合金的氬弧焊及鋼的脈沖氬弧焊。射流過渡形成原因電流密度大，焊絲熔化端部形成尖錐狀，出現(xiàn)金屬蒸發(fā)，電弧跳弧，形成很強的等離子流力熔滴直徑接近焊絲直徑，熔滴加速度大于重力加速度，尺寸規(guī)則呈球形，沿軸向過度。電流密度大，熔滴直徑小于焊絲直徑，熔滴加速度比重力加速度大幾十倍。

熔滴過渡的形式：1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)自由過渡接觸過渡渣壁過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)射滴過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)3）亞射流過渡（亞射滴過渡）介于短路過渡與射滴過渡之間的熔滴過渡形式。形成原因因其電弧較短，在電弧熱作用下，形成的熔滴長大，在即將以射滴過渡時與熔池短路，在電磁收縮力的作用下斷裂形成過渡。特點短路前就已經(jīng)形成細頸；短路時間短，電流上升不大；飛濺小，焊縫成形美觀；電弧自調(diào)節(jié)能力極強（弧長2～8mm)；主要用于鋁及其合金的焊接。射滴過渡亞射流過渡亞射流過渡時的電弧及焊絲端頭形態(tài)1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)２接觸過渡（短路過渡）當(dāng)電流較小，電弧電壓較低時，弧長較短，熔滴未長成大滴就與熔池接觸形成液態(tài)金屬短路，電弧熄滅，隨之金屬熔滴在表面張力及電磁收縮力的作用下過渡到熔池中去，熔滴脫落之后電弧重新引燃，如此交替進行。短路過渡的過程以P26圖2-3進行分析。穩(wěn)定性及其影響因素穩(wěn)定性是指焊接持續(xù)穩(wěn)定、飛濺大小、成形等方面a.電流上升率；b.短路最大電流IMaxc.空載電壓恢復(fù)速度；d.短路頻率：越大越穩(wěn)定。附壁過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)短路過渡時，一般使用小直徑的焊絲或焊條，電流密度較大，電弧產(chǎn)熱集中，焊絲或焊條熔化速度快，因而焊接速度快。同時，短路過渡的電弧弧長較短，焊件加熱區(qū)較小，可減小焊接接頭熱影響區(qū)寬度和焊接變形量，提高焊接接頭質(zhì)量小電流、低電壓、細焊絲，二氧化碳細絲焊。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)４)影響短路頻率的因素：a.電弧電壓：有一個最佳值；b.送絲速度：有一個最佳值。c.電感：增加，頻率降低，但可增加燃弧時間，調(diào)節(jié)熱輸入５)特點a.短路過渡是燃弧、熄弧交替進行的。b.短路過渡時，焊接過程中的平均電流較小，而短路電流峰值又相當(dāng)大，這種電流形式既可避免薄板的焊穿，又可保證熔滴過渡的順利進行，有利于薄板焊接或全位置焊接。堿性焊條大滴狀或短路過渡。（弧長較短時，短路過渡；弧長較長時，大滴狀過渡）酸性焊條細顆粒過渡（部分沿套筒內(nèi)壁過渡，部分直接過渡）1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)３渣壁過渡（附壁過渡）渣壁過渡是熔滴沿著熔渣的壁面流入熔池的一種過渡形式。出現(xiàn)的焊接方法：埋弧焊和焊條電弧焊。電弧在熔渣形成的空腔(氣泡)內(nèi)燃燒，熔滴主要通過渣壁流入熔池，只有極少數(shù)熔滴通過空腔內(nèi)的電弧空間進入熔池。埋弧焊的熔滴過渡頻率及熔滴尺寸與極性、電弧電壓和焊接電流有關(guān)。直流反接時：熔滴較細，沿渣壁以小滴狀過渡，頻率較高；直流正接時：熔滴較大，在斑點力的作用下擺動，呈粗滴狀過渡，頻率較低。熔滴過渡形式可能有四種：渣壁過渡、粗滴過渡、細滴過渡和短路過渡，過渡形式取決于藥皮成分和厚度、焊接參數(shù)、電流種類和極性等。當(dāng)采用厚藥皮焊條焊接時，焊芯比藥皮熔化快，使焊條端頭形成有一定角度的藥皮套筒，控制熔滴沿套筒壁落入熔池，形成渣壁過渡。埋弧焊時焊條電弧焊時關(guān)于熔滴過渡技術(shù)的最新發(fā)展傳統(tǒng)上，熔滴過渡在一個電流周期，形式內(nèi)比較單一，缺乏靈活性，焊縫成形的好壞在很大程度上仍然依賴于焊工的操作技術(shù)水平和心理狀態(tài)。近年來，隨著逆變技術(shù)特別是數(shù)字技術(shù)在焊接設(shè)備上的應(yīng)用逐漸推廣，已經(jīng)可以對熔滴過渡進行快速、精確的實時控制，情況發(fā)生了很大的變化，在熔化極氣體保護焊中出現(xiàn)了如表面張力過渡（STT）、冷金屬過渡（CMT）和雙脈沖（doublepulse、superpulse）過渡等新的熔滴過渡技術(shù)。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)下面為冷金屬過渡過程及其所焊的鋁合金薄板對接焊縫。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)瑞典ESAB公司發(fā)展的superpulse技術(shù)，在一個電流周期內(nèi)可以采用不同熔滴過渡形式的組合，即正、負半波可以分別采用不同的熔滴過渡形式，使焊縫成形比以往更加美觀精確并且容易控制、飛濺極少。焊縫成形更多地依靠機器來完成，大大降低了人為因素對焊縫成形的影響、降低對焊工操作技能培訓(xùn)的要求，不但節(jié)省了生產(chǎn)成本，而且使以往難于解決的焊接問題（如極薄的鋁或不銹鋼板的MIG焊）變得簡單，焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性得到極大的提高。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)焊接電流增加,熔敷系數(shù)αy、熔化系數(shù)αm增加，損失系數(shù)減小。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)三

