焊工工藝學(xué)第五版教學(xué)課件第五章-金屬熔焊過(guò)程

第五章金屬熔焊過(guò)程§5-1焊條、焊絲及母材的熔化§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程§5-3焊縫結(jié)晶過(guò)程§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)§5-5控制及改善焊接接頭性能的方法思考與練習(xí)12一、焊接熱源§5-1焊條、焊絲及母材的熔化二、焊條、焊絲的加熱及熔化三、焊條、焊絲金屬向母材的過(guò)渡四、母材的熔化3一、焊接熱源要實(shí)現(xiàn)金屬的焊接，必須提供其需要的能量。對(duì)于熔焊，關(guān)鍵是要有一個(gè)能量集中、溫度足夠高的局部加熱熱源。常用的熔焊熱源有電弧熱（電弧焊）、氣體火焰（氣焊）、電阻熱（電渣焊）、等離子?。ǖ入x子弧焊）等。焊接熱源所產(chǎn)生的熱量并不是全部用來(lái)加熱和熔化焊條、焊絲及母材的，有一部分熱量損失于周圍介質(zhì)和飛濺中?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化4二、焊條、焊絲的加熱及熔化當(dāng)電流通過(guò)焊條或焊絲時(shí)將產(chǎn)生電阻熱。電阻熱的大小取決于焊條或焊絲的伸出長(zhǎng)度、電流、焊條或焊絲金屬的電阻率和直徑。（1）限制焊條或焊絲的伸出長(zhǎng)度焊條電弧焊時(shí)焊條不能過(guò)長(zhǎng)，特別是在采用細(xì)直徑焊條時(shí)，更要限制其長(zhǎng)度?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化1．電阻加熱5（2）限制焊接電流對(duì)于一定直徑的焊條或焊絲，在生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)工藝的要求選用合適的電流值，絕不能單純?yōu)榱颂岣咝识x用過(guò)高的電流值?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化1．電阻加熱6真正使焊條、焊絲熔化的是電弧熱。盡管電弧熱只有一小部分用來(lái)熔化焊條或焊絲（大部分熱量熔化母材），但它卻是熔化焊條、焊絲的主要熱量。而焊條、焊絲本身的電阻熱僅起輔助作用?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化2．電弧加熱7三、焊條、焊絲金屬向母材的過(guò)渡金屬熔滴向熔池過(guò)渡的形式大致可分為滴狀過(guò)渡、短路過(guò)渡和噴射過(guò)渡三種，如圖所示?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化1．熔滴過(guò)渡的形式熔滴過(guò)渡的形式a）滴狀過(guò)渡b）短路過(guò)渡c）噴射過(guò)渡8（1）滴狀過(guò)渡滴狀過(guò)渡有粗滴過(guò)渡和細(xì)滴過(guò)渡兩種。熔滴呈粗大顆粒狀向熔池自由過(guò)渡的形式稱為粗滴過(guò)渡，又稱顆粒過(guò)渡，如上圖a所示。§5-1焊條、焊絲及母材的熔化1．熔滴過(guò)渡的形式9（2）短路過(guò)渡焊條（或焊絲）端部的熔滴與熔池短路接觸，由于強(qiáng)烈過(guò)熱和磁收縮的作用使其爆斷，直接向熔池過(guò)渡的形式稱為短路過(guò)渡，熔滴的過(guò)渡情況如上圖b所示?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化1．熔滴過(guò)渡的形式10（3）噴射過(guò)渡熔滴呈細(xì)小顆粒并以噴射狀態(tài)快速通過(guò)電弧空間向熔池過(guò)渡的形式稱為噴射過(guò)渡。噴射過(guò)渡的特點(diǎn)是熔滴細(xì)，過(guò)渡頻率高，熔滴沿焊絲的軸向高速向熔池運(yùn)動(dòng)，并具有電弧穩(wěn)定、飛濺小、熔深大、焊縫成形美觀、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。噴射過(guò)渡是熔化極氬弧焊、富氬混合氣體保護(hù)焊所采用的熔滴過(guò)渡形式，如上圖c所示?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化1．