焊接冶金学.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流焊接冶金学.精品文档.从发展趋势看，焊接逐步向高效率、高质量，降低劳动强度，降低能源消耗的方向发展。焊接能源应当：热量高度集中，可快速实现焊接过程，并保证得到致密而强韧的焊缝和最小的焊接热影响区热源种类 电弧热、化学热、电阻热、高频热源、摩擦热、等离子焰、电子束、激光束等等。焊接过程的热效率 热源提供的热量为Q0，有效地用于加热焊件的热量为Q，那 一定条件下是常数，决定于热源性质、焊接工艺方法、焊接材料种类、焊接金属的性质及尺寸形状等。焊接传热的基本形式:电弧焊条件下，由热源传给焊件主要以辐射和对流为主；母材和焊条获取热量后，以热传导为主。

2、焊接传热研究内容主要是焊件上的温度变化及其分布。温度梯度：构件上某点温度最大方向导数。稳定温度场：焊件上各点的温度不随时间的改变而变。焊接准稳定温度场：对于正常焊接条件下移动热源，经过一定的时间以后，焊件各点温度虽随时间而变化，但温度能跟随热源一起移动，热源下各点的温度相对保持不变。加热和熔化焊条的热能：电阻热、电弧热和化学反应热。电阻加热:电阻加热使焊芯和药皮的温度升高。焊条金属的熔化: 焊条金属的熔化速度在焊接过程中是不均匀的。焊条金属平均熔化速度: 单位时间内熔化焊芯的质量或长度，即平均熔化速度，试验表明与焊接电流成正比。熔敷速度：单位时间内焊接材料进入焊缝金属的质量。损失系数：飞溅、氧

3、化和金属蒸发损失焊条金属与熔化金属总量之比。分析可知提高焊条熔化速度的途径：增加电弧在焊条端部析热；提高过渡频率，以细颗粒过渡；在药皮中加入铁粉或其他金属添加剂；适当增加电阻热等研究熔滴过渡的意义：过渡影响焊接过程稳定性、飞溅大小、焊缝成形和缺陷产生；影响高温冶金反应的时间、温度、比表面；调节焊接热输入，影响焊缝结晶、改变热影响区的尺寸和性能；影响焊条金属的溶化速度比表面：熔滴的表面积Fg与其体积Vg或质量之比对低碳钢熔滴平均温度21002700K。 电流 I，熔滴温度T 焊条直径，T熔池的形状、尺寸、温度、存在时间、流动状态对熔池中的冶金反应、结晶方向、晶体结构、夹杂物数量分布、焊接缺陷的产

4、生均有重要影响。准稳定期熔池的形状类似于不标准的半椭球:I，Bmax HU，B HL=P2UIP2比例系数，与方法、电流有关熔池表面积：14cm2比表面：(0.313)10-3m2/kg熔池金属运动的原因：温度不均匀造成的对流: 表面张力差引起的对流, 热源机械力产生的搅拌作用熔池金属运动作用：使焊缝金属成分均匀 , 有利于气体、非金属夹杂外逸 .加速冶金反应，消除焊接缺陷 熔合边界运动受到限制，出现化学成分的不均匀性。焊接化学冶金过程：熔焊过程中，焊接区各种物质之间在高温下相互作用的过程。 该过程对焊缝金属成分、性能、焊接缺陷的产生及工艺性能都有很大影响焊接过程保护的必要性: 无保护下焊接，

5、焊缝金属与母材和焊丝比较发生了很大变化。保护方式:熔渣保护 气体保护 渣气联合保护 真空保护 ,保护效果以焊缝金属中氮的含量评价。药皮反应区 :温度 ： 100熔点 ,反应 水蒸发、物质分解和铁合金氧T100吸附水蒸发，200400结晶水被排除，化合水需要更高温度才能析出 有机物、碳酸盐分解 铁合金氧化先期脱氧 ,药皮反应阶段是一准备阶段，对质量有一定影响熔滴反应区 :温度高( 斑点温度：2800，平均18002400) ,比表面大( 约为炼钢的1000倍) 作用时间短 (反应主要在焊条末端进行熔滴与渣发生强烈的混合 对焊缝金属的成分影响非常大反应：气体分解、溶解、金属蒸发、氧化还原、合金化熔

