焊接冶金學(xué)及金屬材料焊接(第3版)高職PPT完整全套教學(xué)課件

焊接冶金學(xué)及金屬

材料焊接（第三版）全套PPT課件課題一控制焊縫熔合比課題二焊接熔渣對焊接冶金的作用課題三控制氣相對熔池金屬的危害課題四焊縫金屬的合金化途徑課題五焊縫金屬的脫硫、脫磷方法模塊一焊接化學(xué)冶金過程課題一控制焊縫熔合比一、熔池形成過程

定義：熔焊時(shí)在焊接熱源作用下，焊件上由熔化的填充金屬和熔化的母材組成具有一定幾何形狀的液體金屬部分叫做熔池。

（一）熔池的形狀和尺寸圖1-1熔池示意圖回目錄（二）熔池的質(zhì)量和存在時(shí)間

tmax在幾秒與幾十秒之間變化。焊縫軸線上各點(diǎn)在液態(tài)停留的時(shí)間最長，離軸線越遠(yuǎn)，停留的時(shí)間越短。一般情況下，熔池存在的時(shí)間與熔池長度成正比，與焊接速度成反比。（三）熔池的溫度圖1-3

熔池的溫度分布1-熔池中部、2-熔池頭部、3-熔池尾部課題一控制焊縫熔合比（四）熔池中液態(tài)金屬的流動(dòng)使熔池中液態(tài)金屬發(fā)生運(yùn)動(dòng)的主要原因如下：

1、液態(tài)金屬的密度差所產(chǎn)生的自由對流運(yùn)動(dòng)

2、表面張力所引起的強(qiáng)迫對流運(yùn)動(dòng)

3、熱源的各種機(jī)械力所產(chǎn)生的攪拌運(yùn)動(dòng)

正是這些運(yùn)動(dòng)促使熔池中的冶金反應(yīng)劇烈發(fā)生，對保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性具有重大的意義。課題一控制焊縫熔合比

二、對焊接區(qū)金屬的保護(hù)保護(hù)提供良好的工藝性能滲合金保證冶金反應(yīng)過程焊條藥皮的作用1.保護(hù)的必要性1）提高焊接過程穩(wěn)定性，減少飛濺2）減少合金燒損3）防止產(chǎn)生焊接缺陷，以保證力學(xué)性能課題一控制焊縫熔合比2、保護(hù)方式及效果保護(hù)方式課題一控制焊縫熔合比1）氣保護(hù)2）渣保護(hù)3）氣—渣聯(lián)合保護(hù)4）真空保護(hù)5）自保護(hù)保護(hù)效果用焊縫金屬中的氮含量來衡量三、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)區(qū)

特點(diǎn)：分區(qū)域連續(xù)進(jìn)行。反應(yīng)相：熔化金屬、熔渣電弧氣氛。

1.藥皮反應(yīng)區(qū)的特點(diǎn)：（100℃至藥皮的熔點(diǎn)約1200℃）達(dá)到100℃時(shí)，水分蒸發(fā)；超過200℃時(shí)，有機(jī)物分解；超過200℃時(shí)，結(jié)晶水蒸發(fā)；繼續(xù)升高溫度，碳酸鹽開始分解。課題一控制焊縫熔合比

2.熔滴反應(yīng)區(qū)的特點(diǎn)（從熔滴形成、長大，到過渡到熔池之前）特點(diǎn)：焊接反應(yīng)最為激烈的部位課題一控制焊縫熔合比②熔滴比表面積大；④液體金屬與熔渣發(fā)生強(qiáng)烈的混合。①熔滴的溫度高；③作用時(shí)間短；3.熔池反應(yīng)區(qū)的特點(diǎn)特點(diǎn)：課題一控制焊縫熔合比1）熔池的平均溫度較低；2）比表面積小，反應(yīng)時(shí)間較長；3）熔渣參與反應(yīng)較多。四、焊接化學(xué)冶金反應(yīng)的條件和特點(diǎn)課題一控制焊縫熔合比（1）溫度高（2）比表面積大（3）時(shí)間短（4）處于不停的運(yùn)動(dòng)之中（5）反應(yīng)條件不斷變化五、焊接參數(shù)與焊接化學(xué)冶金的關(guān)系

1.焊接參數(shù)影響冶金反應(yīng)的條件和作用時(shí)間

熔滴階段的反應(yīng)時(shí)間（熔滴存在的時(shí)間）隨著電流的增加而變短，隨著電弧電壓的增加而變長。因此可以斷定反應(yīng)進(jìn)行的完全程度將隨著電流的增加而減少，隨著電弧電壓的增加而增大。試驗(yàn)表明課題一控制焊縫熔合比

2.焊接參數(shù)影響參加冶金反應(yīng)的熔渣量六、熔合比的控制定義：在焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例稱為熔合比。

影響因素：

課題一控制焊縫熔合比（1）預(yù)熱的影響（2）焊接參數(shù)的影響（3）焊接方法的影響（4）坡口形式和焊接層數(shù)的影響一、焊接熔渣1.熔渣在焊接過程中的作用回目錄課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用（1）機(jī)械保護(hù)作用（2）改善焊接工藝性能（3）冶金處理作用（4）改善熱規(guī)范

2.熔渣的成分和分類（1）鹽型熔渣

主要有CaF2-NaF、CaF2-BaCl2-NaF、KCl-NaCl-Na3AlF6，BaF2-MgF2-CaF2-LiF等。（2）鹽-氧化物型熔渣

主要有CaF2-CaO-SiO2、CaF2-CaO-Al203-SiO2、CaF2-CaO-SiO2-MgO等。（3）氧化物型熔渣

主要有FeO–MnO-SiO2、CaO–TiO2-SiO2、MnO-SiO2等。課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用二、熔渣的冶金作用（一）熔渣的性質(zhì)