熔滴過(guò)渡的形式11（1）重力金屬熔滴因本身的重力而具有下垂的傾向。平焊時(shí)，金屬熔滴的重力起促進(jìn)熔滴過(guò)渡的作用。但是在立焊或仰焊時(shí)，熔滴的重力阻礙了熔滴向熔池過(guò)渡，成為阻礙力。熔滴的重力如圖所示。§5-1焊條、焊絲及母材的熔化2．熔滴過(guò)渡的作用力熔滴的重力和表面張力F1—熔滴的重力F2—熔滴的表面張力12（2）表面張力表面張力是焊條或焊絲端頭上保持熔滴的作用力，如圖所示?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化2．熔滴過(guò)渡的作用力熔滴的重力和表面張力F1—熔滴的重力F2—熔滴的表面張力13（3）電磁壓縮力由電工學(xué)可知，兩根平行的載流導(dǎo)體，若它們通過(guò)的電流方向相同，則這兩根導(dǎo)體彼此相吸，使這兩根導(dǎo)體相吸的力叫作電磁力，方向是從外向內(nèi)，如圖所示。§5-1焊條、焊絲及母材的熔化2．熔滴過(guò)渡的作用力通有相同方向電流的兩根導(dǎo)線的相互作用力14焊接時(shí)，把焊條或焊絲末端的液體熔滴看成是由許多載流導(dǎo)體組成的，如圖中箭頭所示，這樣熔滴就會(huì)受到由四周向中心的徑向收縮力，稱為電磁壓縮力?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化2．熔滴過(guò)渡的作用力電磁力在熔滴上的壓縮作用F—電磁壓縮力15（4）斑點(diǎn)壓力焊接電弧中的帶電微粒（電子和正離子）在電場(chǎng)的作用下分別向陽(yáng)極和陰極運(yùn)動(dòng)，撞擊在兩極的斑點(diǎn)上而產(chǎn)生的機(jī)械壓力稱為斑點(diǎn)壓力，如圖所示。§5-1焊條、焊絲及母材的熔化2．熔滴過(guò)渡的作用力斑點(diǎn)壓力阻礙熔滴過(guò)渡1—陰極斑點(diǎn)2—電弧16（5）氣體的吹力進(jìn)行焊條電弧焊時(shí)，焊條藥皮的熔化稍微落后于焊芯的熔化，在藥皮的末端會(huì)形成一小段尚未熔化的“喇叭”形套筒，如圖所示?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化2．熔滴過(guò)渡的作用力焊條藥皮形成套筒17四、母材的熔化熔焊時(shí)，在焊接熱源作用下，焊條、焊絲金屬熔化的同時(shí)，被焊金屬（母材）也發(fā)生局部的熔化。熔池的形狀如圖所示，很像一個(gè)不標(biāo)準(zhǔn)的半橢圓形球。熔池的大小、存在時(shí)間對(duì)焊縫性能有很大影響?！?-1焊條、焊絲及母材的熔化焊接熔池的形狀18一、對(duì)焊接區(qū)金屬的保護(hù)§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程二、焊接化學(xué)冶金過(guò)程的特點(diǎn)三、有害元素對(duì)焊縫金屬的作用四、焊縫金屬合金化19一、對(duì)焊接區(qū)金屬的保護(hù)在焊接過(guò)程中，對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行保護(hù)的目的是防止空氣的有害作用，保證焊縫質(zhì)量。不同的焊接方法，其保護(hù)方式也不相同，各種熔焊方法的保護(hù)方式見(jiàn)表?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程各種熔焊方法的保護(hù)方式20二、焊接化學(xué)冶金過(guò)程的特點(diǎn)焊接電弧的溫度很高，一般可達(dá)6000～8000℃，使金屬劇烈蒸發(fā)，電弧周圍的氣體CO2、N2、H2等大量分解，分解后的氣體原子或離子很容易溶解在液態(tài)金屬中形成氣孔?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程1．溫度高，溫度梯度大21焊接熔池的體積極小，焊條電弧焊熔池的質(zhì)量通常在0.6～16g之間，埋弧焊熔池的質(zhì)量一般不超過(guò)100g；同時(shí)，加熱及冷卻速度很快，由局部金屬開(kāi)始熔化形成熔池到結(jié)晶完成的全部過(guò)程一般只有幾秒鐘的時(shí)間。因此，整個(gè)冶金反應(yīng)不能充分進(jìn)行，易形成偏析?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程2．