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1、第九章焊縫及其熱影響區(qū)的 組織和性能HistoryReview公元前，已出現(xiàn)焊接工藝，鑄焊、擴(kuò)散釬焊（秦始皇陵銅車馬等）。19世紀(jì)，現(xiàn)代焊接技術(shù)得以發(fā)展（C弧、金屬弧、電阻熱）。20世紀(jì)，金屬電弧用于金屬結(jié)構(gòu)生產(chǎn)，發(fā)明厚藥皮焊條。1921年，第一艘全焊遠(yuǎn)洋船；30年代，大規(guī)模制造焊接結(jié)構(gòu)；60年代，焊接結(jié)構(gòu)空前普及；中國：上海金茂大廈；葛洲壩船閘閘門；三峽水電站船閘閘門；三峽工程水輪機(jī)轉(zhuǎn)子；九江長江大橋、蕪湖長江大橋等。1-1焊接及其冶金特點(diǎn)1、焊接（welding)的實(shí)質(zhì)借助加熱或加壓，或者同時(shí)實(shí)施加熱和加壓
2、以實(shí)現(xiàn)材料之間的原子結(jié)合。加熱：電弧電弧焊等離子焊化學(xué)熱氧－乙炔焊電子束電子束焊光束（包括激光束）光束焊激光焊加壓：冷焊加壓/加熱：鍛焊、電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊從冶金角度液相焊接：基材和填充材料熔化－液相互溶－材料間原子結(jié)合。固相焊接：壓力使連接表面緊密接觸－表面之間充分?jǐn)U散－實(shí)現(xiàn)原子結(jié)合。固－液相焊接：待接表面不接觸，通過兩者之間的毛細(xì)間隙中的液相金屬在固液界面擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)原子結(jié)合。（釬焊）2、焊接方法的分類（1）熔化焊(fusionwelding)（2）固態(tài)焊(solidstatewelding)/
3、壓力焊（3）釬焊(brazing,soldering)3、熔化焊焊接接頭的形成 及其冶金過程焊接接頭焊接熱過程+焊接化學(xué)冶金+焊接物理冶金焊接熱過程焊接加熱的特點(diǎn)：熱作用集中性(局部熔化)、熱作用的瞬時(shí)性(熱源移動(dòng))溫度場、熱循環(huán)焊接化學(xué)冶金過程熔焊時(shí)，液態(tài)金屬、熔渣及氣相之間進(jìn)行一系列的化學(xué)冶金反應(yīng)。焊接物理冶金過程凝固結(jié)晶、固態(tài)相變焊接接頭示意圖熔化焊的本質(zhì):在焊接條件下的小熔池熔煉和冷凝，金屬熔化和結(jié)晶的冶金過程。焊接接頭（weldedjoint）的組成：母材（basemetal）熱影響區(qū)（heataff
4、ectzone）熔合線（bondline）焊縫（weld）熔化焊的冶金特點(diǎn)：1）反應(yīng)區(qū)的溫度高于一般的冶煉溫度2）熔池小冷卻速度快，液態(tài)金屬高溫停留時(shí)間短3）冶金條件差焊絲母材熔池焊道導(dǎo)電嘴保護(hù)氣體溶滴電弧1-2焊縫金屬的組織與性能1、焊接熔池的凝固(1)焊接熔池的特征：1）熔池的體積小熔池的形狀與尺寸 (≤30cm3,≤100g)2）熔池的溫度高1770±100℃>鋼錠:1550℃3）液體金屬處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)熔池處于液態(tài)時(shí)間只有幾秒到幾十秒,各種力:電弧力、電磁力、熔滴，表面張力強(qiáng)烈的攪拌和對流運(yùn)動(dòng)4）熔池界面的
5、導(dǎo)熱條件好母材導(dǎo)熱熔池中的流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)及其對焊縫質(zhì)量的影響熔池中的金屬是強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)著的：1）熱源產(chǎn)生的機(jī)械力的攪拌作用（如熔滴落下的沖擊力、電弧氣流的吹力；電磁力、離子的轟擊力以及熔池金屬蒸發(fā)所產(chǎn)生的反作用力等）；2）溫差引起的表面張力的變化，強(qiáng)迫金屬發(fā)生對流；3）溫差引起的液態(tài)金屬密度變化造成的對流；熔池中的化學(xué)冶金反應(yīng)以及生成的氣泡和熔渣的上浮；有利作用：1）使母材和焊條金屬的成分充分混合，幫助形成成分和組織均勻的焊縫；2）加速了金屬和氣體及熔渣的反應(yīng)速度，有利于有害氣體和非金屬夾雜物的逸出；3）避免焊接缺
6、陷的產(chǎn)生，提高焊接質(zhì)量；熔合線部位的問題(2)熔池凝固的特點(diǎn)1）聯(lián)生結(jié)晶（交互結(jié)晶、外延結(jié)晶）2)焊縫凝固:擇優(yōu)生長柱狀晶指向焊縫中心3）凝固速度晶粒成長的平均線速度是變化的:cosθ=0,θ=90°,Vc=0,說明在熔合區(qū)上晶粒開始成長的瞬間，成長的方向垂直于熔合區(qū)，晶粒成長的平均線速度等于零。cosθ=1,θ=0°,Vc=Vw,說明晶粒成長到接觸X軸時(shí)，晶粒成長的平均線速度等于焊接速度。焊接工藝參數(shù)對晶粒成長方向和平均線速度均有影響當(dāng)焊接速度大時(shí)，角越大，晶粒主軸的成長方向越垂直于焊縫的中心線；相反，當(dāng)焊接
7、速度小時(shí)，則晶粒主軸的成長方向越彎曲。平均成長速度與焊接速度有關(guān);柱狀晶的最大成長速度不可能超過焊速;焊接熔池的實(shí)際凝固過程并不是連續(xù)的。柱狀晶成長速度的變化并不是十分有規(guī)律，有不規(guī)則的波動(dòng)現(xiàn)象。焊縫凝固速度快(3)凝固金屬的組織形態(tài)柱狀晶+少量等軸晶柱狀晶內(nèi)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶等軸晶內(nèi)：樹枝晶與熔池凝固過程密切相關(guān)。濃度梯度、成分過冷結(jié)晶形態(tài)主要決定于合金中的溶質(zhì)的濃度C0、結(jié)晶速度R和液相中溫度梯度G的綜合作用。其關(guān)系如圖所示。G/R1/2平面晶胞狀晶胞狀樹枝晶樹枝晶等軸晶C0％焊縫凝固特點(diǎn)焊縫組織2
8、、焊縫金屬的組織（1）低碳鋼焊縫金屬的室溫組織a、先共析鐵素體b、針狀鐵素體c、珠光體（2）低合金鋼焊縫金屬的顯微組織a、先共析鐵素體b、針狀鐵素體c、珠光體d、馬氏體f、貝氏體3、焊縫金屬性能的控制（1）焊縫合金化與變質(zhì)處理（2）工藝措施（振動(dòng)結(jié)晶、焊后熱處理）焊縫組織的強(qiáng)韌性熔合區(qū)的特性同種鋼的熔合區(qū)1-3焊接熱影響區(qū)的組織與性能1、焊接熱循環(huán)(weldthermalcycle)焊
