第一章+异种金属的焊接性(1)--作业

1、【主要内容】【主要内容】 焊接的基本理论基础；焊接的基本理论基础； 典型弧焊、压力焊及钎焊的原理、方法及适用场合；典型弧焊、压力焊及钎焊的原理、方法及适用场合； 常用金属材料焊接性、焊接工艺要点；常用金属材料焊接性、焊接工艺要点； 简单介绍粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘简单介绍粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘剂及胶粘工艺剂及胶粘工艺。 一、概一、概 述述 1 1、连接方法的分类：、连接方法的分类：机械连接机械连接：用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连接成一个复杂零件或部件的过程。接成一个复杂零件或部件的过程。物理化学连接物理化学连接

2、：用粘胶或钎料通过毛细作用、分子间扩散及化学用粘胶或钎料通过毛细作用、分子间扩散及化学反应等作用，将两个分离表面连接成不可拆接头的过程，通常指反应等作用，将两个分离表面连接成不可拆接头的过程，通常指钎焊、封接和胶接三类。钎焊、封接和胶接三类。冶金连接冶金连接( (即焊接即焊接) )：通过加热或加压通过加热或加压( (或两者并用或两者并用) )使两个金属分使两个金属分离表面的原子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的离表面的原子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。工艺过程。 2 2、焊接方法的分类、焊接方法的分类 根据被焊材料根据被焊材料( (母材母材) )是否熔化，焊接

3、方法大致可分为三是否熔化，焊接方法大致可分为三大类：大类：熔焊熔焊、压焊压焊和和钎焊钎焊。 焊焊接接的的分分类类压焊 对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。（锻焊、电阻焊、摩擦焊和气压焊、冷压焊、爆炸焊等）钎焊 熔焊 将焊件接头加热至熔化状态，然后冷却结晶成一体的方法。采用熔点低于焊件(母材)的钎料与焊件一起加热，使钎料熔化(焊件不熔化)后，依靠钎料的流动充填接头预留空隙中，并与固态的母材相互扩散、溶解，冷却后实现焊接的方法。节省材料，减轻结构重量；节省材料，减轻结构重量；接头的密封性好，可承受高压；接头的密封性好，可承受高压；加工与装配工序简单，可缩短加工周期；加工与装配工序简单

4、，可缩短加工周期；易于实现机械化和自动化生产，提高生产率及产易于实现机械化和自动化生产，提高生产率及产品质量。品质量。 但焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接件但焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接件会产生焊接应力和变形，因此，必须采取一定的工艺会产生焊接应力和变形，因此，必须采取一定的工艺措施予以防止。措施予以防止。3 3、焊接的特点、焊接的特点 焊接的实质：焊接的实质：使两个分离的物体通过加热或加压，使两个分离的物体通过加热或加压，或两者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子或两者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过间或分子间的

5、联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。程。二、焊接的实质二、焊接的实质 两个分离的物体形成永久性结合的条件：两个分离的物体形成永久性结合的条件：首先必须首先必须使两个物体相互接近到使两个物体相互接近到0.3nm-0.5nm0.3nm-0.5nm的距离，使之达到的距离，使之达到原子间的力能够互相作用的程度。原子间的力能够互相作用的程度。三、熔焊的焊接过程三、熔焊的焊接过程熔焊的焊接过程：熔焊的焊接过程：一般是利用热源一般是利用热源( (如电弧、气体火焰等如电弧、气体火焰等) )把工件待焊处局部加热到熔化，形成熔池，然后随着热源把工件待焊处局部加热到熔化，形成熔池，然后随着热源向前移去，熔池液体