1.熔渣的堿度

分子理論：從理論上講，B1>1時(shí)，熔渣為堿性熔渣；B1<1時(shí)，為酸性熔渣；B1=1時(shí)，為中性熔渣。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定：Ｂ１〉1.３為堿性熔渣課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用離子理論

當(dāng)B2>0時(shí)，則熔渣為堿性熔渣；當(dāng)B2<0為酸性熔渣；當(dāng)B2＝0時(shí)，為中性熔渣。課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用

2.熔渣的黏度黏度越大，流動(dòng)性越差；黏度越小，流動(dòng)性過小。

長渣：隨溫度降低黏度增加緩慢的，凝固所需時(shí)間長。隨溫度降低黏度迅速增加的，叫做短渣

立焊，仰焊適用于平焊位置課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用（1）溫度對黏度的影響熔渣的黏度隨溫度的上升而下降，但不同成分的熔渣其具體的變化規(guī)律是不同的，如圖1-8所示。1-堿性熔渣

2-含SiO2多的酸性熔渣長渣和短渣的黏度-溫度曲線課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用（2）成分對黏度的影響在酸性熔渣中加入SiO2，使Si-O離子的聚合程度增大，其尺寸也增加，因而使黏度迅速升高。減少酸性熔渣中的SiO2，增加TiO2，使復(fù)雜的Si-O離子減少，可降低高溫時(shí)的黏度。含TiO2多的酸性熔渣已不是玻璃狀的渣，而是接近于晶體狀的渣。這種渣的黏度隨溫度變化急劇變?yōu)槎淘?。課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用

3.熔渣的熔點(diǎn)熔渣的熔點(diǎn)是指熔渣開始熔化的溫度，不是藥皮開始熔化的溫度，后者一般稱為造渣溫度。但兩者之間有一定的關(guān)系，一般的規(guī)律是：藥皮的熔點(diǎn)高時(shí)，所形成的熔渣的熔點(diǎn)也高。熔點(diǎn)過高將使熔渣與液態(tài)金屬之間的反應(yīng)不充分，易形成夾渣和氣孔，并產(chǎn)生壓鐵液現(xiàn)象，使焊縫成形變壞。熔點(diǎn)過低易使熔渣的覆蓋性能變壞，焊縫表面粗糙不平，并使焊條難于進(jìn)行全位置焊接。一般要求焊接熔渣的熔點(diǎn)比焊縫金屬的熔點(diǎn)低200～450℃。課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用

4.表面張力表面張力是液體表面所受到的指向液體內(nèi)部的力，它是由于表面層分子與內(nèi)部分子所處的狀態(tài)不同而引起的。熔滴的表面張力以及與液體金屬的界面張力影響熔滴的尺寸和熔渣的覆蓋性能。

熔渣與液體金屬的界面張力減小，熔滴的尺寸減?。环粗?，熔滴粗化。實(shí)驗(yàn)表明課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用

5.密度熔渣的密度必須低于焊縫金屬的密度。

6.熔渣的線膨脹系數(shù)和導(dǎo)電性熔渣的線膨脹系數(shù)主要影響脫渣性，熔渣與焊縫金屬的線膨脹系數(shù)差值越大，脫渣性越好。熔渣的導(dǎo)電性取決于熔渣的溫度與成分。課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用（二）熔渣對焊縫金屬的氧化

1.擴(kuò)散氧化焊接鋼時(shí)，F(xiàn)eO既溶于液態(tài)金屬又溶于渣中，在一定的溫度下平衡時(shí)，它在兩相中的濃度符合分配定律。

在一定的溫度下，F(xiàn)eO在熔渣和液體金屬中的濃度雖然可隨FeO總量的不同而變動(dòng)，但平衡時(shí)兩相中FeO的濃度之比是定值。在溫度不變的情況下，當(dāng)增加熔渣中FeO的濃度時(shí)，F(xiàn)eO將向焊縫金屬中擴(kuò)散，使焊縫中的氧含量增加。在溫度相同的條件下，堿性熔渣中FeO的分配常數(shù)比酸性熔渣中小。課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用

2.置換氧化如果熔渣中含有較多的易分解的氧化物（如SiO2、MnO），則可能與液態(tài)鐵發(fā)生置換反應(yīng)，使鐵氧化。置換氧化反應(yīng)主要發(fā)生在熔滴階段和熔池頭部的高溫區(qū)。在焊絲或藥皮中含有對氧的親和力比鐵更大的金屬元素時(shí)，如Al、Ti、Cr等，它們將和MnO、SiO2發(fā)生更激烈的反應(yīng)，反應(yīng)的結(jié)果使焊縫中非金屬夾雜物增多，氧含量增加，同時(shí)焊縫金屬中Si、Mn含量也顯著地增加。課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用（三）焊縫金屬的脫氧脫氧是一種冶金處理措施，它是通過在焊絲、焊劑或焊條藥皮中加人某些對氧親和力較大的元素，使其在焊接過程中奪取氣相或氧化物中的氧，從而減少焊縫金屬的氧化及氧含量。用于脫氧的元素或合金劑叫脫氧劑。選擇脫氧劑應(yīng)遵循以下原則：課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用4)在滿足技術(shù)要求的前提下，注意降低成本。3）應(yīng)綜合考慮脫氧劑對焊縫成分、性能及焊接工藝性能的影響。1）在焊接溫度下，脫氧劑對氧的親和力應(yīng)比被焊金屬對氧的親和力大。2）脫氧產(chǎn)物應(yīng)不溶于液態(tài)金屬。（1）先期脫氧焊條電弧焊時(shí)，在焊條藥皮加熱階段，固體藥皮中進(jìn)行的脫氧反應(yīng)叫先期脫氧。反應(yīng)的結(jié)果使氣相中的氧化性減弱。先期脫氧的效果取決于脫氧劑對氧的親和力。（2）沉淀脫氧沉淀脫氧是在熔滴和熔池內(nèi)進(jìn)行的，是利用溶解在熔滴和熔池中的脫氧劑與[FeO]直接反應(yīng)，把鐵還原，使脫氧產(chǎn)物轉(zhuǎn)入熔渣而被清除出去。1）錳的脫氧2）硅的脫氧3）硅錳聯(lián)合脫氧課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用（3）擴(kuò)散脫氧溫度降低時(shí)，便發(fā)生液態(tài)金屬中的FeO向熔渣中擴(kuò)散，從而使熔池中的FeO含量減少，說明擴(kuò)散脫氧是在熔池的尾部低溫區(qū)進(jìn)行的。擴(kuò)散脫氧還取決于FeO在熔渣中的活度。在溫度不變的情況下，F(xiàn)eO在熔渣中的活度越低，脫氧效果越好。當(dāng)渣中含有較多的強(qiáng)酸性氧化物SiO2、TiO2時(shí)，因易與FeO形成復(fù)合物，從而使渣中FeO活度減小，為保持分配常數(shù)，液態(tài)金屬中的FeO便不斷向渣中擴(kuò)散，所以酸性渣有利于擴(kuò)散脫氧的進(jìn)行。相比之下，堿性熔渣擴(kuò)散脫氧能力較差。課題二