熔敷系數(shù)和飛濺1熔敷效率和熔敷系數(shù)1）熔敷效率：過渡到焊縫中的金屬重量與使用焊絲重量之比。MIG焊、埋弧焊大于90%CO2焊、手工電弧焊約為80%。２）熔敷系數(shù)αy：單位時間、單位焊接電流內(nèi)所熔敷到焊縫上的焊絲金屬重量。

熔化系數(shù)αm：單位時間、單位焊接電流內(nèi)所熔敷到焊縫上的焊絲金屬重量。損失系數(shù)：1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)2熔滴過渡的飛濺及其影響因素焊接中飛濺的產(chǎn)生氣體爆炸引起的飛濺電弧斑點力引起的飛濺短路過渡再引燃引起的飛濺２）影響因素飛濺的因素焊接方法和規(guī)范過渡形式電源動特性氣體介質(zhì)極性焊絲、焊件表面的清潔度1）伴隨氣體析出而引起的飛濺熔滴過渡的控制1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)脈沖電流控制法射流短路交替控制法脈沖送絲法藥皮的熔化與過渡一以薄膜的形式包在金屬熔滴的外面或被夾在熔滴內(nèi)二熔渣直接從焊條端部以滴狀落入到熔池藥皮熔化后熔渣的過渡形式

藥皮溫度不均勻藥皮厚度—影響—藥皮套筒藥皮熔點—影響—藥皮套筒藥皮套筒的長度對焊接工藝，熔滴過度和化學(xué)冶金反應(yīng)影響1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)熔滴過渡的飛濺1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)飛濺率ψ：定義為飛濺損失的金屬與熔化的焊絲（條）金屬的重量百分比。測量焊接飛濺率的辦法:第一種是焊接后收集飛濺顆粒的辦法，但要保證完全收集也是很困難的，需要對焊接區(qū)進行封閉，并且要做到封閉區(qū)內(nèi)部焊接前后狀態(tài)的一致(特別是各部件的表面狀態(tài))。第二種辦法是通過測量焊絲損失率來一定程度上表示焊接飛濺率大小。熔滴上的作用力：1.重力2.表面張力3.電磁力4.摩擦力熔滴過渡的作用力在滴形成和長大過程中，受到多種力的作用，根據(jù)其來源不同，可分為重力、表面張力、電磁壓縮力、極點壓力和氣體的吹力。1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)重力對熔滴過渡的影響依焊接位置的不同而不同。平焊時，熔滴上的重力促使熔滴過渡；而在立焊及仰焊位置則阻礙熔滴過渡。1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)重力FG＝mg＝(4／3)πRD3ρgFaFσθRDθRFG1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)表面張力Fσ

處的表面張力Fσ是指焊絲端頭上保持熔滴的作用力。Fσ＝2πR式中：R——焊絲半徑；σ——表面張力系數(shù)表面張力是促進熔滴過渡還是阻止過渡應(yīng)針對不同的焊接方法、不同的熔滴過渡形式來分析，如短路過渡后期，表面張力是促進熔滴過渡的，特別是對于現(xiàn)在的STT電源，實現(xiàn)無飛濺過渡更是如此。若熔滴上含有少量活化物質(zhì)(如O2、S等)或熔滴溫度升高，都會減小表面張力系數(shù)，有利于形成細顆粒熔滴過渡。電弧力電弧中的電磁壓縮力、等離子流力、斑點壓力對熔滴過渡都有不同的影響。需要指出的是:

