工程材料與熱加工基礎之焊接(已修改)
2025-01-08 03:18 本頁面
【正文】 《工程材料與熱加工基礎》 第十一章 焊接 ? 機械工程系 ? 金工教研室 ? 引言 ? 何為焊接？ ? 焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使 工件達到結(jié)合的一種方法。 ? 1） .熔焊 將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法稱為熔焊。 ? 2） .壓焊 焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或加熱），以完成 焊接的方法稱為壓焊。 ? 3） .釬焊 釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采用比母材金屬熔點低的金 屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材溶化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。 焊接分類 圖 111 焊接電弧示意圖 ? 2. 焊接的冶金特點 ? 1）熔池中冶金反應不充分，化學成分有較大的不均勻性，常常發(fā)生 偏析、夾雜等缺陷。 ? 2）在高溫電弧作用下，氧、氫、氮等氣體分子吸收電弧熱量而分解 成化學性質(zhì)十分活潑的原子或離子狀態(tài)，它們很容易溶解在液體金屬之中，造成氣孔、氧化、脆化和其它缺陷。 ? 3）在熔劑或藥皮中加入比鐵氧化能力強的硅鐵、錳鐵等物質(zhì)，除起 到滲入合金作用、補充燒損元素外，亦可起到脫氧作用。 ? 4）焊縫中硫或磷的質(zhì)量分數(shù)超過 %時，極易產(chǎn)生裂紋。因此， 應選用含硫、磷低的焊接原材料，并通過在焊劑或藥皮中加石灰石、氟石等脫硫脫磷，以保證焊縫質(zhì)量。 圖 112 低碳鋼焊接熱影響區(qū)的組織變化 ? (二 )焊縫區(qū)的金屬組織與性能 ? 1. 焊縫金屬區(qū) 焊縫金屬區(qū)指在焊接接頭橫截面上測量的焊縫金屬的區(qū)域。熔焊時，是指由焊縫表面和熔合線所包圍的區(qū)域；電阻焊時，是指焊后形成的熔核部分。 ? 焊接加熱時，焊縫金屬區(qū)的溫度在液相線以上，母材金屬和填充 金屬熔化后共同形成液態(tài)熔池。冷卻結(jié)晶是以熔池和母材交界處半熔化狀態(tài)的母材金屬晶粒為結(jié)晶核心，沿著垂直于散熱面的反方向生長，成為柱狀晶的鑄態(tài)組織。 ? 2. 熔合區(qū) 焊縫與母材交接的過渡區(qū)，即熔合線處微觀顯示的母材半熔化區(qū)。此區(qū)是焊縫和母材金屬的交界區(qū)，溫度在固相線和液相線之間，焊接過程中母材金屬部分熔化，故亦稱半熔化區(qū)。熔化的金屬凝固成鑄態(tài)組織，未熔化的金屬因加熱溫度過高成過熱粗晶，其塑性和韌性明顯變差，容易產(chǎn)生裂紋和脆性破壞。雖然此區(qū)只有 ，但它對焊接接頭的性能影響很大，是焊接接頭的危險區(qū)域之 一。 ? 3. 熱影響區(qū) 是焊接或切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔 化）而發(fā)生金相組織和力學性能變化的區(qū)域。按其組織特征又可分為以下四個區(qū)域： （ 1） 過熱區(qū) 指焊接熱影響區(qū)中，具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。此區(qū)的溫度范圍為固相線至 1100℃ ，因加熱溫度過高，奧氏體晶粒急劇長大，使其塑性明顯下降，尤其是沖擊韌度下降 20％ 30％，對于易淬火鋼，此區(qū)脆性更大，是熱影響區(qū)中性能最差的部位。焊接剛度大的結(jié)構(gòu)件，此區(qū)容易產(chǎn)生裂紋。 （ 2） 細晶區(qū) 此區(qū)溫度范圍為 Ac3以上，而尚未達到過熱溫度。由于焊后為空冷，相當于熱處理后的正火組織，亦稱正火區(qū)。此區(qū)的力學性能優(yōu)于母材金屬。 ? （ 3） 不完全重結(jié)晶區(qū) 此區(qū)溫度范圍為 Ac3至 Ac1之間。在此區(qū)間珠光體已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，部分鐵素體深入奧氏體，尚未溶入奧氏體的鐵素體晶粒不斷長大。空冷時，奧氏體又折出較細的鐵素體，到 Ar1線時，殘余奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣参鼋M織珠光體，未深入奧氏體的鐵素體卻將粗大晶粒保持下來，亦稱部分相變區(qū)。該區(qū)金相組織很不均勻，力學性能較差。 （ 4） 再結(jié)晶區(qū) 此區(qū)溫度范圍在 Ac1至 500℃ 450℃ 之間。焊前經(jīng)過冷變形加工的焊件，由于母材中有晶格畸變及碎晶組織，當加熱到該溫度時，就會產(chǎn)生回復及再結(jié)晶而細化，其力學性能提高。焊前未經(jīng)冷加工變形的焊件不存在再結(jié)晶區(qū)。 s 圖 11－ 3 平板焊接過程中的應力與變形形成原理示意圖 ? (二 )焊接裂紋與焊接變形的形式 ? 焊接時，在任何情況下焊接應力總是存在的。當焊接應力超過該材料相應溫度的屈服應力時，焊件將產(chǎn)生變形；超過材料的斷裂應力時，焊件將會產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。焊接裂紋包括縱向裂紋、橫向裂紋、內(nèi)部裂紋、根部裂紋等；焊接變形的基本形式有角變形、彎曲變形、波浪變形、收縮變形、扭曲變形、錯邊變形等，見圖 114。 圖 114 焊接變形形式 (a) 圖 114 焊接變形形式 (b) 圖 114 焊接變形形式 (c) 圖 114 焊接變形形式 (d) ? (三 )預防和減小焊接應力及焊接變形的措施 ? 1. 合理設計焊接結(jié)構(gòu) 盡量減少焊縫及焊縫的長度和截面積，并盡 量使結(jié)構(gòu)中的所有焊縫對稱，避免交叉焊縫等，詳見焊接結(jié)構(gòu)工藝性一節(jié)。 ? 2. 焊前預熱 焊前對焊件預熱，可減少焊件各部分的溫差，對減小 焊接應力與變形較為有效。重要焊件可整體預熱，還有局部預熱即焊前選擇焊件的合理部位局部加熱使其伸長，焊后冷卻時，加熱區(qū)與焊縫
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