焊接熔渣對焊接化學(xué)冶金的作用一、焊接區(qū)內(nèi)氣體的來源

1、焊接材料

2、熱源周圍的氣體介質(zhì)

3、焊絲和母材表面上的雜質(zhì)

4、高溫蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體

回目錄課題三

控制氣相對熔池金屬的危害二、氫對熔池金屬的作用

1.氫在金屬中的溶解氫向金屬中溶解的機(jī)理在不同的情況下是不相同的。在氣體保護(hù)焊時(shí)，氫可以直接在金屬的表面上以原子或質(zhì)子的形式溶入金屬。在具有熔渣保護(hù)時(shí)，氫向金屬中溶解是通過熔渣層進(jìn)行的。除此之外，溶解在渣中的一部分原子氫可以通過對流或攪拌作用而到達(dá)金屬的表面上，然后溶入金屬中。課題三

控制氣相對熔池金屬的危害根據(jù)氫與金屬作用的特點(diǎn)，可以把金屬分為兩類：第一類是能形成穩(wěn)定氫化物的金屬，如Zr、Ti、V、Ta、Nb等。這些金屬在吸收氫不多時(shí)，與氫形成固溶體；在吸收氫較多時(shí)，與氫形成氫化物。在溫度為300～700℃的范圍內(nèi)，這些金屬在固態(tài)下可吸收大量的氫；再升高溫度，則氫化物分解，由金屬中析出氫氣，其氫含量下降，因此，這類金屬及合金焊接時(shí)，必須防止在固態(tài)下吸收大量的氫，否則將嚴(yán)重影響金屬的性能。第二類是不形成穩(wěn)定氫化物的金屬，如Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等。但氫可以溶解于這類金屬及其合金中。課題三

控制氣相對熔池金屬的危害

2.氫在金屬中的擴(kuò)散在鋼焊縫金屬中，氫大部分是以氫原子、正離子或負(fù)離子形式存在的。H的原子和離子半徑很小，它們與焊縫金屬形成間隙固溶體。其中一部分氫可以在焊縫金屬晶格中自由擴(kuò)散，稱為擴(kuò)散氫。還有一部分氫擴(kuò)散聚集到金屬的晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬夾雜物邊緣的空隙中，結(jié)合為氫分子，因其半徑增大，不能自由擴(kuò)散，稱為殘余氫。因氫在擴(kuò)散過程中總有一部分要轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄽?，還有一部分?jǐn)U散到焊件以外的空間，所以焊縫金屬中的總的氫含量和擴(kuò)散氫的含量都是隨時(shí)間的延長而減少，殘余氫則增加。課題三

控制氣相對熔池金屬的危害

3.氫對焊接質(zhì)量的影響（1）氫脆金屬在室溫時(shí)因吸收氫而導(dǎo)致塑性降低的現(xiàn)象叫做氫脆。

氫對鋼的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度沒有明顯影響；而塑性，特別是斷面收縮率，則隨氫含量的增加而急劇下降。

氫脆的一個(gè)重要特點(diǎn)是，它與試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)變速度有關(guān)。在室溫范圍，氫脆表現(xiàn)明顯，試驗(yàn)溫度較高或很低時(shí)，都不會(huì)出現(xiàn)氫脆。實(shí)驗(yàn)表明課題三

控制氣相對熔池金屬的危害

（2）白點(diǎn)在碳鋼或低合金鋼焊縫中，如果氫含量高，則常常在其拉伸或彎曲試件的斷面上，出現(xiàn)銀白色圓形局部脆斷點(diǎn)，稱為白點(diǎn)。

（3）氣孔

（4）冷裂紋在焊接接頭中，冷裂紋是危害性極大的一種焊接缺陷，而氫是促使冷裂紋產(chǎn)生的主要因素之一。課題三

控制氣相對熔池金屬的危害4.控制氫的措施（1）限制焊接材料中的氫含量（2）清除焊件和焊絲表面的雜質(zhì)（3）進(jìn)行冶金處理

1）在藥皮和焊劑中加入氟化物。2）在焊條藥皮中加入適量的活性氧化劑，如Fe或Mn的高價(jià)氧化物。這類氧化劑一方面在高溫下分解出O，通過O+H=OH起到去氫的作用，另一方面增加了焊接熔池的氧化性，使液態(tài)金屬中氫的溶解度降低。課題三

控制氣相對熔池金屬的危害（4）控制焊接參數(shù)焊條電弧焊時(shí)，增大焊接電流使熔滴吸收的氫的含量增加；增加電弧電壓使焊縫氫含量減小。（5）焊后脫氫處理把焊件加熱到350℃以上，保溫lh，幾乎可將擴(kuò)散氫全部去除。課題三