熔池體積小，熔池存在時(shí)間短22焊接時(shí)隨著焊接熱源的移動(dòng)，熔池中參加反應(yīng)的物質(zhì)經(jīng)常改變，不斷有新的鐵液及熔渣加入熔池中參加反應(yīng)，增加了焊接冶金過(guò)程的復(fù)雜性?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程3．熔池金屬不斷更新23焊接時(shí)，熔化金屬是以滴狀從焊條或焊絲端部過(guò)渡到熔池的，熔滴與氣體及熔渣的接觸面大，有利于冶金反應(yīng)快速進(jìn)行。同時(shí)，氣體侵入液態(tài)金屬中的機(jī)會(huì)也增多了，易使焊縫金屬氧化、氮化及產(chǎn)生氣孔。此外，熔池?cái)嚢鑴×矣兄诩涌旆磻?yīng)速度，也有助于熔池中氣體的逸出。§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程4．反應(yīng)接觸面大，攪拌劇烈24三、有害元素對(duì)焊縫金屬的作用（1）氧的來(lái)源焊接區(qū)的氧氣主要來(lái)自電弧中的氧化性氣體（如CO2、O2、H2O等），空氣中氧的侵入，焊劑、藥皮中的高價(jià)氧化物和焊件表面的鐵銹、水分等的分解產(chǎn)物。§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程1．氧對(duì)焊縫金屬的作用25（2）氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響1）焊縫金屬中的氧不僅會(huì)使焊縫中有益元素大量燒損，而且會(huì)使焊縫的強(qiáng)度、塑性、硬度和沖擊韌度降低，其中，沖擊韌度降低得尤為明顯。2）降低焊縫金屬的物理性能和化學(xué)性能，如降低導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和耐腐蝕性等。3）氧與碳、氫反應(yīng)，生成不溶于金屬的氣體CO和H2O，若結(jié)晶時(shí)來(lái)不及順利逸出，則會(huì)在焊縫內(nèi)形成氣孔。4）產(chǎn)生飛濺，影響焊接過(guò)程的穩(wěn)定性?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程1．氧對(duì)焊縫金屬的作用26（3）控制氧的措施1）加強(qiáng)保護(hù)，如采用短弧焊、選用合適的氣體流量等，防止空氣侵入。還可以在惰性氣體保護(hù)或真空保護(hù)下進(jìn)行焊接。2）清理焊件及焊絲表面的水分、油污、銹跡，按規(guī)定溫度烘干焊劑、焊條等焊接材料。3）對(duì)焊縫脫氧也是行之有效的措施。§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程1．氧對(duì)焊縫金屬的作用27（4）焊縫金屬的脫氧1）脫氧劑選擇的原則。2）焊縫金屬的脫氧途徑?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程1．氧對(duì)焊縫金屬的作用28（1）氫的來(lái)源焊接區(qū)的氫主要來(lái)自受潮的藥皮或焊劑中的水分，焊條藥皮或焊劑中的有機(jī)物，空氣中的水分，焊件表面的鐵銹、油脂及涂料等。氫在鐵中的溶解是以原子或離子狀態(tài)溶入的，氫在鐵中的溶解度如圖所示。§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程2．氫對(duì)焊縫金屬的作用壓力為0.1MPa時(shí)氫和氮在鐵中的溶解度29（2）氫對(duì)焊接質(zhì)量的影響1）形成氣孔。2）產(chǎn)生白點(diǎn)和氫脆。3）產(chǎn)生冷裂紋?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程2．氫對(duì)焊縫金屬的作用30（3）控制氫的措施1）焊前清理干凈焊件及焊絲表面的鐵銹、油污、水分等污物。2）焊前按規(guī)定溫度烘干焊劑、焊條，對(duì)氣體保護(hù)焊的保護(hù)氣體進(jìn)行去水、干燥處理。3）盡量選用低氫型焊條，焊接時(shí)采用直流反接，短弧操作。4）焊后消氫處理，即焊后立即將焊件加熱到250～350℃，保溫2～6h，使焊縫金屬中的擴(kuò)散氫加速逸出，降低焊縫和熱影響區(qū)中的含氫量?