6、金属冷却结晶而形成焊缝。向前移去，熔池液体金属冷却结晶而形成焊缝。熔焊过程包含：熔焊过程包含： 焊接冶金过程焊接冶金过程 焊接热过程焊接热过程 焊缝结晶过程焊缝结晶过程 焊接冶金过程：焊接冶金过程：进行熔焊时，母材和焊条受到电弧高温作用而熔化进行熔焊时，母材和焊条受到电弧高温作用而熔化形成熔池，池中的液态金属与周围的熔渣及空气接触，产生复杂、激形成熔池，池中的液态金属与周围的熔渣及空气接触，产生复杂、激烈的化学反应。烈的化学反应。 熔焊过程中杂质的溶入及其有害作用熔焊过程中杂质的溶入及其有害作用 熔焊过程中，一些有害杂质元素（如氧、氮、氢、硫、磷等）会因各种原因溶入液态金属，影响焊缝金属的化学

7、成分和性能。 氧化反应使焊缝中氧化反应使焊缝中C C、MnMn、SiSi等元素大量烧损，形成夹渣、气等元素大量烧损，形成夹渣、气孔，使焊缝力学性能降低。孔，使焊缝力学性能降低。 Fe十20FeO C+OCO Mn+OMnO Si+20Si02 氧化形成氧化形成FeOFeOSiOSiO2 2、MnOMnOSi0Si02 2等熔渣。等熔渣。1 1、焊接冶金过程、焊接冶金过程 氮的存在易产生气孔，形成夹杂物，使焊缝力学性能氮的存在易产生气孔，形成夹杂物，使焊缝力学性能降低。降低。 氢的存在将会形成冷裂纹，并产生气孔，引起氢脆。氢的存在将会形成冷裂纹，并产生气孔，引起氢脆。 当焊缝金属中含硫量高时，会

8、导致热脆性和热裂纹，当焊缝金属中含硫量高时，会导致热脆性和热裂纹，并能降低金属的塑性和韧性。磷的有害作用主要是引起并能降低金属的塑性和韧性。磷的有害作用主要是引起金属脆化，严重地降低金属的低温韧性。金属脆化，严重地降低金属的低温韧性。 焊接熔池化学冶金的特点焊接熔池化学冶金的特点 熔池金属温度高于一般冶金温度，金属元素蒸发较熔池金属温度高于一般冶金温度，金属元素蒸发较为强烈，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了为强烈，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了金属的活性，导致金属元素烧损或形成有害杂质。金属的活性，导致金属元素烧损或形成有害杂质。 熔池体积小，且周围是冷金属，冷却较快。熔池体积小

9、，且周围是冷金属，冷却较快。化学成化学成分不均匀，且气体和杂质来不及浮出，容易产生气孔分不均匀，且气体和杂质来不及浮出，容易产生气孔和夹渣等缺陷。和夹渣等缺陷。 对熔化金属的保护和冶金处理对熔化金属的保护和冶金处理 减少有害元素进入熔池，对焊接区采取机械保护，减少有害元素进入熔池，对焊接区采取机械保护，防止空气污染熔化金属防止空气污染熔化金属 清除已经进入熔池中的有害杂质，增添合金元素，清除已经进入熔池中的有害杂质，增添合金元素，对熔池采用冶金处理。对熔池采用冶金处理。 脱氧反应 Mn+FeOFe+MnO Si+2FeO2Fe+SiO2 脱硫反应 Mn+FeSFe+MnS MnO+FeSFeO

10、+MnS CaO+FeSFeO+CaS MgO+FeSFeO+MgS 焊接热过程的特点焊接热过程的特点 1）加热的局部性）加热的局部性温度分布不温度分布不均均热应力、变形；热应力、变形； 2）焊接热源移动）焊接热源移动准稳定温度准稳定温度场场计算困难；计算困难； 3）加热速度和冷却速度极高。）加热速度和冷却速度极高。 焊接热过程包括：焊接热过程包括： 焊件的焊件的加热加热、焊件中的、焊件中的热传递热传递及及冷却冷却过程。过程。2 2、焊接热过程、焊接热过程对于焊接热源的要求：对于焊接热源的要求： 1）能量密度高）能量密度高焊接加热区小，热量集中，生产率高；焊接加热区小，热量集中，生产率高； 2