控制氣相對熔池金屬的危害三、氮對熔池金屬的作用（一）氮對金屬的作用及其控制

1.氮在金屬中的溶解分子氮向氣體一金屬相界面上運(yùn)動(dòng)；被熔滴和熔池前部的金屬表面吸附；在金屬表面上分解為原子氮；原子氮過渡到金屬的表面層內(nèi)；并向金屬內(nèi)部擴(kuò)散。該反應(yīng)也服從化學(xué)平衡法則。降低氣相中氮的分壓可以減少金屬中的氮含量。氮在液態(tài)合金中的溶解度隨著溫度的升高而增大；當(dāng)溫度為2200℃時(shí)，氮的溶解度達(dá)到最大值；繼續(xù)升高溫度，氮的溶解度急劇下降，至該合金的沸點(diǎn)時(shí)溶解度變?yōu)榱?，這是由于金屬的蒸氣壓急劇增加的結(jié)果。

課題三

控制氣相對熔池金屬的危害

2.氮對焊接質(zhì)量的影響（1）形成氣孔（2）降低焊縫金屬的力學(xué)性能氮是提高低碳鋼和低合金鋼焊縫金屬強(qiáng)度、降低塑性和韌性的元素。（3）時(shí)效脆化氮是促使焊縫金屬時(shí)效脆化的元素。焊接時(shí)，冷卻速度大，氮來不及隨溫度的下降析出，焊縫金屬中過飽和的氮處于不穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過一段時(shí)間，過飽和的氮將以針狀的Fe4N析出，導(dǎo)致焊縫金屬脆化。

氮除了對焊縫的性能有危害作用之外，也有有利的影響。它可以作為合金元素加入鋼中，而改變焊縫金屬的力學(xué)性能。

課題三

控制氣相對熔池金屬的危害3.控制氮的措施（1）加強(qiáng)機(jī)械保護(hù)（2）選用合理的焊接參數(shù)增加電弧電壓（即增加電弧長度）將使焊縫金屬的氮含量增加。對于低碳鋼而言，由于氮的溶解是吸熱過程，所以增加焊接電流使得焊縫中氮含量增加。但若電流過大，造成金屬強(qiáng)烈地蒸發(fā)，使氮的分壓下降，焊縫中的氮含量又逐漸下降。（3）控制焊絲金屬的成分增加焊絲或藥皮中的碳含量可以降低焊縫中氮的含量。

上述措施中最有效、最實(shí)用的是加強(qiáng)機(jī)械保護(hù)作用，其他措施都有一定的局限性。注意課題三

控制氣相對熔池金屬的危害四、氧對熔池金屬的作用

1.氧對金屬的作用（1）氧對焊接質(zhì)量的影響

1）影響焊縫金屬的性能隨著焊縫中氧含量的增加，其強(qiáng)度、塑性及韌性指標(biāo)都要下降，沖擊韌性下降尤為明顯。氧還引起熱脆性、冷脆性及時(shí)效硬化。

2）導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生

形成CO氣孔。

3）合金元素的燒損

在焊接高溫作用下，氧使焊縫金屬中有益的合金元素?zé)龘p，使焊縫的性能達(dá)不到母材的水平。

課題三

控制氣相對熔池金屬的危害（2）氧在金屬中的溶解（3）氧化物的分解壓（4）氧對金屬的氧化

1）自由氧對金屬的氧化

2）CO2對金屬的氧化

3）水蒸氣對金屬的氧化

H2O（氣）+[Fe]＝[FeO]+H2

4）混合氣體對金屬的氧化

課題三

控制氣相對熔池金屬的危害

2.控制氧的措施（1）控制焊接材料的氧含量例如：采用高純度的惰性氣體作為保護(hù)氣，采用低氧或無氧的焊條、焊劑，甚至在真空室中進(jìn)行焊接。

（2）控制焊接參數(shù)增加電弧電壓，使空氣易于侵入焊接區(qū)，并增加氧與熔滴接觸的時(shí)間，所以焊縫氧含量增加。此外，焊接電流的種類和極性以及熔滴過渡的特性等也有一定的影響。（3）脫氧

用冶金的方法進(jìn)行脫氧，這是實(shí)際生產(chǎn)中最有效的方法。課題三

控制氣相對熔池金屬的危害一、焊縫金屬合金化的目的

回目錄課題四

焊縫金屬的合金化途徑1.補(bǔ)償合金元素的損失2.消除焊接工藝缺陷，改善焊縫金屬的組織和性能3.獲得具有特殊性能的堆焊層二、焊縫金屬合金化的方式課題四

焊縫金屬的合金化途徑（4）應(yīng)用合金粉末（1）應(yīng)用合金焊絲或帶狀電極（2）應(yīng)用藥芯焊絲或藥芯焊條（3）應(yīng)用合金藥皮或粘結(jié)焊劑三、合金元素的過渡系數(shù)及影響因素

過渡系數(shù)：影響合金元素過渡系數(shù)的主要因素有以下幾方面：

1.合金元素對氧的親和力的影響對氧的親和力從大到小的順序?yàn)?/p>

Al>Zr>Ti>Si>V>Mn>Cr>Mo>W>Fe>Co>Ni>Cu課題四

焊縫金屬的合金化途徑

2.合金元素的物理性質(zhì)的影響合金元素的沸點(diǎn)越低，飽和蒸氣壓越大，焊接時(shí)的蒸發(fā)損失越大，其過渡系數(shù)越小。如錳很容易蒸發(fā)，故在其他條件相同的情況下，其過渡系數(shù)較小。

3.焊接區(qū)介質(zhì)的氧化性的影響焊接區(qū)介質(zhì)的氧化性的強(qiáng)弱是影響過渡系數(shù)的重要因素。在焊接高合金鋼或某些合金時(shí)，在弱氧化性介質(zhì)或惰性氣體中進(jìn)行焊接時(shí)，其合金元素的過渡系數(shù)大，將有利于合金元素的過渡。課題四