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程2．氫對(duì)焊縫金屬的作用31（1）氮的來(lái)源焊接區(qū)中的氮主要來(lái)自周圍空氣。（2）氮對(duì)焊接質(zhì)量的影響1）形成氣孔。2）影響焊縫的力學(xué)性能?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程3．氮對(duì)焊縫金屬的作用32（3）控制氮的措施1）加強(qiáng)對(duì)焊接區(qū)液態(tài)金屬的保護(hù)，防止空氣中氮的侵入，是控制焊縫中含氮量的主要措施。2）采取正確的焊接工藝措施，如盡量采用短弧焊接，因?yàn)殡娀≡介L(zhǎng)，氮侵入熔池越多，焊縫中的含氮量越高。此外，采用直流反接比直流正接可減少焊縫中的含氮量。§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程3．氮對(duì)焊縫金屬的作用33（1）硫、磷的來(lái)源焊縫中的硫、磷主要來(lái)自母材、焊絲、藥皮、焊劑等材料。（2）硫、磷的危害硫、磷是焊縫中的有害雜質(zhì)。硫化物共晶、磷化物共晶的熔點(diǎn)見(jiàn)表?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程4．焊縫金屬中硫、磷的危害及控制硫化物共晶、磷化物共晶的熔點(diǎn)34（3）脫硫和脫磷的措施1）脫硫的措施。焊接過(guò)程中脫硫的主要措施有元素脫硫和熔渣脫硫兩種。2）脫磷的措施。焊接過(guò)程中脫磷的措施分為以下兩步：①將P氧化成P2O5，其反應(yīng)式如下：②利用堿性氧化物與P2O5

形成穩(wěn)定的磷酸鹽進(jìn)入熔渣。§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程4．焊縫金屬中硫、磷的危害及控制35（4）酸性焊條與堿性焊條的脫硫和脫磷1）酸性焊條。酸性焊條熔渣中堿性氧化物CaO和MnO較少，熔渣脫硫能力弱，僅靠Mn元素脫硫。2）堿性焊條。堿性焊條藥皮中含有大量的大理石、螢石和鐵合金，熔渣中有大量的堿性氧化物CaO、MnO等，既能進(jìn)行熔渣脫硫和脫磷，同時(shí)又可進(jìn)行元素脫硫?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程4．焊縫金屬中硫、磷的危害及控制36四、焊縫金屬合金化（1）補(bǔ)償焊接過(guò)程中由于合金元素氧化和蒸發(fā)等造成的損失，以保證焊縫金屬的成分、組織和性能符合預(yù)定的要求。（2）通過(guò)向焊縫金屬中滲入母材中不含或少含的合金元素，以滿足焊件對(duì)焊縫金屬的特殊要求。（3）消除焊接工藝缺欠，改善焊縫金屬的組織和性能。§5-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程1．焊縫金屬合金化的目的37進(jìn)行焊條電弧焊時(shí)，焊縫金屬合金化的方式有兩種：一種是通過(guò)焊芯（即利用合金鋼焊芯）過(guò)渡；另一種是通過(guò)焊條藥皮（即將合金成分加在藥皮里）過(guò)渡，這兩種方式還可以同時(shí)兼有?！?-2焊接化學(xué)冶金過(guò)程2．焊縫金屬合金化的方式38一、焊縫金屬的一次結(jié)晶§5-3焊縫結(jié)晶過(guò)程二、焊縫結(jié)晶過(guò)程中的偏析三、焊縫金屬的二次結(jié)晶四、焊縫中的夾雜物39一、焊縫金屬的一次結(jié)晶焊縫金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過(guò)程稱為焊縫金屬的一次結(jié)晶。一次結(jié)晶包括生核和長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程?！?-3焊縫結(jié)晶過(guò)程40一、焊縫金屬的一次結(jié)晶焊接時(shí)，隨著電弧的移去，熔池液態(tài)金屬溫度逐漸降低，由于熔合線處的散熱條件好，是熔池中溫度最低的地方，因此，當(dāng)液態(tài)金屬達(dá)到凝固溫度時(shí)（實(shí)際溫度要比理論溫度稍低些），熔合線上的半熔化晶粒就成為附近液態(tài)金屬結(jié)晶的晶核，如圖所示?！?