11、）热源性能稳定）热源性能稳定保证质量；保证质量； 3）高的热效率）高的热效率节约能耗。节约能耗。 主要焊接热源有：电弧热、化学热、电阻热、等离子焰、主要焊接热源有：电弧热、化学热、电阻热、等离子焰、电子束、激光束等。电子束、激光束等。 焊接热源焊接热源 1)电弧热电弧热 气体介质中放电过程所产生的热能，是目前焊接热源中应用气体介质中放电过程所产生的热能，是目前焊接热源中应用最为广泛的一种，如手工电弧焊、埋弧自动焊等。最为广泛的一种，如手工电弧焊、埋弧自动焊等。2)化学热化学热 可燃气体（氧、乙炔等）或铝、镁热剂燃烧时所产生的热量，可燃气体（氧、乙炔等）或铝、镁热剂燃烧时所产生的热量，如气焊。这

12、种热源在一些电力供应困难和边远地区仍起重要的作用。如气焊。这种热源在一些电力供应困难和边远地区仍起重要的作用。3)电阻热电阻热 电流通过导体时产生的电阻热，如电阻焊和电渣焊。采用这电流通过导体时产生的电阻热，如电阻焊和电渣焊。采用这种热源所实现的焊接方法，都具有高度的机械化和自动化，有很高的种热源所实现的焊接方法，都具有高度的机械化和自动化，有很高的生产率，但耗电量大。生产率，但耗电量大。4)高频热源高频热源 有磁性的被焊金属，利用高频感应所产生的二次电流作为有磁性的被焊金属，利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实质上也属电阻热。由于这种加热方式热量热源，在局部集中加热，实质

13、上也属电阻热。由于这种加热方式热量高度集中，故可以实现很高的焊接速度，如高频焊管等。高度集中，故可以实现很高的焊接速度，如高频焊管等。5)摩擦热摩擦热 由机械摩擦而产生的热能，如摩擦焊。由机械摩擦而产生的热能，如摩擦焊。6)电子束电子束 在真空中，利用高压高速运动的电子猛烈轰击金属局部表面，在真空中，利用高压高速运动的电子猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为焊接热源，如电子束焊。使这种动能转化为热能作为焊接热源，如电子束焊。 7)激光束激光束 通过受激辐射而使放射增强的单色光子流，即激光，它经过通过受激辐射而使放射增强的单色光子流，即激光，它经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热

14、源，如激光焊接等。聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源，如激光焊接等。 焊接电弧焊接电弧 电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。 电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。电弧的三个区电弧的三个区: : 阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度和热量分布焊接电弧的温度和热量分布: : 温度温度 C 热量分布热量分布 阳极区：阳极区： 2600 43 弧柱区：弧柱区： 60008000 21 阴极区阴极区 ： 2400 36 由于电弧产生的由于电弧产生的热量热量在阳极和阴

15、极上有一定的差异，在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法： 直流正接：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条） 直流负接：直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）条、低合金钢和铝合金）TT1SS焊接方向焊接方向T3T2T1OxyT2温度场的等温线及温度梯度温度场的等温线及温度梯度 焊接温度场焊接温度场 焊接时，焊件上存在着焊接时，焊件上存在着不均匀的温度分布。同一时不均匀的温度分布。同一时刻，其温度由中心

16、向四周逐刻，其温度由中心向四周逐渐降低，等温曲线如图所示。渐降低，等温曲线如图所示。 由于热源不断移动，焊由于热源不断移动，焊件上各点的温度也在随时变件上各点的温度也在随时变化。因此，焊接温度场是不化。因此，焊接温度场是不断随时间变化的。断随时间变化的。 焊接热循环焊接热循环 焊接过程中，焊缝附焊接过程中，焊缝附近母材上某一点，当热源近母材上某一点，当热源移近时，将急剧升温，当移近时，将急剧升温，当热源离去后，则迅速冷却热源离去后，则迅速冷却。母材上某一点所经受的。母材上某一点所经受的随时间变化而升温和降温随时间变化而升温和降温过程叫做焊接热循环。过程叫做焊接热循环。 焊接热循环具有加热焊接热