6、池反应区物理条件: 温度相对低 16001900，且分布不均。比表面小3130cm2/kg 反应时间稍长 38s 化学条件: 浓度差小，反应速度 药皮重量系数Kb影响 药皮重量系数Kb：单位长度上药皮与焊芯的质量比 Kb大时，有部分药皮只参与熔池反应。 临界药皮厚度h0熔池反应是不断更新的 结论：熔池阶段的反应速度比熔滴阶段小，且在整个反应过程中的贡献较小；但在某些情况下（大厚药皮）熔池反应也有相当大的作用熔合比：焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。 熔合比的数值取决于焊接方法、规范、接头型式和尺寸、坡口型式和角度、母材性质、焊接材料种类以及焊条的倾角。因此，要保证焊缝金属和性能的稳定性，必须

7、严格控制焊接工艺条件，使熔合比稳定；堆焊时，需要调节焊接规范使熔合比尽可能小，减少母材成分对堆焊层性能的影响；异种钢焊接熔合比对焊缝成分和性能影响很大，要根据熔合比选择焊接材料。熔滴过渡特性的影响l 熔滴阶段 I反应时间t；V反应时间t l 气体的来源和产生 焊接区的气体主要来源于焊接材料；热源周围的空气会少量侵入电弧；焊丝和母材坡口附近的铁锈、油污、油漆、吸附水等 (1)有机物的分解、燃烧 (2)碳酸盐、高价氧化物的分解 (3)材料蒸发 物质的沸点越低越容易蒸发；溶液中物质浓度越高，饱和蒸气压越大，越易蒸发 氮对金属的作用 焊接区周围的空气是气相中氮的主要来源。 氮的溶解过程 ：气体分子向气

8、体与金属界面上运动，气体被金属表面吸附，在金属表面上分解为原子，气体原子穿过金属表面层，并向金属深处扩散，这个过程不受电厂影响，氮的溶解随温度增高而增大 ；温度继续增加，溶解度急剧下降。 当凝固时，氮的溶解度突然下降电弧条件下氮气的溶解比平方根定律计算高。原因：电弧中受激分子、原子溶解快；N+可在阴极溶解；其它含氮物质分解引起溶解度增加。氮对焊接质量的影响 在碳钢焊缝中氮是有害物质。促使生产气孔 （2） 提高焊缝金属强度，降低塑性和韧性，氮在钢中溶解度低，。（3）时效脆化， 金属中过饱和的氮处于不稳定状态，随时间延长，过饱和氮将逐渐析出，形成稳定氮化物。使焊缝金属强度，塑性、韧性。 加入氮稳定

9、元素，可抑制和消除时效现象焊接工艺参数的影响 焊接U，电弧长度保护变差，作用时间增加；焊接I，过度频率，作用时间，溶解量；正极性比反极性大氢对金属的作用氢主要来源于焊接材料中的水分、含氢物质及电弧周围空气中的水蒸气。焊接方法不同，氢向金属中溶解的途径不同。气体保护焊，氢以原子或质子的形式溶金属； 电渣焊，氢通过渣层溶入金属； 手工焊和埋弧焊，上述途径兼而有之。金属通过渣进入金属，其溶解度取决于气相中水和氢的分压、熔渣的碱度、氟化物的含量。氢通过气相进入金属，溶解度取决氢的状态。如为分子态，溶解度符合平方根定律焊缝金属中的氢及其扩散 扩散氢：以H、H-、H+形式存在，与金属形成间隙固溶体可自由扩