焊縫金屬的合金化途徑

4.合金元素濃度的影響

隨著藥皮（或焊劑）中合金元素濃度的增加，其過渡系數(shù)在開始時(shí)相應(yīng)地增大，當(dāng)它的含量超過某一數(shù)值時(shí)，其過渡系數(shù)將趨于一個(gè)定值

5.合金元素的粒度加大合金元素的粒度，其表面積減小，氧化損失減小，而殘留在渣中的損失不變，所以過渡系救提高。但粒度過大不易熔化，使渣中的殘留損失增加，過渡系數(shù)將下降。實(shí)驗(yàn)表明課題四

焊縫金屬的合金化途徑

6.藥皮(焊劑)的成分藥皮或焊劑的成分決定了氣相和熔渣的氧化性、熔渣的堿度和粘度等性能，因而對合金過渡系數(shù)影響很大。

7.藥皮的重量系數(shù)和焊接參數(shù)

當(dāng)藥皮成分一定時(shí)，藥皮重量系數(shù)增加，合金元素的過渡系數(shù)減小。課題四

焊縫金屬的合金化途徑一、焊縫金屬的脫硫

1.硫的危害以低熔點(diǎn)共晶(Fe+FeS，熔點(diǎn)為985℃)的形式呈分布于晶界，增加了焊縫金屬結(jié)晶裂紋的傾向；與Ni形成熔點(diǎn)更低的共晶(NiS+Ni，熔點(diǎn)664℃)，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向更大?；啬夸浾n題五焊縫金屬的脫硫、脫磷方法

2.脫硫的方法（1）選擇對硫親和力比鐵大的元素進(jìn)行脫硫［FeS］+[Mn]=（MnS）+[Fe]（2）熔渣脫硫利用熔渣中的堿性氧化物，如MnO、CaO等進(jìn)行脫硫的方式。其反應(yīng)如下：[FeS]+（MnO）=（MnS）+（FeO）[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）增加熔渣的堿度可以脫硫課題五焊縫金屬的脫硫、脫磷方法二、焊縫金屬的的脫磷

1.磷的危害磷與鐵和鎳形成低熔點(diǎn)共晶，如Fe3P+Fe（熔點(diǎn)1050℃）、Ni3P+Fe(熔點(diǎn)880℃),增加了焊縫金屬的冷脆性。

2.脫磷的方法脫磷反應(yīng)可分為兩步進(jìn)行：第一步是將磷氧化成P2O5，其反應(yīng)式為：

2[Fe2P]＋5（FeO）＝P2O5＋9[Fe]

2[Fe3P]＋5（FeO）＝P2O5＋11[Fe]

課題五焊縫金屬的脫硫、脫磷方法第二步使之與渣中的堿性氧化物CaO生成穩(wěn)定的復(fù)合化合物進(jìn)入熔渣，其反應(yīng)式為：

P2O5＋3（CaO）＝（CaO）3·P2O5

P2O5＋4（CaO）＝（CaO）4·P2O5

由于堿性熔渣中含有較多的CaO，所以脫磷效果比酸性熔渣好。課題五焊縫金屬的脫硫、脫磷方法（第三版）焊接冶金學(xué)及金屬材料焊接課題一

熔池的凝固課題二

焊縫組織與性能控制模塊二焊縫組織與性能的控制課題一

熔池的凝固定義：熔焊時(shí)母材上所形成的具有一定幾何形狀的液體金屬部分叫熔池。一、熔池凝固的特點(diǎn)和規(guī)律（一）熔池結(jié)晶的特點(diǎn)

回目錄熔池的體積小，冷卻速度大。（1）熔池中的液態(tài)金屬處于過熱狀態(tài)（2）（二）熔池結(jié)晶的一般規(guī)律

1.熔池中晶核的形成非自發(fā)晶核依附在熔合區(qū)附近半熔化狀態(tài)基本金屬表面上，并以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心成長，形成所謂的交互結(jié)晶（或稱聯(lián)生結(jié)晶），如圖所示。熔合區(qū)母材晶粒表面上生長的柱狀晶型奧氏體不銹鋼焊縫聯(lián)生結(jié)晶課題一

熔池的凝固

2.熔池中的晶核長大熔池金屬開始結(jié)晶時(shí)，總是從靠近熔合線處的母材上聯(lián)生地長大起來。當(dāng)晶體最易長大方向與散熱最快方向（或最大溫度梯度方向）相一致時(shí)，則最有利于晶粒長大，便優(yōu)先得到生長，可以一直長至熔池的中心，形成粗大的柱狀晶體。焊縫中柱狀晶優(yōu)先生長方向課題一

熔池的凝固二、熔池結(jié)晶的形態(tài)焊縫中的晶體形態(tài)主要是柱狀晶和少量等軸晶。每個(gè)柱狀晶內(nèi)還有不同的結(jié)晶形態(tài)（如平面晶、胞晶和樹枝狀晶等），而等軸晶內(nèi)一般都呈現(xiàn)樹枝晶。

（一）純金屬的結(jié)晶形態(tài)冷卻速度越大，過冷度（△T）越大，過冷度的大小只決定于溫度的梯度。

1.正溫度梯度（G＞0）純金屬焊縫凝固時(shí)，一般均屬于這種情況，如下圖b所示。課題一

熔池的凝固純金屬的結(jié)晶形態(tài)a)G＞0時(shí)的溫度分布b)G＞0時(shí)的界面結(jié)晶形態(tài)c)G＜0是的溫度分布d)G＜0時(shí)的界面結(jié)晶形態(tài)TM—純金屬的凝固點(diǎn)△T—過冷度

課題一

熔池的凝固

2.負(fù)溫度梯度（G＜0）

由于液體內(nèi)部的溫度比界面低，過冷度大，伸入液體金屬內(nèi)部的晶體成長速度很快，除了主干之外，還有分支，形成所謂樹枝狀晶，如圖2-4d所示。樹枝狀晶體的立體模型如圖所示。樹枝狀晶體模型課題一