17、循环具有加热速度快，温度高，高温停速度快，温度高，高温停留时间短和冷却速度快等留时间短和冷却速度快等特点。特点。 加热速度加热速度H加热最高温度加热最高温度TM相变点以上停留时间相变点以上停留时间tH冷却速度冷却速度C3 3、焊接熔池的结晶过程、焊接熔池的结晶过程l 焊接熔池特征焊接熔池特征 体积小，冷却速度大。体积小，冷却速度大。 熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温度最高。度最高。 热源移动，凝固过程是一个动态过程。热源移动，凝固过程是一个动态过程。 液态金属对流强烈。液态金属对流强烈。焊缝金属从熔池中高温的液体状态冷却至常温固体状态，焊缝金

18、属从熔池中高温的液体状态冷却至常温固体状态，需要两次结晶过程：需要两次结晶过程：即一次结晶一次结晶液相液相固相固相转变转变二次结晶二次结晶固相焊缝金属出现同素异构转变固相焊缝金属出现同素异构转变( (重结晶重结晶).).1）焊缝金属的一次结晶）焊缝金属的一次结晶焊缝金属由液态转变为固态的凝固过程，称为焊缝金属焊缝金属由液态转变为固态的凝固过程，称为焊缝金属的一次结晶。的一次结晶。一次结晶包括一次结晶包括形核形核和和长大长大两个基本过程。两个基本过程。右图所示。右图所示。焊接时：先在焊接时：先在熔合线上形核熔合线上形核 随随T T池池 ，晶核朝着，晶核朝着散热方向相反的方向长大散热方向相反的方向

19、长大( (即垂直熔合线指向熔池中心即垂直熔合线指向熔池中心) )形成柱状结晶形成柱状结晶柱状晶柱状晶体不断长大至相互接触时，体不断长大至相互接触时，焊缝的一次结晶结束。如焊缝的一次结晶结束。如二、焊缝结晶过程中的偏析二、焊缝结晶过程中的偏析 含义：焊缝金属中化学成分分布不均匀的现象。焊缝金属中化学成分分布不均匀的现象。偏析对焊缝质量的影响焊缝金属中化学成分分布不均匀不仅导致性能改变，同时焊缝金属中化学成分分布不均匀不仅导致性能改变，同时偏析也是产生裂纹、气孔、夹杂物等焊接缺陷的主要原因。偏析也是产生裂纹、气孔、夹杂物等焊接缺陷的主要原因。焊缝中偏析的形式：显微偏析显微偏析区域偏析区域偏析层状偏

20、析层状偏析q显微偏析：显微偏析：含义：在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分不均晶粒内部和晶粒之间的化学成分不均匀匀的现象柱状晶粒生长的过程：2 2）焊缝结晶过程中的偏析）焊缝结晶过程中的偏析 一方面是在结晶的轴向延伸。一方面是在结晶的轴向延伸。另一方面是径向扩展。如图所示另一方面是径向扩展。如图所示先结晶C0低，后结晶C0高，即晶粒中心C0高，边缘低原因：冷却速度快，来不及均匀化要求细晶化，降低偏析影响因素影响因素主要因素是金属的化学成分主要因素是金属的化学成分，金属的化学成分不同，金属开始结晶和结晶完了的区间就不相同，结晶区间越大显微偏析越严重。q区域偏析：区域偏析：含义：由于柱状晶体的不

21、断长大和推移，把杂质推向由于柱状晶体的不断长大和推移，把杂质推向熔池中心，这样熔池中心的杂质含量要比其他部位高。熔池中心，这样熔池中心的杂质含量要比其他部位高。影响因素：焊缝的成形系数焊缝的成形系数v焊缝的成形系数小焊缝的成形系数小，焊缝窄而深，各柱状晶粒的交界在中心，使窄焊缝的中心聚中心聚集较多的杂质集较多的杂质产生热裂纹产生热裂纹，如图所示。v焊缝的成形系数大焊缝的成形系数大，焊缝宽而浅，杂质聚集在焊缝的上部杂质聚集在焊缝的上部，具有较强的抗热裂纹能力，抗热裂纹能力，如图所示。v同样厚度的钢板，用多层多道焊比一次深熔焊用多层多道焊比一次深熔焊的焊缝抗热裂纹的能力强得多。q层状偏析：层状偏析

