工程材料与热加工基础

《工程材料与热加工基础》 第十一章 焊接 机械工程系 金工教研室

第十一章

焊 接

引言 第一节 焊接的基本原理 第二节 焊条电弧焊 第三节 其它焊接方法 第四节 压焊与钎焊 第五节 堆焊与热喷涂 第六节 常用金属材料的焊接 第七节 焊接结构设计 参考资料

引言

1、何为焊接？ 焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料， 使工件达到结合的一种方法。 1).熔焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。 2).压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或加热),以完 成焊接的方法称为压焊。 3).钎焊 钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材金属熔点低的 金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材溶 化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散 实现连接焊件的方法。

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2、焊接分类

第一节 焊接的基本原理

一、 焊接的实质 二、 焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响 三、 焊接应力与变形

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一、 焊接的实质

焊接的实质是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间或分子间的联系与质 点的扩散作用形成一个整体的过程。 1. 焊接电弧 由焊接电源供给、具有一定电压的两极间或电极与母材间，在气 体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。电弧燃烧 后，弧柱中充满了高温电离气体，放出大量的热能和强烈的光。 焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成。如图3-1所示。阴 极区是电弧紧靠负电极的区域，阴极区很窄，约为0.1um-0.01um, 温度约为2400K。阳极区是指电弧紧靠正电极的区域，阳极区较阴 极区宽，约为10um-1um,温度约为2600K。电弧阳极区和阴极区 之间的部分称为弧柱，弧柱区温度最高，可达6000K-8000K。焊接 电弧两端间(指电极端头和熔池表面间)的最短距离称为弧长。

图11-1 焊接电弧示意图

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2. 焊接的冶金特点 1)熔池中冶金反应不充分，化学成分有较大的不均 匀性，常常发生偏析、夹杂等缺陷。 2)在高温电弧作用下，氧、氢、氮等气体分子吸收 电弧热量而分解成化学性质十分活泼的原子或离子状 态，它们很容易溶解在液体金属之中，造成气孔、氧 化、脆化和其它缺陷。 3)在熔剂或药皮中加入比铁氧化能力强的硅铁、锰 铁等物质，除起到渗入合金作用、补充烧损元素外， 亦可起到脱

氧作用。 4)焊缝中硫或磷的质量分数超过0.04%时，极易产生 裂纹。因此，应选用含硫、磷低的焊接原材料，并通 过在焊剂或药皮中加石灰石、氟石等脱硫脱磷，以保 证焊缝质量。

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图11-2 低碳钢焊接热影响区的组织变化工程材料与热加工基础—程晓宇

二、 焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响 (一) 焊接热循环 焊接时，电弧沿焊件逐渐移动并对焊件进行局部加热。 焊件经焊接后所形成的结合部分称为焊缝。焊缝及其 邻近区域的总称叫焊缝区。 在焊接过程中，焊缝区金属从常温被加热到最高温度， 然后再逐渐冷却到常温。由于焊件上各点所处的位置 不同，其被加热的最高温度亦不相同；而热量的传递 需要一定的时间，故各点达到其最高温度的时间亦不 相同。在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间 变化的过程称为焊接热循环。

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(二)焊缝区的金属组织与性能 1. 焊缝金属区 焊缝金属区指在焊接接头横截面上测量的焊缝金属 的区域。熔焊时，是指由焊缝表面和熔合线所包围的区域；电阻 焊时，是指焊后形成的熔核部分。 焊接加热时，焊缝金属区的温度在液相线以上，母材金属和填 充金属熔化后共同形成液态熔池。冷却结晶是以熔池和母材交界 处半熔化状态的母材金属晶粒为结晶核心，沿着垂直于散热面的 反方向生长，成为柱状晶的铸态组织。 2. 熔合区 焊缝与母材交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材 半熔化区。此区是焊缝和母材金属的交界区，温度在固相线和液 相线之间，焊接过程中母材金属部分熔化，故亦称半熔化区。熔 化的金属凝固成铸态组织，未熔化的金属因加热温度过高成过热 粗晶，其塑性和韧性明显变差，容易产生裂纹和脆性破坏。虽然 此区只有0.1mm-0.4mm,但它对焊接接头的性能影响很大，是焊 接接头的危险区域之一。工程材料与热加工基础—程晓宇

3. 热影响区 是焊接或切割过程中，材料因受热的影响(但未熔化) 而发生金相组织和力学性能变化的区域。按其组织特征又可分为 以下四个区域： (1) 过热区 指焊接热影响区中，具有过热组织 或晶粒显著粗大的区域。此区的温度范围为固相线至1100℃,因 加热温度过高，奥氏体晶粒急剧长大，使其塑性明显下降，尤其 是冲击韧度下降20%-30%,对于易淬火钢，此区脆性更大，是热 影响区中性能最差的部位。焊接刚度大的结构件，此区容易产生 裂纹。 (2) 细晶区 此区温度范围为Ac3以上，而尚未达到过热 温度。由于焊后为空冷，相当于热处理

后的正火组织，亦 …… 此处隐藏：733字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……