-3焊縫結(jié)晶過(guò)程熔合線上的晶核1—母材2—熔合區(qū)3—焊縫41一、焊縫金屬的一次結(jié)晶隨著熔池溫度的不斷降低，晶核開(kāi)始朝著與散熱方向相反的方向長(zhǎng)大，即垂直熔合線指向熔池中心方向，同時(shí)也向兩側(cè)較緩慢地長(zhǎng)大，形成柱狀結(jié)晶。當(dāng)柱狀晶體不斷長(zhǎng)大至互相接觸時(shí)，焊縫的一次結(jié)晶過(guò)程結(jié)束。焊接熔池結(jié)晶過(guò)程如圖所示?！?-3焊縫結(jié)晶過(guò)程焊接熔池結(jié)晶過(guò)程a）開(kāi)始結(jié)晶b）晶體長(zhǎng)大c）柱狀結(jié)晶d）結(jié)晶結(jié)束42二、焊縫結(jié)晶過(guò)程中的偏析在一個(gè)柱狀晶粒內(nèi)部和晶粒之間的化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象稱為顯微偏析。柱狀晶粒生長(zhǎng)的過(guò)程，一方面是在結(jié)晶的軸向延長(zhǎng)，另一方面是徑向擴(kuò)展，如圖所示?！?-3焊縫結(jié)晶過(guò)程1．顯微偏析柱狀晶粒生長(zhǎng)過(guò)程43熔池結(jié)晶時(shí)，由于柱狀晶體的不斷長(zhǎng)大和推移，把雜質(zhì)推向熔池中心，這樣熔池中心的雜質(zhì)含量要比其他部位高，這種現(xiàn)象稱為區(qū)域偏析。焊縫成形系數(shù)不同，其偏析的地方也不一樣。§5-3焊縫結(jié)晶過(guò)程2．區(qū)域偏析44焊縫成形系數(shù)小，焊縫窄而深，各柱狀晶粒的交界在中心，使窄焊縫的中心聚集較多的雜質(zhì)，如圖a所示，這時(shí)極易形成熱裂紋；焊縫成形系數(shù)大，焊縫寬而淺，雜質(zhì)聚集在焊縫上部，如圖b所示，這種焊縫具有較強(qiáng)的抗熱裂紋能力?！?-3焊縫結(jié)晶過(guò)程2．區(qū)域偏析不同成形系數(shù)焊縫斷面對(duì)偏析分布的影響a）成形系數(shù)小b）成形系數(shù)大45焊接熔池始終處于氣流和熔滴金屬的脈動(dòng)作用下，因此，無(wú)論是金屬的流動(dòng)或熱量的提供和傳遞都具有脈動(dòng)的性質(zhì)。如圖所示為由層狀偏析所造成的氣孔?！?-3焊縫結(jié)晶過(guò)程3．層狀偏析層狀偏析氣孔的分布a）焊縫橫斷面b）焊縫縱斷面46三、焊縫金屬的二次結(jié)晶一次結(jié)晶結(jié)束后，熔池金屬就轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的焊縫。高溫的焊縫金屬冷卻到室溫時(shí)，要經(jīng)過(guò)一系列的相變過(guò)程，這種相變過(guò)程稱為焊縫金屬的二次結(jié)晶。對(duì)低碳鋼而言，焊縫的常溫組織，即二次結(jié)晶后的組織為鐵素體加珠光體。在低碳鋼的平衡組織（即非常緩慢地冷卻下來(lái)所得的組織）中，珠光體含量很少。§5-3焊縫結(jié)晶過(guò)程47三、焊縫金屬的二次結(jié)晶焊接時(shí)，由于冷卻速度較快，因此，焊縫組織中珠光體含量一般都比平衡組織中的含量大。冷卻速度越快，珠光體含量越多，焊縫的硬度和強(qiáng)度隨之提高，而塑性和韌性則隨之降低。冷卻速度對(duì)低碳鋼的焊縫組織及硬度的影響見(jiàn)表?！?-3焊縫結(jié)晶過(guò)程低碳鋼焊縫冷卻速度對(duì)組織及硬度的影響48四、焊縫中的夾雜物由焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的、焊后殘留在焊縫金屬中的微觀非金屬雜質(zhì)稱為夾雜物。焊縫中的夾雜物主要有硫化物和氧化物兩種。硫化物夾雜主要是硫化亞鐵（FeS）和硫化錳（MnS），硫化亞鐵對(duì)焊縫的危害很大，是使焊縫產(chǎn)生熱裂紋的主要原因之一。氧化物夾雜主要是二氧化硅（SiO2）、氧化錳（MnO）、氧化鈦（TiO2），它們會(huì)降低焊縫的力學(xué)性能?！?-3焊縫結(jié)晶過(guò)程49一、熔合區(qū)的組織和性能§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)二、焊接熱循環(huán)三、焊接熱影響區(qū)的組織和性能50二、焊接熱循環(huán)熔合區(qū)是指在焊接接頭中焊縫向熱影響區(qū)過(guò)渡的區(qū)域。該區(qū)域范圍很窄，甚至在顯微鏡下也很難分辨。熔合區(qū)溫度處于鐵碳合金狀態(tài)圖中固相線和液相線之間。