22、：含义：晶体长大速度的变化，引起结晶前沿液体金属中夹晶体长大速度的变化，引起结晶前沿液体金属中夹杂浓度的变化，这样就形成周期性的偏析现象，称为层状偏析。杂浓度的变化，这样就形成周期性的偏析现象，称为层状偏析。形成：焊接熔池始终处于气流和熔滴金属的脉动作用下，所以无论是金属的流动或热量的提供和传递都具有脉动的性质。同时，熔池熔池结晶过程中放出的结晶潜热，造结晶过程中放出的结晶潜热，造成结晶过程周期性停顿，使结晶成结晶过程周期性停顿，使结晶长大速度出现周期性增加和减少。长大速度出现周期性增加和减少。三、焊缝金属的二次结晶三、焊缝金属的二次结晶q含义：一次结晶结束后，熔池金属就转变为固态的焊缝。高温

23、的焊缝金属冷却到室温时，要经历一系列的相变过程，这种相过程称为焊缝金属的二次结晶。q特征：以低碳钢为例一次结晶的晶柱都是奥氏体组织一次结晶的晶柱都是奥氏体组织，冷却到AC3时发生-Fe-Fe的转变,当温度降低至AC1时,余下的奥氏体分解为珠光体二次结晶后的组织为二次结晶后的组织为 F+PF+P冷却速度对低碳钢焊缝组织及性能有较大的影响冷却速度对低碳钢焊缝组织及性能有较大的影响, ,冷却速度冷却速度越大越大, P, P。而。而F F，硬度、强度，硬度、强度，塑性、韧性，塑性、韧性。3 3）焊缝金属的二次结晶）焊缝金属的二次结晶l 焊缝凝固特点焊缝凝固特点 外延生长外延生长（联生结晶）（联生结晶）

24、研究证明，研究证明，熔池结晶主要是熔池结晶主要是非非自发形核起主要作用。自发形核起主要作用。熔池中液态金属开始凝固时，熔池边界未熔的母材晶熔池中液态金属开始凝固时，熔池边界未熔的母材晶粒可作为非自发形核的现成基底，在很小的过冷度下，粒可作为非自发形核的现成基底，在很小的过冷度下，依附于母材晶粒逆热流方向生长，形成方向性很强的柱依附于母材晶粒逆热流方向生长，形成方向性很强的柱状晶，这种凝固特征就叫状晶，这种凝固特征就叫焊缝的外延生长焊缝的外延生长。 弯曲柱状晶弯曲柱状晶 熔池的形状和尺寸，受焊接时工艺参数的影响。熔池的形状和尺寸，受焊接时工艺参数的影响。典型的熔池轮廓像不标准的椭球，熔池的宽度和

25、深度典型的熔池轮廓像不标准的椭球，熔池的宽度和深度沿沿x x轴连续变化。轴连续变化。 熔池的最大散热方向就是液相等温线的法线方向。熔池的最大散热方向就是液相等温线的法线方向。 焊接速度对晶粒生长形态有很大影响：焊接速度大焊接速度对晶粒生长形态有很大影响：焊接速度大时，柱状晶便趋向垂直于焊缝生长。焊接速度小时，时，柱状晶便趋向垂直于焊缝生长。焊接速度小时，柱状晶更弯曲。垂直于焊缝的柱状晶，易在焊缝中心柱状晶更弯曲。垂直于焊缝的柱状晶，易在焊缝中心形成脆弱的结合面，并出现纵向裂纹。形成脆弱的结合面，并出现纵向裂纹。l 熔池凝固组织控制熔池凝固组织控制 实际焊缝中，由于化学成分，板厚和接头形式不同实