熔池的凝固

（二）固溶體合金的結(jié)晶形態(tài)合金的結(jié)晶溫度與成分有關(guān)，合金凝固時(shí)，除了由于實(shí)際溫度造成的過冷之外（溫度過冷），還存在由于固-液界面處成分起伏而造成的過冷，稱為成分過冷。所以合金結(jié)晶時(shí)不必很大的過冷就可以出現(xiàn)樹枝結(jié)晶。由于過冷程度的不同，就會(huì)使焊縫組織出現(xiàn)不同的形態(tài)。經(jīng)分析、歸納，大致可分為以下五種結(jié)晶形態(tài)。

課題一

熔池的凝固純鈮板焊縫平面晶（三）成分過冷對結(jié)晶形態(tài)的影響

1.平面結(jié)晶

多發(fā)生在高純度的焊縫金屬，如純鈮板氬弧焊時(shí)，就是以平面結(jié)晶的形態(tài)進(jìn)行長大，如圖所示。課題一

熔池的凝固2.胞狀結(jié)晶

因平面結(jié)晶界面處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，凝固界面長出許多平行束狀的芽胞伸入過冷的金屬內(nèi)，斷面是六角形的胞狀結(jié)晶形態(tài)，如同細(xì)胞或蜂窩狀。金相照片如圖所示。胞狀晶組織課題一

熔池的凝固

3.胞狀樹枝結(jié)晶焊縫中出現(xiàn)的胞狀樹枝結(jié)晶如圖所示。焊縫中的胞狀樹枝晶a)含Ti的HY80鋼的TIG焊焊縫中的胞狀樹枝晶b)316L不銹鋼焊縫中的胞狀樹枝晶課題一

熔池的凝固4.樹枝狀結(jié)晶

304不銹鋼TIG焊縫中心部位的樹枝狀晶課題一

熔池的凝固5.等軸結(jié)晶晶粒的四周不受阻礙，可以自由生長，形成等軸晶，如圖所示。鋁板TIG焊時(shí)焊縫等軸晶課題一

熔池的凝固總括以上，五種不同的結(jié)晶形態(tài)都是具有內(nèi)在的因素。大量的實(shí)驗(yàn)證明，結(jié)晶形態(tài)主要決定于合金中溶質(zhì)的濃度、結(jié)晶速度（或晶粒長大速度）和液相中溫度梯度的綜合作用。它們對結(jié)晶形態(tài)的影響關(guān)系如圖所示。C0、R、G對結(jié)晶形態(tài)的影響

課題一

熔池的凝固（四）焊接條件下的熔池結(jié)晶形態(tài)如圖示意地表示了結(jié)晶形態(tài)的變化過程。焊縫結(jié)晶形態(tài)變化示意圖課題一

熔池的凝固除了焊縫金屬成分對結(jié)晶形態(tài)有影響之外，焊接工藝參數(shù)也有很大的影響。

1)焊接速度的影響

2)焊接電流的影響三、焊縫金屬的化學(xué)成分不均勻性

（一）焊縫中的化學(xué)不均勻性定義：焊縫金屬在結(jié)晶過程中，由于合金元素來不及擴(kuò)散而存在化學(xué)成分的不均勻性。

1.顯微偏析由于焊接過程中冷卻較快，固相的成分來不及擴(kuò)散，而在相當(dāng)大的程度上保持著由于結(jié)晶有先后所產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻性。

課題一

熔池的凝固

2.區(qū)域偏析當(dāng)焊接速度較大時(shí)，成長的柱狀晶最后都會(huì)在焊縫中心附近相遇。使溶質(zhì)和雜質(zhì)都聚集在那里，凝固后在焊縫中心附近出現(xiàn)區(qū)域偏析。

3.層狀偏析焊縫斷面經(jīng)浸蝕之后，可以明顯的看出層狀分布。實(shí)驗(yàn)證明，這些分層是由于結(jié)晶過程周期性變化而化學(xué)成分分布不均勻造成的，因此成為層狀偏析，如后圖所示。層狀偏析常集中一些有害的元素（碳、硫、磷等），因而缺陷也往往出現(xiàn)在偏析層中。課題一

熔池的凝固焊縫的層狀偏析層狀偏析與氣孔

a)手弧焊b)電子束焊課題一

熔池的凝固（二）熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻性

1.熔合區(qū)的形成對于不同的晶粒，熔化程度可能有很大的不同。如圖所示，有陰影的地方是熔化了的晶粒，其中有些晶粒有利于導(dǎo)熱而熔化的較多（1、3、5），而有些晶粒熔化較少（2、4）。所以母材與焊縫交界的地方并不是一條線，而是一個(gè)區(qū)，即所謂熔合區(qū)。課題一

熔池的凝固熔合區(qū)晶粒熔化情況

2.熔合區(qū)寬度熔合區(qū)的大小決定于材料的液-固溫度范圍、被焊材料本身的熱物理性質(zhì)和組織狀態(tài)，可以按下式進(jìn)行估計(jì)：對于碳鋼、低合金鋼熔合區(qū)附近的溫度梯度約為300-800℃／mm，液-固相線的溫度差約為40℃。因此，一般電弧焊的條件下，熔合區(qū)寬度：A=40/（300～800）=0.133～0.15(mm)對于奧氏體鋼的電弧焊時(shí)A=0.06～0.12mm。A=課題一

熔池的凝固

3.熔合區(qū)的成分分布在固-液界面溶質(zhì)濃度的分布如圖所示，界面附近溶質(zhì)濃度的波動(dòng)比較大。固-液界面溶質(zhì)濃度的分布實(shí)線表示液固共存時(shí)溶質(zhì)濃度的變化虛線表示凝固后溶質(zhì)濃度的變化課題一

熔池的凝固一、焊縫金屬的固態(tài)相變焊縫金屬的固態(tài)相變遵循一般鋼鐵相變的基本規(guī)律。一般情況下，相變形式取決于焊縫金屬的化學(xué)成分和連續(xù)冷卻過程的冷卻速度。（一）低碳鋼焊縫的固態(tài)相變