熔合區(qū)金屬處于部分熔化狀態(tài)（半熔化區(qū)），晶粒非常粗大，冷卻后組織為粗大的過(guò)熱組織，塑性、韌性很差。由于熔合區(qū)具有明顯的化學(xué)不均勻性及組織不均勻性，因此，往往是焊接接頭產(chǎn)生裂紋或局部脆性破壞的發(fā)源地，是焊接接頭中性能最差的區(qū)域?！?-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)51二、焊接熱循環(huán)在焊接熱源作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的過(guò)程稱為焊接熱循環(huán)。焊接熱循環(huán)是針對(duì)焊件上某個(gè)具體的點(diǎn)而言的，當(dāng)熱源向該點(diǎn)靠近時(shí)，該點(diǎn)的溫度隨之升高直至達(dá)到最大值，隨著熱源的離開(kāi)，溫度又逐漸降低至室溫，該過(guò)程可用一條曲線來(lái)表示，叫作熱循環(huán)曲線，如圖所示。§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)焊接熱循環(huán)曲線Tm—加熱的最高溫度TA—相變溫度tA—相變溫度以上停留的時(shí)間52二、焊接熱循環(huán)在焊縫兩側(cè)距焊縫遠(yuǎn)近不同的各點(diǎn)所經(jīng)歷的熱循環(huán)不同，顯然，距焊縫越近的各點(diǎn)，加熱達(dá)到的最高溫度越高；距焊縫越遠(yuǎn)的各點(diǎn)，加熱達(dá)到的最高溫度越低。距焊縫不同距離焊件上各點(diǎn)的焊接熱循環(huán)如圖所示?！?-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)距焊縫不同距離焊件上各點(diǎn)的焊接熱循環(huán)A—至焊縫軸線10mm

B—至焊縫軸線11mmC—至焊縫軸線14mm

D—至焊縫軸線18mmE—至焊縫軸線25mm53三、焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)是指在焊接過(guò)程中，母材因受熱影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。對(duì)于低碳鋼及合金元素較少的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（如Q295、Q355、Q390）等不易淬火鋼，焊接熱影響區(qū)可分為過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)和再結(jié)晶區(qū)，如圖所示?！?-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)1—熔合區(qū)2—過(guò)熱區(qū)3—正火區(qū)4—不完全重結(jié)晶區(qū)5—再結(jié)晶區(qū)6—母材54粒顯著粗大的區(qū)域稱為過(guò)熱區(qū)，又稱粗晶區(qū)。過(guò)熱區(qū)的加熱溫度范圍是在固相線以下到1100℃左右之間。在這樣高的溫度下，奧氏體晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，冷卻后呈現(xiàn)為晶粒粗大的過(guò)熱組織，甚至出現(xiàn)魏氏組織。過(guò)熱區(qū)塑性、韌性很低，尤其是沖擊韌度比母材低20%～30%，是熱影響區(qū)中性能最差的區(qū)域?！?-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)1．過(guò)熱區(qū)55正火區(qū)的加熱溫度范圍在Ac3～1100℃之間。加熱時(shí)該區(qū)域的鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。由于溫度不高，晶粒長(zhǎng)大較慢，空冷后，獲得均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體，相當(dāng)于熱處理時(shí)的正火組織，因此，該區(qū)域又稱相變重結(jié)晶區(qū)或細(xì)晶區(qū)。其力學(xué)性能略高于母材，是熱影響區(qū)中綜合力學(xué)性能最好的區(qū)域。