10、散。 残余氢：聚集到陷阱（晶格缺陷、显微裂纹、非金属夹杂）中，结合成分子，不能自由扩散。随放置时间的增加，扩散氢，残余氢，总的含氢量。 甘油法或水银法可测定熔敷金属扩散氢 真空加热法可测量残余氢含量 氢对焊接质量的影响氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象。氢脆是由于溶解在晶格中的氢引起的，变形导致位错运动堆积，形成显微空腔，氢在空腔聚集结合成分子，产生很高的压力，金属变脆。白点：碳钢或低合金钢焊缝，如含氢量高，常在其拉伸或弯曲断口出现银白色圆形局部脆断点。形成气孔 产生冷裂纹控制焊接工艺参数 手工电弧焊， I熔滴吸氢；U焊缝含氢。电流种类和极性对焊缝含氢量有影响。 通过工艺限制氢很有限。

11、氧对金属的作用 氧以原子氧和FeO两种形式溶于液态铁中。其溶解度随温度的升高而增大 第二合金元素存在时，随合金含量增加氧的溶解度下降。 铁冷却中，氧溶解度急剧下降。钢中的氧绝大部分以氧化物形式存在。金属氧化物的分解压是温度的函数，随温度增高而增加氧对焊接质量的影响 强度、塑性、韧性明显下降 对物理化学性能的影响，降低焊缝导电性、导磁性和耐蚀性 促进生成CO气孔 增加飞溅，影响焊接过程的稳定性氧在有些条件下是有利的如：铸铁冷焊为烧损多余的碳；耐热钢焊接为抑制Si还原；为减少焊缝含氢；改进电弧特性，加入氧化剂。控制氧的措施 纯化焊接材料（尽量用不含氧或含氧少的焊接材料。）控制焊接工艺参数（UO （

12、弧长作用时间） 脱氧熔渣及其对金属的作用 焊接熔渣在焊接过程中的作用机械保护作用 保护熔滴和熔池。 改善工艺性能 引弧、稳弧；减少飞溅；保证操作性能、脱渣性和焊缝成形。冶金处理 脱氧、脱硫、脱磷和去氢；合金化熔渣的成分和分类盐型熔渣 金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成。氧化性很小，用于焊接铝、钛和其它化学活性金属及其合金 盐-氧化物型 氟化物和强金属氧化物组成。氧化性较小，用于焊接合金钢。 氧化物型 金属氧化物组成，氧化性较弱，主要用于焊接低碳钢和低合金钢。粘度：单位速度梯度下，作用在单位面积上的内摩擦力。流体发生相对运动时，其内摩擦力的量度，用表示，其倒数1/称为流动性。 粘度取决于熔渣

13、的成分和温度，实际上取决于熔渣的结构。温度对粘度的影响 温度升高，熔渣粘度下降，但碱性渣和酸性渣下降的趋势不同。 熔渣成分对粘度的影响 酸性渣加入SiO2，使Si-O阴离子的聚合程度增大，其尺寸增大，粘度；减少SiO2，加入TiO2 ,可减少复杂Si-O离子，降低粘度；含TiO2较多的酸性渣已不是玻璃状，而接近晶体状，变为短渣；加入碱性氧化物，减低渣的粘度。 碱性渣高熔点的氧化物会使粘度增加。加入少量SiO2可降低年度；加入CaF2能促使CaO熔化，降低粘度。表面张力的物理含义： 表面张力与其中质点之间的作用力大小有关，即与化学键能有关。 键能，张力因此，金属键、离子键、共价键张力逐渐降低。熔

14、渣中加入酸性氧化物TiO2、SiO2、B2O5，形成半径较大的阴离子，与阳离子结合弱，被排挤到熔渣表面，表面张力降低。加入碱性氧化物CaO、MgO、MnO等增加表面张力，因为Ca2+、Mg2+、Mn2+阳离子的综合矩较大。 温度升高熔渣的表面张力减 T，离子半径，综合矩，相互作用减弱。熔渣熔点：固态熔渣开始熔化的温度。焊条药皮熔点指药皮开始熔化的温度（造渣温度）。 熔渣（药皮）熔点取决于组成物的种类、数量和粒度。脱氧：减少被焊金属的氧化和从液态金属中 排除氧的过程。脱氧主要措施是在焊丝、焊剂或药皮中加入合适元素，使之在焊接过程中夺取氧。脱氧剂：用于脱氧的元素或铁合金脱氧剂的选择原则： 脱氧剂在