1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)電流較小時住往是重力和表面張力起主要作用電流較大時，電弧力對熔滴過渡起主要作用焊接時，把熔滴看成由許多平行截面流導(dǎo)體組成，這樣在熔滴上就受到由四周向中心的電磁力電磁壓縮力在任何位置上都促使熔滴向熔池過渡。1.電磁壓縮力熔滴中的電磁收縮力1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)電磁壓縮力使電弧氣流上、下形成壓力差，使上部的等離子體迅速向下流動產(chǎn)生壓力電弧等離子流力隨著等離子流從焊絲末端側(cè)面切人，并沖向熔池而產(chǎn)生，它有助于熔滴脫離焊絲，并使其加速通過電弧空間進入熔池。等離子流力與焊絲直徑和焊接電流有密切關(guān)系，采用的焊絲直徑越細，電流越大，產(chǎn)生的等離子流力和流速越大，因而對熔滴推力也就越大。在大電流焊接時，等離子流力會顯著地影響熔滴過渡特性。2.等離子體流力1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)a)在一定條件下，斑點壓力將阻礙金屬熔滴的過渡。b)通常陽極受到的斑點壓力比陰極受到的斑點壓力要小，因而焊絲為陽極時熔滴過渡的阻礙力較小。這也是許多熔化極電弧焊采用直流反接的主要原因之一。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)3.斑點壓力電弧中帶電質(zhì)點在電場作用下向兩極移動，撞擊在兩極的斑點上產(chǎn)生的機械壓力斑點壓力包括正離子和電子對熔滴的撞擊力電極材料蒸發(fā)時產(chǎn)生的反作用力弧根面積很小時產(chǎn)生的指向熔滴的電磁收縮力4爆破力若熔滴內(nèi)部含有易揮發(fā)金屬或由于冶金反應(yīng)而生成氣體，則在電弧高溫作用下氣體積聚和膨脹而造成較大的內(nèi)力，從而使熔滴爆炸。在CO2短路過渡焊接時，電磁力及表面張力的作用導(dǎo)致熔滴形成縮頸，電流密度增加，急劇加熱使液態(tài)小橋爆破形成熔滴過渡，同時也造成了較大飛濺。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)短路過渡時的爆破力示意圖5電弧氣體吹力焊條電弧焊時，焊條藥皮的熔化滯后于焊芯的熔化，在焊條的端頭形成套筒。藥皮中造氣劑分解產(chǎn)生的CO、CO2、H2及O2等在高溫作用下急劇膨脹，從套筒中沖出，推動熔滴沖向熔池。無論何種位置焊接，這種力都有利于熔滴過渡。焊條藥皮套筒示意1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)熔滴的比表面積和作用時間：比表面積（S）：熔滴表面積（A）與其質(zhì)量（ρV）之比，即S=A/ρV。設(shè)熔滴是半徑為R的球體，則S=3/ρR。熔滴越細其熔滴比表面積越大，凡是能使熔滴變細的因素，都能加強冶金反應(yīng)。熔滴相互作用時間近似等于熔滴存在時間（0.01~1.0s），是很短暫的。1.1.4焊縫金屬的熔合比1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)電弧焊時，在電弧熱作用下焊絲或焊條端部受熱熔化形成熔滴，由于受到各種大小不同的作用力，具體形狀和位置不斷變化，從而熔滴以不同的形式脫離焊絲或焊條，過渡到熔池中去。重力表面張力電磁力等離子流力平焊，促進過渡。立焊、仰焊，阻礙過渡平焊，阻礙過渡。立焊、仰焊，促進過渡促進過渡促進熔滴過渡的力斑點壓力撞擊力、蒸發(fā)反作用力、電磁力。阻礙過渡爆破力促進過渡。綜上所述：1）除重力、表面張力、爆破力外，其余力都與電弧形態(tài)有關(guān)。2）熔滴上的作用力對熔滴過渡的影響應(yīng)從焊縫空間位置、熔滴過渡形式、電弧形態(tài)、工藝條件等綜合考慮。熔焊時，在焊接熱源作用下，在焊條或焊絲金屬熔化的同時，被焊金屬(母材)也發(fā)生局部的加熱熔化。母材上由熔化的焊條或焊絲金屬與母材金屬所組成的具有一定幾何形狀的液體金屬稱為焊接熔池。如焊接時不填充金屬，則熔池僅由局部熔化的母材組成。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)熔池的形狀與尺寸熔池的質(zhì)量和存在的時間熔池的溫度