26、际焊缝中，由于化学成分，板厚和接头形式不同，不一定具有所有的凝固组织形态。，不一定具有所有的凝固组织形态。 焊接操作规范改变时，凝固组织将作较大的变化：焊接操作规范改变时，凝固组织将作较大的变化：当焊接速度增大时，焊缝中心往往容易出现大量当焊接速度增大时，焊缝中心往往容易出现大量等轴晶；等轴晶；当焊接速度较低时，主要为柱状树枝晶。当焊接速度较低时，主要为柱状树枝晶。当焊接电流较小时，主要是胞状晶；当焊接电流较小时，主要是胞状晶；焊接电流较大时，则转为粗大的树枝晶。焊接电流较大时，则转为粗大的树枝晶。 （粗大的树枝晶会降低焊缝金属的强度和韧性。）（粗大的树枝晶会降低焊缝金属的强度和韧性。） 目前

27、焊接过程中，主要是通过目前焊接过程中，主要是通过提高形核率提高形核率和和抑抑制晶粒长大制晶粒长大两个方面来两个方面来细化熔池凝固组织细化熔池凝固组织。 变质处理变质处理 振动结晶振动结晶：机械振动、超声振动和电磁搅拌。机械振动、超声振动和电磁搅拌。 优化焊接工艺参数优化焊接工艺参数：小线能量小线能量、多层焊和锤击多层焊和锤击焊道表面焊道表面等。 焊接接头：焊接接头：用焊接方法连接的接头，包括用焊接方法连接的接头，包括焊缝、熔合区、焊缝、熔合区、和焊接热影响区和焊接热影响区。焊接热影响区焊接热影响区：指受焊接热循环的影响，焊缝附近的母：指受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材金属组织或性能发生变化的

28、区域。材金属组织或性能发生变化的区域。熔合线：熔合线：熔焊焊接接头的横截面上，宏观腐蚀所显示的熔焊焊接接头的横截面上，宏观腐蚀所显示的焊缝与母材（热影响区）交接的轮廓线。焊缝与母材（热影响区）交接的轮廓线。熔合区：熔合区：熔焊焊缝与母材（热影响区）交接的过渡区，熔焊焊缝与母材（热影响区）交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔合区。即熔合线处微观显示的母材半熔合区。四、焊接接头组织与性能的变化四、焊接接头组织与性能的变化 焊缝焊缝 焊缝焊缝是由熔池内的液态金属凝固而成的，属于铸造组织，晶粒呈是由熔池内的液态金属凝固而成的，属于铸造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶；垂直于熔池底壁的柱状晶；硫

29、、磷等形成的低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降硫、磷等形成的低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降低，低，易形成热裂纹易形成热裂纹。由于焊接材料的合金化作用，由于焊接材料的合金化作用，焊缝的强度焊缝的强度一般一般不不低于母材。低于母材。熔合区熔合区 焊缝向热影响区过渡的区域。焊缝向热影响区过渡的区域。是焊缝和母材金属的交界区，其加热是焊缝和母材金属的交界区，其加热温度处于固相线和液相线之间。温度处于固相线和液相线之间。 铸造组织铸造组织+ +受热长大的粗晶受热长大的粗晶。 性能：性能：接头中性能最差接头中性能最差，决定接头性能，决定接头性能 热影响区热影响区 在焊接或切割过

30、程中，材料在焊接或切割过程中，材料因受热的影响因受热的影响( (但未熔化但未熔化) )而发生金相组而发生金相组织和力学性能变化的区域织和力学性能变化的区域。 一般包括一般包括过热区、过热区、正火区、正火区、部分相变区。部分相变区。 过热区：过热区：粗晶区粗晶区。具有过热组织或晶粒显著粗大，塑性韧性降。具有过热组织或晶粒显著粗大，塑性韧性降低。低。低碳钢焊接热影响区中力学性能最差的部位低碳钢焊接热影响区中力学性能最差的部位。 正火区正火区：细晶区，其性能优于母材。细晶区，其性能优于母材。 部分相变区部分相变区：晶粒大小不一，性能很不均匀，：晶粒大小不一，性能很不均匀，性能也较差性能也较差。 焊接