由于低碳鋼的含碳量較低，故焊縫的相變后的二次組織主要是鐵素體+少量的珠光體。冷速越高，珠光體比例越大，與此同時(shí)，組織細(xì)化，硬度上升。

回目錄課題二焊縫組織與性能控制（二）低合金鋼焊縫的固態(tài)相變（1）鐵素體轉(zhuǎn)變

1）先共析鐵素體

當(dāng)高溫停留時(shí)間較長，冷速較低時(shí)，先共析鐵素體數(shù)量增加。

2）側(cè)板條鐵素體

側(cè)板條鐵素體的析出抑制了焊縫金屬的珠光體轉(zhuǎn)變，因而擴(kuò)大了貝氏體轉(zhuǎn)變的范圍。

3）針狀鐵素體

針狀鐵素體組織具有優(yōu)良的韌性。冷速越高，針狀鐵素體越細(xì)，韌性越高。

4）細(xì)晶鐵素體

細(xì)晶鐵素體通常形成于含有細(xì)化晶粒元素（如Ti、B等）的焊縫金屬中。課題二焊縫組織與性能控制（2）珠光體轉(zhuǎn)變一般情況下，低合金鋼焊縫中很少會(huì)發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，只有在冷卻速度很低的情況下，才能得到少量的珠光體。（3）貝氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)冷卻速度較高或過冷奧氏體更穩(wěn)定時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變被抑制而出現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變。（4）馬氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體保持在Ms點(diǎn)一下，就會(huì)發(fā)生擴(kuò)散型的馬氏體轉(zhuǎn)變。

1）板條馬氏體通常出現(xiàn)在低碳合金鋼焊縫中，因而又稱為低碳馬氏體。

2）片狀馬氏體

片狀馬氏體一般出現(xiàn)于含碳量較高（wC≥0.40％）的焊縫中。

課題二焊縫組織與性能控制二、焊縫金屬組織與性能的改善

（一）焊縫金屬的固溶強(qiáng)化和變質(zhì)處理定義：焊接時(shí)通過焊接材料（焊條、焊絲或焊劑）在金屬熔池中加入少量某些合金元素，使結(jié)晶過程發(fā)生明顯變化，從而使晶粒細(xì)化的方法叫做變質(zhì)處理。目前變質(zhì)處理常用的元素有Ｍo、V、Ti、Nb、Zr、Al及稀土元素。

1.Mn和Si對焊縫性能的影響

Mn和Si是一般低碳鋼和低合金鋼焊縫中不可缺少的合金元素。它們一方面起到脫氧作用另一方面通過固溶強(qiáng)化作用提高焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度。課題二焊縫組織與性能控制

2.鈮（Nb）和釩（V）對焊縫性能的影響只有經(jīng)過正火處理的焊縫，才能改善韌性和降低強(qiáng)度。在這種情況下才可以通過焊接材料向焊縫添加Nb或V。

3.鈦（Ti）、硼（B）對焊縫韌性的影響低合金鋼焊縫中有Ti、B存在可以大幅度地提高韌性。

4.鉬（Mo）對焊縫韌性的影響低合金焊縫中加入少量的Mo不僅提高強(qiáng)度，同時(shí)也能改善韌性。

5.稀土元素對焊縫金屬性能的影響稀土降低焊縫中的擴(kuò)散氫含量，改善焊縫的抗熱裂傾向，特別是稀土能改善焊縫金屬的韌性。

課題二焊縫組織與性能控制

（二）調(diào)整焊接工藝課題二焊縫組織與性能控制1.調(diào)整焊接工藝參數(shù)2.振動(dòng)結(jié)晶

3.焊后熱處理

4.多層焊

5.跟蹤回火

6.錘擊坡口或焊道表面焊接冶金學(xué)及金屬

材料焊接（第三版）課題一

焊接溫度場的控制課題二

焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制模塊三焊接熱影響區(qū)組織與性能控制定義：

1.熱影響區(qū)（HeatAffectedZone，簡稱HAZ）所謂焊接熱影響區(qū)就是靠近焊縫的母材在焊接熱源的作用下，發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域，有時(shí)也稱此區(qū)為近縫區(qū)。2.焊接接頭:由兩個(gè)主要部分所組成，焊縫和焊接熱影響區(qū)（見示意圖）課題一

焊接溫度場的控制

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焊接熱影響區(qū)示意圖熔合區(qū)課題一

焊接溫度場的控制一、焊接熱循環(huán)的基本概念課題一

焊接溫度場的控制焊接過程中，熱源沿焊件移動(dòng)，焊件上某點(diǎn)（坐標(biāo)x、y、z）溫度T隨時(shí)間t由低到高，達(dá)到最大值后，又由高到低的變化過程，叫做該點(diǎn)的焊接熱循環(huán)（見圖），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

Ｔ（ｘ、ｙ、ｚ）＝f（ｔ）

焊接熱循環(huán)TC-C點(diǎn)瞬時(shí)溫度TH-相變溫度課題一

焊接溫度場的控制低碳鋼手弧焊距焊縫不同距離各點(diǎn)的焊接熱循環(huán)二、焊接熱循環(huán)的基本參數(shù)表征焊接熱循環(huán)的參數(shù)主要有加熱速度、加熱的峰值溫度、相變溫度以上的停留時(shí)間和冷卻速度或冷卻時(shí)間。（一）加熱速度（ωH）工件上某點(diǎn)的加熱速度可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表達(dá)如下：