§5-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)2．正火區(qū)56不完全重結(jié)晶區(qū)的加熱溫度范圍處于Ac1～Ac3之間。加熱時(shí)該區(qū)域的部分鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的鐵素體和珠光體；而未溶入奧氏體的鐵素體不發(fā)生轉(zhuǎn)變，晶粒長(zhǎng)大粗化，成為粗大的鐵素體。所以這個(gè)區(qū)域的金屬組織是不均勻的，一部分是經(jīng)過(guò)重結(jié)晶的晶粒細(xì)小的鐵素體和珠光體，另一部分是粗大的鐵素體。由于晶粒大小不同，因此力學(xué)性能也不均勻?！?-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)3．不完全重結(jié)晶區(qū)57對(duì)于焊前經(jīng)過(guò)冷塑性變形（如冷軋、冷成形）的母材，加熱溫度在Ac1～450℃之間的區(qū)域?qū)l(fā)生再結(jié)晶。經(jīng)過(guò)再結(jié)晶，焊縫的塑性、韌性提高了，但強(qiáng)度卻降低了?！?-4熔合區(qū)及焊接熱影響區(qū)4．再結(jié)晶區(qū)58一、材料的匹配§5-5控制及改善焊接接頭性能的方法二、控制熔合比三、焊接工藝方法的選用四、焊接參數(shù)及焊接熱輸入的選用五、焊接工藝措施59一、材料的匹配材料的匹配主要是指焊接材料的選用。焊接材料與母材不同的匹配將會(huì)影響焊縫金屬的化學(xué)成分和性能，但不影響熱影響區(qū)的組織和性能。對(duì)于低碳鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低溫鋼，一般不要求焊縫金屬與母材成分一樣，而是要求力學(xué)性能與母材相同。為提高焊縫的抗裂性，應(yīng)減少焊縫中碳和硫、磷等雜質(zhì)元素的含量。為提高焊縫的塑性和韌性，一般在焊接材料中加入碳化物或氮化物的形成元素，如鉬、鈮、釩、鈦、鋁等，以細(xì)化焊縫組織?！?-5控制及改善焊接接頭性能的方法60二、控制熔合比熔焊時(shí)，被熔化的母材在焊縫金屬中所占的百分比稱為熔合比，如圖所示。熔合比的計(jì)算公式為：§5-5控制及改善焊接接頭性能的方法熔合比61三、焊接工藝方法的選用氣焊的機(jī)械保護(hù)效果較差，合金元素?zé)龘p較大，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量也較高。同時(shí)，氣焊加熱速度慢，焊縫和熱影響區(qū)易產(chǎn)生過(guò)熱和過(guò)燒的組織，晶粒粗大，熱影響區(qū)寬。因此，焊接接頭性能差?！?-5控制及改善焊接接頭性能的方法1．氣焊62焊條電弧焊機(jī)械保護(hù)效果較好，合金元素?zé)龘p較少，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量較低。焊條電弧焊的熱輸入較小，接頭高溫停留時(shí)間較短，焊縫和熱影響區(qū)的組織較細(xì)，熱影響區(qū)相對(duì)較窄。因此，焊接接頭性能較好?！?-5控制及改善焊接接頭性能的方法2．焊條電弧焊63埋弧焊的機(jī)械保護(hù)效果也較好，合金元素?zé)龘p較少，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量也較低。由于埋弧焊電弧功率比焊條電弧焊大得多，熱輸入大，因此，埋弧焊的焊縫和熱影響區(qū)組織較粗大?？偟膩?lái)說(shuō)，埋弧焊的焊接接頭性能較好?！?-5控制及改善焊接接頭性能的方法3．埋弧焊64手工鎢極氬弧焊由于采用氬氣保護(hù)，保護(hù)效果好，合金元素基本沒(méi)有燒損，焊縫中氣體元素和雜質(zhì)元素含量極少，焊縫金屬純凈。同時(shí)，由于氬弧熱量集中，熱輸入小，接頭高溫停留時(shí)間短，焊縫和熱影響區(qū)組織細(xì)，熱影響區(qū)窄。因此，手工鎢極氬弧焊的焊接接頭性能好。§5-5控制及改善焊接接頭性能的方法4．手工鎢極氬弧焊65CO2氣體保護(hù)焊采用氧化性氣體CO2進(jìn)行保護(hù)，對(duì)合金元素?zé)龘p較多，故需采用含硅、錳量較多的焊絲。但其焊縫含氫量低，抗裂性能好，熱影響區(qū)窄，所以焊接接頭性能較好?！?-5控制及改善焊接接頭性能的方法5．CO2氣體保護(hù)焊66四、焊接參數(shù)