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1、第三章母材的熔化和焊縫成形3.1焊縫形成過(guò)程及焊縫形狀尺寸3.1.1焊縫形成過(guò)程電弧焊時(shí)，焊縫的形成一般要經(jīng)歷加熱、熔化、化學(xué)冶金、凝固和固態(tài)相變等一系列冶金過(guò)程。其中，熔化和凝固是兩個(gè)必不可少的過(guò)程。圖3-2熔池結(jié)晶過(guò)程示意圖聯(lián)生結(jié)晶3.1.2焊接熱影響區(qū)的組織和性能HAZ各點(diǎn)經(jīng)歷的熱循環(huán)不同→組織形態(tài)不同→性能不同（一）熔合區(qū)半熔化區(qū)域，兼有焊縫組織特征和過(guò)熱組織特征?；旌蠀^(qū)域，組織不均勻，且易形成缺陷，性能影響大，薄弱區(qū)。（二）過(guò)熱區(qū)溫度范圍從固相線以下到1100oC，過(guò)熱狀態(tài)→奧氏體嚴(yán)重長(zhǎng)大→粗
2、大組織，可伴生魏氏組織。應(yīng)力大時(shí)，可形成裂紋冷速大時(shí)，可形成裂紋（三）相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)）A3～1000oC，正火區(qū)，正火處理，正火組織，強(qiáng)韌性比較好。（四）不完全重結(jié)晶區(qū)AC1～AC3范圍，加熱→奧氏體+殘留鐵素體，冷卻→奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小組織，粗大的鐵素體保留。最終為粗大的鐵素體和細(xì)小的重結(jié)晶組織。晶粒大小不均，力學(xué)性能也不均勻。第四章焊接熱影響區(qū)組織與性能淬硬傾向大的鋼種，低碳高強(qiáng)度鋼(18MnMoNb)、中碳鋼(45)、中碳高強(qiáng)度鋼(30CrMnSi)等，冷卻時(shí)可形成馬氏體組織。1、完全淬火區(qū)A
3、C3以上溫度區(qū)間，冷卻時(shí)產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變。熔合區(qū)附近，粗大晶粒組織。**易于形成淬火裂紋。粗大馬氏體、細(xì)小馬氏體、貝氏體（BL、BU），冷卻速度決定?；旌辖M織。第四章焊接熱影響區(qū)組織與性能2、不完全淬火區(qū)溫度在AC1～AC3之間?？焖偌訜幔F素體不溶，珠光體、貝氏體、索氏體等溶入奧氏體。冷卻時(shí)，奧氏體→馬氏體，形成鐵素體+馬氏體雙相組織。3、回火區(qū)焊前，母材處理狀態(tài)。母材：淬火+回火（調(diào)質(zhì)），Tc高于Tt，回火；Tc低于Tt，不變。焊縫的形狀一般是指焊縫橫截面的形狀，通常用焊縫熔深H、焊縫熔寬B和焊縫余高
4、h來(lái)描述。焊縫熔深H是指母材熔化的深度；焊縫熔寬B是兩焊趾之間的距離；焊縫余高h(yuǎn)是焊縫橫截面上焊趾連線之上的那部分焊縫金屬的最大高度。焊縫成形系數(shù)φ（φ＝B/H）(常用的電弧焊方法，一般取1.3-2）余高系數(shù)Ψ（Ψ＝B/h）3.1.2焊縫形狀尺寸圖3-3對(duì)接接頭和角接接頭焊縫形狀和尺寸H－焊縫熔深，B－焊縫熔寬，h－焊縫余高，Ah－填充金屬熔化面積，AM－母材熔化面積熔合比γ是另一個(gè)表征焊縫橫截面形狀特征的重要參數(shù)。所謂熔合比γ是指單道焊時(shí)，在焊縫橫截面上熔化的母材所占的面積與焊縫的總面積之比。它能反映
5、母材成分對(duì)焊縫成分的稀釋程度，熔合比γ越大，說(shuō)明母材向焊縫中熔入的量越大，稀釋程度越大。熔合比γ用下式計(jì)算：γ=AM/(AM+Ah)（3－1）AM是熔化的母材在焊縫橫截面積中所占的面積；Ah是填充金屬在焊縫橫截面中所占的面積。3.3熔池受到的力及其對(duì)焊縫成形的影響在電弧焊焊接過(guò)程中，熔池不僅受到熱的作用，還受到力的作用。在電弧力和其它各種力的作用下熔池表面產(chǎn)生凹陷，液體金屬被排向熔池尾部，使熔池尾部的液面高于焊件表面，從而產(chǎn)生焊縫余高。同時(shí)，電弧力及其它力還使熔池金屬產(chǎn)生流動(dòng)，一方面促使熔池內(nèi)部的對(duì)流換
6、熱和填充金屬與母材金屬的混合，從而使焊縫各處的成分比較均勻一致；另一方面也必然影響熔池的形狀和焊縫的成形。3.3.1.熔池金屬的重力熔池金屬的重力的大小正比于熔池金屬的體積和密度。熔池金屬的重力對(duì)熔池金屬流動(dòng)的作用與焊縫的空間位置有關(guān)。水平位置焊接時(shí)，熔池金屬的重力有利于熔池的穩(wěn)定性?？臻g位置焊接時(shí)，熔池金屬的重力可能破壞熔池的穩(wěn)定性，使焊縫成形變壞。3.3.2.表面張力表面張力將阻止熔池金屬在電弧力或熔池金屬重力作用下的流動(dòng)。表面張力對(duì)熔池金屬在熔池界面上的接觸角(即潤(rùn)濕性)的大小也有直接影響。所以表
7、面張力既影響熔池的輪廓形狀，也影響熔池金屬在坡口里的堆敷情況，即熔池表面的形狀。1)熔池金屬的表面張力的大小取決于液體金屬的成分和溫度。大多數(shù)液體金屬中當(dāng)含有氧、硫等表面活性元素時(shí)，能夠明顯降低表面張力。液體金屬的表面張力隨溫度升高而降低。2)熔池金屬由于各處成分和溫度的不均勻性，各處表面張力大小也不同，這樣形成沿表面方向的表面張力梯度dσ/dr（σ－表面張力系數(shù),r-熔池半徑）,這種表面張力梯度將促使液體金屬流動(dòng)。圖3-9熔池金屬流動(dòng)與表面張力梯度的關(guān)系(dσ／dr>0)圖3-10熔池金屬流動(dòng)與表面張
8、力梯度的關(guān)系(dσ／dr<0)3.3.3.焊接電弧力(1)焊接電流流入焊接熔池時(shí)，由于斑點(diǎn)面積較小，電流密度較大，因而斑點(diǎn)處的壓力較大，而熔池表面內(nèi)的其它處的電流密度較小、壓力也較小。這種壓力差促使熔池金屬流動(dòng)，在熔池中心處，較大的斑點(diǎn)壓力促使液體金屬向下流動(dòng)，而熔池四周的液體金屬流向熔池中心，形成渦流現(xiàn)象。金屬流動(dòng)時(shí)，由于熔池中心的高溫金屬能把熱量帶向熔池底部，因而會(huì)使熔深加大。圖3-11電弧靜壓力對(duì)焊縫成形的影響圖3-12電弧動(dòng)壓力對(duì)焊