31、接头中焊接接头中熔合区熔合区和热影响区的和热影响区的过热区过热区的塑性和韧性的塑性和韧性明显下降，是低碳钢焊接热影响区中明显下降，是低碳钢焊接热影响区中力学性能最差力学性能最差的部位，的部位，会严重影响焊接接头的性能。会严重影响焊接接头的性能。 有时焊接结构的破坏不在焊缝上而是在热影响区内。有时焊接结构的破坏不在焊缝上而是在热影响区内。所以所以焊接结构上，热影响区越小越好焊接结构上，热影响区越小越好。区域区域加热最加热最高温度高温度冷却后组织冷却后组织性能性能0.焊缝焊缝液相线以上液相线以上铸态组织（细化）铸态组织（细化）不低于母材不低于母材1.熔合区熔合区（半熔化区）（半熔化区）液、固相线之

32、间液、固相线之间铸态粗晶，铸态粗晶，过热粗晶过热粗晶性能最差，有应性能最差，有应力集中力集中2.过热区过热区1100-固相线固相线过热粗晶组织过热粗晶组织塑性韧性差塑性韧性差3.正火区正火区Ac1 - - 1100 细小正火组织细小正火组织(F+S)性能最好性能最好4.部分相部分相变区变区Ac1Ac3已相变和未相变组织已相变和未相变组织晶粒大小不均匀晶粒大小不均匀比正火区稍差比正火区稍差焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。 焊接材料焊接材料 焊接方法焊接方法 焊接工艺焊接工艺 工艺参数：焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。工艺参数：焊接电

33、流、电弧电压、焊接速度、线能量等。 熔合比：熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。熔合比：熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。 焊后热处理焊后热处理 此外，接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊此外，接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。 q 影响焊接接头性能的因素影响焊接接头性能的因素 焊接时，焊件的焊接时，焊件的不均匀局部加热和冷却不均匀局部加热和冷却是导致焊接应是导致焊接应力和变形产生的根本原因。力和变形产生的根本原因。q 焊接应力与变形的产生焊接应力与变形的产生 焊接应力焊接应力：焊接构件

34、由焊接而产生的内应力称为焊接应力。焊后焊接构件由焊接而产生的内应力称为焊接应力。焊后残留在焊件内的焊接应力称为焊接残余应力。残留在焊件内的焊接应力称为焊接残余应力。 焊接变形：焊接变形：焊件由焊接而产生的变形称为焊接变形；焊后焊件残焊件由焊接而产生的变形称为焊接变形；焊后焊件残留的变形称为焊接残余变形。留的变形称为焊接残余变形。 五、焊接应力与变形五、焊接应力与变形平板对接时变形和应力的形成分析平板对接时变形和应力的形成分析加热时的应力与变形加热时的应力与变形冷却时的应力与变形冷却时的应力与变形平板对接的结果：平板对接的结果：a.焊件比焊接前缩短了焊件比焊接前缩短了L；b.焊缝区产生了拉应力，

35、其两侧受到压应力。焊缝区产生了拉应力，其两侧受到压应力。焊接变形的形式焊接变形的形式 焊接变形的基本形式主要有焊接变形的基本形式主要有收缩变形、角变形、弯曲收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形变形、波浪变形、扭曲变形等。等。 q 预防和减小焊接应力及焊接变形的措施预防和减小焊接应力及焊接变形的措施合理设计焊接结构合理设计焊接结构 焊前预热焊前预热 反变形法反变形法 刚性固定法刚性固定法 选择合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序 锤击焊缝法锤击焊缝法 强迫冷却法强迫冷却法 焊后热处理焊后热处理 (1)合理的结构设计合理的结构设计a.尽量减少焊缝的数量、长度和截面积；尽量减少焊缝的数量、长度