15、焊接温度下对氧的亲和力比被焊金属大。脱氧产物应不溶于液态金属，其密度应小于金属液体，且应尽量使其处于液态。必须考虑脱氧剂对焊缝金属成分、性能及工艺性能的影响。先期脱氧 ：在药皮加热阶段，固态药皮中进行的脱氧反应。 特点：脱氧过程和产物与熔滴不发生直接关系。 含有脱氧剂的药皮被加热时，高价氧化物或碳酸盐分解出的氧或二氧化碳和脱氧剂反应：反应结果使气相的氧化性减弱；先期脱氧是不完全的沉淀脱氧：溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO 直接反应，把铁还原，脱氧产物浮出液态金属。锰的脱氧反应，熔渣的性质对锰脱氧的效果影响很大，酸性渣效果好；碱性渣不利于锰脱氧。根据锰的浓度不同，脱氧产物可形成液态产物，也可能形

16、成固态产物。在一定温度下，过多加入锰会形成固态产物，易造成焊缝夹杂。 硅的脱氧反应 提高碱度和金属中硅的含量,可提高脱氧效果。硅脱氧能力比锰大，但生成的SiO2熔点高，处于固态，不易聚合为大质点；同时界面张力小，润湿性好，不易分离，易造成夹渣。一般不单独用硅脱氧。 硅锰联合脱氧 适当比例的硅和锰，当Mn/Si=3.1 ，处于的位置，焊缝夹杂物较少。实践证明，当Mn/Si =37，脱氧产物可形成硅酸盐MnOSiO2，其密度小，熔点低，在钢中处于液态。易聚合成大的质点上浮。CO2焊，常在焊丝中加入 扩散脱氧是在金属液与熔渣的界面进行的，以分配定律为理论基础。焊缝金属中硫和磷的控制 硫的危害 偏析，

17、形成低熔共晶，促进结晶裂纹产生； 降低冲击韧性和抗腐蚀性控制硫的措施 限制材料中的含硫量 限制母材、焊丝和药皮中的硫的含量 冶金方法脱硫焊接条件下常用锰作为脱硫剂：T有利脱硫，由于焊接条件下，冷却快，反应时间短，实际不利于脱硫；增加锰含量，脱硫效果。碱性氧化物也能脱硫磷的危害 形成低熔共晶，促进结晶裂纹产生 磷化铁分布于晶界，冷脆，韧性降低控制磷的措施 限制母材、焊接材料的含磷量 冶金脱磷分成两步：氧化成P2O5与碱性氧化物生成磷酸盐增加渣的碱度可以减少焊缝的含磷量；加入CaF2有利于脱磷，Ca2+降低P2O5活度， CaF2降低粘度；焊接条件下， FeO对脱磷影响不大。合金过渡：把所需要的合

18、金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属中去的过程。合金过渡的目的 补偿蒸发、氧化损失的元素；消除焊接缺陷，改善焊缝组织和性能；获得特殊性能的堆焊金属。合金过渡的方式 应用合金焊丝或带极 应用药芯焊丝或药芯焊条 应用合金药皮或粘结焊剂 应用合金粉末氧化损失取决于元素对氧的亲和力、气相和熔渣的氧化性等因素。影响过渡系数的因素 合金元素的物化性质（沸点越低，蒸发损失越大，过渡系数越小；对氧的亲和力越大，氧化损失越大，过渡系数越小 合金元素的含量 含量增加，过渡系数逐渐增加 合金剂的粒度 增加合金剂的粒度，其表面积和氧化损失减小，残留损失不变，过渡系数增大 药皮（焊剂）的成分 氧化势越大，过渡系数越小；合金