熔池金屬的流動熔池的形狀類似于不標(biāo)準(zhǔn)的半橢球，其輪廓為溫度等于母材熔點的等溫面。熔池的寬度和深度沿X軸連續(xù)變化。電流增加熔池的最大寬度（Bmax）略增，最大深度（Hmax）增大；隨電弧電壓的增加，Bmax增大，Hmax減小。熔池的形狀和尺寸1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)熔池質(zhì)量和存在時間與熔滴階段相比，熔池的比表面積要小，在(0.3~13)×10-3m2/kg間；熔池中各物化反應(yīng)時間要長，在幾s到幾十s之間。tmax=L/v熔池存在時間長久的利與弊：利弊有利于氣泡、熔渣的浮出，合金化均勻等。焊接接頭過熱，組織晶粒容易粗大，韌性值下降熔池內(nèi)的溫度分布是不均勻的。在熔池的頭部，輸入的熱量大于散失的熱量，所以隨熱源的移動，母材不斷熔化。熔池的最高溫度位于電弧下面的熔池表面。在熔池尾部，輸入的熱量小于散失的熱量，所以不斷發(fā)生金屬的結(jié)晶。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)熔池的溫度熔池的溫度1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)特點：中心溫度高、周邊溫度低，頭部溫度高、尾部溫度低。熔池中液態(tài)金屬的流動構(gòu)成熔池強烈運動的原因是什么呢？1、液態(tài)金屬密度差引起自由對流運動；2、表面張力差強迫對流運動；3、熔池中各種機械力攪拌。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.2焊條、焊絲金屬向母材的過渡3焊接熱影響區(qū)焊接熔池內(nèi)金屬的流動焊接熔池表面積內(nèi)部的流體流動模式1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)焊接溫度場焊縫1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)等溫線等溫線不可能相交等溫線、等溫面之間有溫差大小：溫度梯度方向：垂直于等溫面熔池運動對焊接質(zhì)量的影響：1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)1.使熔化的母材和焊條金屬很好的混合，形成成分均勻的焊縫金屬；2.有利于氣體和非金屬夾雜物的外溢，加速冶金反應(yīng)，消除焊接缺陷（氣孔），提高焊接質(zhì)量。3.液態(tài)金屬與母材交界處，運動受限制，化學(xué)成分不均勻。焊縫金屬的熔合比熔合比：熔焊時，局部熔化的母材在焊縫金屬中所占的百分比。A——熔化的母材B——填充金屬1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.3母材的加熱及熔化3焊接熱影響區(qū)θ=AA+BX100%焊縫金屬的熔合比(1)熔合比及計算

熔焊時焊縫金屬是由填充金屬與熔化的母材共同熔合而成的。熔焊時，被熔化的母材在焊縫中所占的百分比稱為熔合比，用Θ表示。熔合比Θ的計算公式為:在對接焊縫中，隨著坡口角度的增大，熔合比則減小。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.1.4焊縫金屬的熔合比3焊接熱影響區(qū)式中θ——熔合比;Am—焊縫截面中母材金屬所占的面積AH—焊縫截面中填充金屬所占的面積θ=AmAH+Am焊縫金屬的一次結(jié)晶1焊縫2焊接熔合區(qū)1.2.1

焊縫金屬的結(jié)晶特點3焊接熱影響區(qū)焊縫金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過程稱為焊縫金屬的一次結(jié)晶，焊接過程中的許多缺陷，如氣孔、裂紋、夾雜和偏析等大多是在熔池一次結(jié)晶時產(chǎn)生的。焊接熔池結(jié)晶特點:焊接熔池的體積小1焊接熔池的溫度極不均勻2焊接熔池的冷卻速度快3熔池在運動狀態(tài)下結(jié)晶4焊接熔池的結(jié)晶以熔化母材為基礎(chǔ)5焊接熔池結(jié)晶過程焊接熔池的結(jié)晶遵循金屬結(jié)晶的基本規(guī)律。從金屬學(xué)可知，過冷是金屬結(jié)晶的必要條件，金屬結(jié)晶是由形核和晶核長大這兩個基本過程組成。焊接時的冷卻速度很大，容易獲得較大的過冷度，所以有利于金屬結(jié)晶過程的進行。形核有自發(fā)形核和非自發(fā)形核兩種形式。與鑄錠一樣，焊接熔池中的晶核也是以非自發(fā)晶核為主。1焊縫2焊接熔合區(qū)1.2.2

焊接熔池結(jié)晶過程3焊接熱影響區(qū)焊縫金屬的二次結(jié)晶1焊縫2焊接熔合區(qū)1.2.2

焊接熔池結(jié)晶過程3焊接熱影響區(qū)熔池凝固后得到的組織是一次結(jié)晶組織，對大多數(shù)鋼來說是高溫奧氏體。隨著連續(xù)冷卻過程的進行，高溫奧氏體還要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變即固態(tài)相變，也稱二次結(jié)晶。二次結(jié)晶得到的組織即為室溫組織，或稱二次組織。二次