36、和截面积；b.焊缝尽量对称布置，避免密集和交叉；焊缝尽量对称布置，避免密集和交叉；c.尽量选用材型、冲压件代替板材拼接。尽量选用材型、冲压件代替板材拼接。(2)采用必要的工艺措施采用必要的工艺措施a.a.反变形法反变形法 通过试验或计算，预先确定焊后可能发生变形的大小和方通过试验或计算，预先确定焊后可能发生变形的大小和方向，将工件安装在相反方向位置上向，将工件安装在相反方向位置上.b.刚性固定法刚性固定法 当焊件刚性较小时，采用焊前刚性固定组装焊接，限制当焊件刚性较小时，采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。

37、采用定位焊组装也可防止焊接变形。组装也可防止焊接变形。c.c.选择合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序 采取合理的采取合理的焊接顺序焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力。而图少应力。而图b b因先焊焊缝因先焊焊缝1 1导致对焊缝导致对焊缝2 2的拘束度增加，而增的拘束度增加，而增大残余应力。大残余应力。 1 4 5 2 3 63.3.焊接变形的矫正焊接变形的矫正(1)(1)机械矫正法机械矫正法严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法。它是利用机械严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法。它是利用机械外力迫使焊件产生和焊接变形方向相反的塑性变形，使两者外力迫使焊件产生和

38、焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消以达到矫正变形的目的。通常只适于塑性好的低碳相互抵消以达到矫正变形的目的。通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。钢和普通低合金钢。(2)(2)火焰矫正法火焰矫正法 利用氧利用氧乙炔焰对焊件适当部分加热，利用加热时的压缩乙炔焰对焊件适当部分加热，利用加热时的压缩塑性变形和冷却时的收缩变形来矫正原来的变形。适用于低碳塑性变形和冷却时的收缩变形来矫正原来的变形。适用于低碳钢和没有淬硬倾向的普通低合金钢。钢和没有淬硬倾向的普通低合金钢。q热裂纹热裂纹 热裂纹：热裂纹：焊接过程中，焊接接头冷却到固相线附近的高温焊接过程中，焊接接头冷却到固相线附近的高温区产生的

39、焊接裂纹，称为热裂纹。区产生的焊接裂纹，称为热裂纹。部位：部位：焊缝区（焊缝内部、表面）焊缝区（焊缝内部、表面）原因：原因：在熔池液体金属的结晶过程中，由于在熔池液体金属的结晶过程中，由于低熔点杂质低熔点杂质偏析偏析在晶界或焊缝中心线处，在在晶界或焊缝中心线处，在焊接应力焊接应力的作用下产生的。的作用下产生的。因此，可以说热裂纹是由于冶金因素和力的因素造成的。因此，可以说热裂纹是由于冶金因素和力的因素造成的。六、焊接裂纹六、焊接裂纹 措施：措施：化学成分合理，化学成分合理，控制焊接工艺控制焊接工艺。 具体措施具体措施主要有：主要有：限制限制焊接材料和被焊钢材中产生焊接材料和被焊钢材中产生低熔点

40、杂质的低熔点杂质的硫、磷、碳的含量硫、磷、碳的含量，控制焊接工艺参数控制焊接工艺参数以适当提高焊缝成形系数，采用以适当提高焊缝成形系数，采用小焊接电流小焊接电流和和合理的合理的焊接顺序焊接顺序以减小焊接应力等。以减小焊接应力等。 q 冷裂纹冷裂纹 冷裂纹：冷裂纹：冷却到较低温度（冷却到较低温度（300300以下）时产生的焊以下）时产生的焊接裂纹。接裂纹。延迟裂纹：延迟裂纹：较为常见、一定时间后才出现的焊接冷裂较为常见、一定时间后才出现的焊接冷裂纹。纹。部位部位：焊缝：焊缝 ，近缝区，近缝区 原因原因： 接头产生淬硬组织接头产生淬硬组织 焊缝金属中扩散氢的聚集焊缝金属中扩散氢的聚集 焊接应力焊接应力措施措施：工艺