19、元素与其氧化物同时存在，有利提高过渡。 合金元素的氧化物与渣的酸碱性相同时，有利于提高过渡系数。焊接材料是焊接时所消耗材料的通称，它包括焊条、焊丝、焊剂、气体等。手弧焊的焊接材料是焊条；埋弧焊及电渣焊的焊接材料是焊丝(或板状电极)与焊剂；气体保护焊的焊接材料则是焊丝与保护气体。焊条、焊丝是焊接回路中的一个组成部分。在焊接过程中，作为产生电弧的一个电极；还起着填充金属的作用。药皮、焊剂以及保护气体，是进行必要的冶金反应和保证焊接质量所必需的重要材料。因此，焊接材料不仅影响焊接过程的稳定性、焊接接头的性能及质量，同时也影响着焊接生产率焊条的分类按焊条的用途分 按焊接熔渣的碱度分酸性焊条 它是药皮中

20、含有多量酸性氧化物的焊条。这类焊条的工艺性能好，其焊缝外表成形美观、波纹细密。由于药皮中含有较多的FeO、TiO2、SiO2等成分，所以熔渣的氧化性强。酸性焊条一般均可采用交、直流电源施焊。典型的酸性焊条为E4303(J422)。碱性焊条 它是药皮中含有多量碱性氧化物的焊条。由于焊条药皮中含有较多的大理石、萤石等成分，它们在焊接冶金反应中生成CO2和HF，因此降低了焊缝中的含氢量。所以碱性焊条又称为低氢焊条。碱性焊条的焊缝具有较高的塑性和冲击韧度值，一般承受动载的焊件或刚性较大的重要结构均采用碱性焊条施工。典型的碱性焊条为E5015 (J507)焊条是涂有药皮的供手弧焊用的熔化电极，它由药皮和

21、焊芯两部分组成。焊条药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层；焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯焊条药皮的作用 保护作用 由于电弧的热作用使药皮熔化形成熔渣，在焊接冶金过程中又会产生某些气体。熔渣和电弧气氛起着保护熔滴、熔池和焊接区、隔离空气的作用，防止氮气等有害气体侵入焊缝。 冶金作用 在焊接过程中，由于药皮的组成物质进行冶金反应，其作用是去除有害杂质(例如O、N、H、S、P等)，并保护或添加有益合金元素，使焊缝的抗气孔性及抗裂性能良好，使焊缝金属满足各种性能要求。 使焊条具有良好的工艺性能 焊条药皮的作用可以使电弧容易引燃，并能稳定地连续燃烧，焊接飞溅小；焊缝成形美观；易于脱渣以及可适用于各种空间位置的

22、施焊。药皮原材料的作用 稳弧 造渣 造气 脱氧 合金化 粘结 成形 焊条的工艺性能：焊条在焊接操作中的性能，它是衡量焊条质量的重要指标之一。 焊条的工艺性能主要包括：焊接电弧的稳定性、焊缝成形、在各种位置焊接的适应性、飞溅、脱渣性、焊条的熔化速度、药皮发红的程度及焊条发尘量等。焊条的工艺性能主要决定于焊条药皮的组成份。因此，为了获得工艺性能良好的焊条，必须合理地确定焊条药皮配方。焊接电弧稳定性：电弧保持稳定燃烧（不产生断弧、漂移和磁偏吹等）的程度。 药皮中加入电离电位低的物质，可降低电弧气氛中的电离电位，提高电弧的稳定性；药皮含高燃点或药皮太厚导致较长的套筒，电弧易熄灭。焊缝成形 良好的焊缝成

23、形要求表面光滑，波纹细蜜美观，焊缝的几何形状及尺寸正确。 影响焊缝成形的主要因素：熔渣凝固温度、高温熔渣的粘度、表面张力及密度等 熔渣凝固点要求适中。过高压铁水，甚至出现气孔；过低不能均匀覆盖焊缝表面熔渣粘度要求适中。粘度过大，焊接冶金反应缓慢，成形不良，易产生气孔、夹杂；过小对焊缝覆盖不均匀。张力要适当一般表面张力0.30.4N/m可使熔渣均匀覆盖焊缝表面；焊缝结晶时，表面张力急剧增加使焊缝具有良好成形横焊、立焊和仰焊的主要困难：重力作用下熔滴不易向焊缝过渡；熔池金属和熔渣向下流以至不能形成正常焊缝。适当增加电弧和气流的吹力；调节熔渣的熔点、粘度和张力。飞溅：焊接过程中有熔滴或熔池中飞出的金

24、属颗粒。 熔渣的粘度较大，焊条含水量过多，焊条偏心率过大会造成较大飞溅。 一般钛钙型焊条电弧稳定，熔滴为细小过渡，飞溅小；低氢型焊条电弧稳定性差，熔滴多为大颗粒短路过渡，飞溅大。药皮影响熔化系数：影响电弧电压，电压越低，热量越少，熔化系数低；影响过渡形态，由短路向滴状过渡，熔化系数增加；含有放热反应物质时，反应热加速焊条熔化；加入铁粉可提高熔化系数。焊条药皮发红：药皮焊条在使用到后半段时，由于温升过高而发红、开裂或脱落的现象 焊接烟尘 熔滴及熔池表面的蒸发，由于蒸发产生高温蒸气从电弧区被吹出后迅速被氧化和冷凝，变为细小的固态粒子，形成焊接烟尘。焊接烟尘主要取决于药皮成分焊剂是焊接时能够熔化形成

25、熔渣和气体，对熔化金属起保护和冶金处理作用的一种颗粒状物质。焊剂的作用相当于焊条中的药皮，在焊接过程中焊剂的作用是：隔离空气、保护焊接区金属使其不受空气的侵害，以及进行冶金处理作用。因此，焊剂与焊丝配合使用是决定焊缝金属化学成分和力学性能的重要因素。焊丝是焊接时作为填充金属或同时作为导电的金属丝，它是埋弧焊、气体保护焊、自保护焊、电渣焊和气电立焊等各种工艺方法的焊接材料。随着焊接工艺方法的迅速发展，焊丝的生产增长很快。药芯焊丝是由薄钢带卷成圆形钢管或异形钢管的同时，填满一定成分的药粉后经拉制而成的一种焊丝。其特点有 焊接飞溅小 焊缝成形美观 熔敷速度高于实芯焊丝 可进行全位置焊接熔池凝固条件和

26、特点 结晶的一般规律：晶核形成和晶核长大。1）熔池体积小，冷却速度大 易形成淬硬组织；焊缝中柱状组织得到很大发展。2）熔池中的液态金属处于过热状态 3）熔池是在运动状态下结晶 角的大小决定于新相晶核与现成表面之间的表面张力。新核与液相中原有现成表面固体粒子的晶格结构越相似（点阵类型与晶格常数相似），之间的表面张力越小， 角越小。晶体最易长大方向与散热最快方向（最大温度梯度方向）相一致时，则最有利于晶粒长大 与散热最快方向不一 致，晶粒成长就停止下来。晶粒的成长方向也垂直于 结晶等温面。焊接规范对晶粒成长方向及平均线速度均有影响 焊速，晶粒主轴成长方 向越垂直于焊缝中心线；相反，主轴方向越弯曲。

27、结晶形态主要决定于合金溶质的浓度C0、结晶速度R和液相中温度梯度G的综合作用。焊接工艺参数对结晶形态也有影响 焊接速度的影响 v,熔池中心的温度梯度下降，中心的成分过冷加大，焊缝中心出现等轴晶；低速焊接，在熔合区附近出现胞状树枝，在中心出现较细的胞状树枝。 焊接电流的影响 焊接电流较小时，胞状组织；焊接电流增加，胞状树枝；电流继续增加，出现更大的胞状树枝。层状偏析使焊缝力学性能不均匀；抗腐蚀性能下降；断裂韧性下降等。熔合区的大小决定于材料的液固温度范围、被焊材料的物理性质和组织状态。熔合区性能下降的主要原因：存在严重的化学不均匀性 气孔和夹杂削弱焊缝的有效工件断面；引起应力集中，显著降低焊缝金

28、属的强度和韧性，对动载强度和疲劳强度更不利；个别情况还会引起裂纹。气孔产生的原因是高温是金属吸收溶解了大量的氢，冷却时溶解度急剧下降，特别是从液态转为固体时，溶解度可从32ml/100g降至10ml/100g。产生气孔的过程由气泡生核、长大和上浮。气泡的生核 条件： 液态金属中又过饱和的气体 生核所需能量 影响生成气孔的因素及防治措施冶金因素的影响 包括：熔渣氧化性、药皮或焊剂的冶金反应、保护气体的气氛、水分和铁锈等工艺因素的影响包括焊接工艺参数、电流种类及操作技巧等 焊缝或母材夹杂降低金属韧性，增加低温脆性，同时增加热裂纹和层状撕裂倾向。防止焊缝中夹杂的措施 (1正确选择焊条、焊剂,有良好的

29、脱氧、脱硫能力 (2注意工艺操作选用合适的焊接 多层焊时，应注意清楚前层焊缝的熔渣 焊条要适当摆动 注意保护熔池焊接热循环：焊接过程中热源沿焊件移动，焊件上某点温度由低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化过程。焊接条件特点：加热温度高 加热速度快 高温停留时间短 自然条件连续冷却 局部加热45钢在焊接条件下比在热处理条件下的CCT曲线稍向右移（Ms附近），说明相同冷却条件下，焊接时比热处理的淬硬倾向大。 40Cr钢焊接条件下比热处理条件下的CCT曲线左移，说明相同冷却条件下，焊接时比热处理的淬硬倾向小。原因分析：碳化物形成元素充分溶解在奥氏体中，才会增加奥氏体的稳定性，热处理条件比焊接溶

30、解充分，焊接淬硬倾向低； 碳素钢不存在碳化物溶解过程，焊接条件下近缝区组织粗化，故淬化倾向比热处理大。析出脆化： 新相析出，使金属或合金的强度、硬度和脆性提高的现象。脆化机理：由于析出物出现阻碍位错运动，且析出产物不均匀，使金属的强度和硬度提高“组织遗传”：某些钢种形成粗化组织后，重结晶得到的组织仍保留粗晶组织和结晶学的位向关系 组织遗传主要发生在有淬硬倾向的调质钢，并在快速加热和快速冷却的非平衡组织中才能发生 (由于非平衡组织从奥氏体中是按有序生成马氏体或贝氏体，快速加热情况下，很容易按有序转变生成奥氏体，新生成的奥氏体与原始非平衡组织有一定的位向关系，新形成的奥氏体继承了原奥氏体的晶粒大小

31、、形状和取向，)这便是组织遗传现象。 各种成形加工引起的局部应变、塑性变形对焊接HAZ脆化称为热应变时效脆化。焊接HAZ脆化可分为： 静应变时效脆化 在室温或低温下受到预应变后产生的时效脆性现象称为。 动应变时效脆化 在较高温度下，特别是200400的预应变产生的时效脆化称为。韧性是材料在塑性应变和断裂过程中吸收能量的能力，是强度和塑性的综合表现。热裂纹：焊接高温下产生的裂纹。特征：沿原奥氏体晶界开裂 (1结晶裂纹 焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂 高温液化裂纹 近缝区或多层焊的层间部位，在热循环峰值温度的作用下，由于被焊

32、金属含有较多的低熔点共晶被重新熔化，在拉应力作用下沿奥氏体晶粒发生开裂。(2再热裂纹 厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化元素的钢材，在进行消除应力的热处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹，多变液化裂纹 焊缝或近缝区在固相线下的高温区间，刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷及严重的物理和化学不均匀性，在一定温度和应力作用下，由于缺陷的迁移和聚集，便形成二次边界多变化边界上堆积了大量晶格缺陷，组织性能脆弱，高温强度塑性都很差，轻微的拉伸应力，就会沿多变化边界开裂。(3冷裂纹：焊后冷却至较低温度下产生的裂纹，是焊接生产中较为普遍的一种裂纹 延迟裂纹 裂纹不是焊后立即出现，有一

33、定孕育期具有延迟现象。主要取决于淬硬倾向、应力状态好扩散氢含量。淬硬脆化裂纹 淬硬倾向很大的钢种，仅在拘束应力作用下导致的开裂。低塑性脆化裂纹塑性较低的材料，冷却至低温，由于收缩应力而引起的应变超过材料本身所具有的塑性储备或材料变脆而产生裂纹。(4层状撕裂 扎制钢材的内部存在不同程度的分层夹杂物，在焊接时产生的垂直于扎制方向的应力，致使热影响区附近或稍远的地方，产生呈“台阶”形的裂纹(5应力腐蚀裂纹 焊接构件在腐蚀介质和拉应力共同作用下产生的一种延迟破坏现象 产生结晶裂纹的原因，就在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程受到拉伸应力共同作用的结果。液态薄膜是产生结晶裂纹的内因；拉伸应力是产生结晶

34、裂纹的必要条件。熔池的结晶大致分为三个阶段：1）液态阶段2）固液阶段 3）完全凝固阶段 产生结晶裂纹的条件：焊接在脆性温度区间所承受的拉伸应变大于焊缝金属所具有的塑性，或焊缝金属在脆性温度区间的塑性储备量小于零时，就会产生结晶裂纹。焊缝是否产生结晶裂纹主要决定于三个方面： 脆性温度区间TB的大小 TB越大，焊缝收缩产生拉伸应力作用时间越长，产生变形量越大，故产生裂纹倾向越大。TB大小决定于化学成分、低熔共晶的性质及分布、晶粒大小及方向性等 脆性温度区内金属的塑性TB内焊缝金属的塑性越小，越容易产生结晶裂纹。塑性与化学成分、偏析程度、晶粒大小及应变速率等有关 脆性温度区间内的应变增长率 TB内，

35、随温度下降，由于收缩生产的拉伸应力增大，应变的增长率也将增大，就容易生产结晶裂纹。应变增长率的大小主要决定于金属的热胀系数、接头刚度、焊缝位置、线能量大小及温度场分布。凝固结晶组织形态对结晶裂纹的影响 晶粒大小、形态和方向，以及析出的初生相等对抗裂性有很大影响。晶粒越粗大，柱状晶的方向越明显，则结晶裂纹倾向性就越大。细化晶粒，可破坏液态薄膜的连续性；打乱柱状晶的方向性。防治结晶裂纹的措施冶金因素 (1控制焊缝中的硫、磷、碳等有害元素含量 (2 形成低熔共晶；促使偏析。改善焊缝凝固结晶、细化晶粒是提高抗裂性的重要途径冷裂纹的一般特征 裂纹在Ms点附近或更低温度区间逐渐产生；裂纹起源多发生在具有缺

36、口效应的热影响区或物理化学不均匀的氢聚集的局部地带；裂纹扩展或沿晶或穿晶，取决于组织、应力状态和氢含量等。延迟裂纹可分为以下三种：1）焊趾裂纹2）焊道下裂纹3）根部裂纹氢在形成冷裂纹过程中的作用： 氢的来源及焊缝中的含氢量 焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污，以及环境湿度等是焊缝中富集氢的来源。 金属组织对扩散氢的影响氢在不同组织中的溶解度和扩散系数不同氢的应力扩散理论：金属内部的缺陷（包括微孔、夹杂、晶格缺陷）提供潜在的裂源，在应力作用下，微观缺陷的前沿形成三向应力区，诱使氢向该处扩散并聚集。当氢的浓度达到一定程度时，一方面产生较大的应力，另一方面阻碍位错移动而脆化，当应力进一步加大时，促使缺陷扩展形成裂纹。焊接拘束应力的大小决定于拘束度R拘束度R：单位焊缝长度，在根部间隙生产单位长度的弹性位移所需要的力。弯曲拘束度：单位焊缝长度上在接头坡口处发生单位角变形所需要的弯矩