ωH

T相變A均質(zhì)化和碳化物溶解越不充分ωH=

課題一

焊接溫度場的控制（二）加熱的峰值溫度（Tm）加熱的峰值溫度Tm，也就是熱影響區(qū)某點(diǎn)在焊接熱循環(huán)中所經(jīng)歷的最高溫度。低碳鋼和低合金鋼焊接時(shí)，在熔合線附近的過熱區(qū)，由于溫度高（1300～1350℃），晶粒發(fā)生嚴(yán)重長大，從而使韌性嚴(yán)重下降。（三）相變溫度以上的停留時(shí)間（tH)為了便于分析研究，有時(shí)把高溫停留時(shí)間分為加熱過的停留時(shí)間t′和冷卻過程的停留時(shí)間t″，即tH＝t′+t″。

tH

越長，越有利于奧氏體的均質(zhì)化過程，但tH

越長，奧氏體晶粒越容易長大；特別是在溫度較高時(shí)（如1100℃以上)，即使停留時(shí)不長，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的晶粒長大。課題一

焊接溫度場的控制（四）冷卻速度（ωc）和冷卻時(shí)間（tc）1.冷卻速度是一個(gè)不易準(zhǔn)確描述的變化量，在工程實(shí)際應(yīng)用中常用冷卻時(shí)間t8／5、t8／3或t100來表述焊接冷卻過程2.t8／5、t8／3為焊接冷卻過程中溫度從800～500℃或800～300℃的冷卻時(shí)間。3.t100為焊后冷卻到100℃所用時(shí)間。課題一

焊接溫度場的控制三、多層焊接熱循環(huán)的特點(diǎn)及控制比起單層焊接來，多層焊接在工藝上不受焊縫截面尺寸限制，可以在更大范圍內(nèi)調(diào)整線能量和其它工藝參數(shù)。在相鄰焊層之間，彼此遭受預(yù)熱或后熱之類的熱處理，從而使焊接接頭某點(diǎn)所經(jīng)歷的熱循環(huán)以及金屬的組織和性能所發(fā)生的變化不盡相同于單層焊接。多層焊可分為“長段多層焊”和“短段多層焊”。（一）長段多層焊所謂長段多層焊，就是每道焊縫的長度較長，例如手弧焊時(shí)在1m以上。

課題一

焊接溫度場的控制長段多層焊接熱循環(huán)a)焊接各層時(shí)，近縫區(qū)1、2、3點(diǎn)的熱循環(huán)b)各層焊縫斷面示意圖課題一

焊接溫度場的控制（二）短段多層焊所謂短段多層焊，就是每層（或每道）焊縫長度較短，例如手弧焊時(shí)約為50～400mm。短段多層焊接熱循環(huán)a)點(diǎn)1的熱循環(huán)b)點(diǎn)4的熱循環(huán)課題一

焊接溫度場的控制四、焊接溫度場的特征焊接時(shí)，工件上焊接區(qū)內(nèi)任何地點(diǎn)的溫度將隨著時(shí)間t和該點(diǎn)的位置（坐標(biāo)x、y、z）的不同而變化。其中，某點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化T(x、y、z）=f(ｔ)就是焊接熱循環(huán)。而在某個(gè)瞬間（ｔ=定值k）工件上各點(diǎn)的溫度分布，則稱作焊接溫度場。在研究溫度場時(shí)則通常用等溫線或等溫面來表示。所謂等溫線或等溫面，就是溫度相等各點(diǎn)的連線或連面。在作圖或數(shù)學(xué)解析取坐標(biāo)系時(shí)，通常是以原點(diǎn)O為熱源所處位置，X軸為熱源移動(dòng)方向，Y軸為寬度方向，Z軸為厚度方向（如圖）。課題一

焊接溫度場的控制溫度場示例a)焊件上的坐標(biāo)軸b)XOY面的等溫線和最高溫度點(diǎn)曲線（虛線）c)沿X軸的溫度分布曲線d)沿Y軸的溫度分布曲線準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場的特征是：取以熱源為坐標(biāo)原點(diǎn)的移動(dòng)坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系中各點(diǎn)的溫度與時(shí)間無關(guān)，只決定于該點(diǎn)所處的位置。由此可見，準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場中的溫度分布，實(shí)質(zhì)上相應(yīng)于熱飽和狀態(tài)下某瞬時(shí)固定坐標(biāo)系中的非穩(wěn)定溫度場溫度分布。課題一

焊接溫度場的控制（一）工件的尺寸形狀和熱源的種類特征（二）焊接規(guī)范（三）金屬熱物理性質(zhì)五、影響溫度場的因素一、焊接熱循環(huán)條件下金屬的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)（一）焊接加熱過程的相變特點(diǎn)焊接時(shí)的快速加熱、高溫停留時(shí)間短暫等特點(diǎn)，將使相圖中的臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)提高，使毗鄰熔合線的近縫區(qū)晶粒可能顯著長大，同時(shí)使奧氏體的化學(xué)成分不均勻性和組織不均勻性傾向增大。

（二）焊接冷卻過程的相變特點(diǎn)

1.鐵素體、珠光體區(qū)的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)如果焊接工藝不當(dāng)，這個(gè)地段將出現(xiàn)魏氏組織鐵素體，金屬性能將更為下降。魏氏組織是在高溫下形成的，轉(zhuǎn)變時(shí)碳和合金元素均有擴(kuò)散能力。在魏氏組織形成過程中，先析出的鐵素體中的碳將向兩側(cè)的奧氏體母相中擴(kuò)散，從而使奧氏體中碳的濃度不斷增高，最終轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。

回目錄課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制

2、馬氏體區(qū)的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)溶入奧氏體中的不同合金元素對MS點(diǎn)有不同的影響。鈷和鋁提高M(jìn)S點(diǎn)，硅和硼基本上不影響MS點(diǎn)，其它絕大多數(shù)合金元素均不同程度地降低MS點(diǎn)。合金元素對MS點(diǎn)的影響還與鋼的含碳量有關(guān)。含碳量越高，合金元素的影響越強(qiáng)烈。

3、貝氏體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接熱循環(huán)的影響主要體現(xiàn)在冷卻速度上。冷卻速度太大，主要將發(fā)生馬氏體和下貝氏體轉(zhuǎn)變；冷卻速度太小，則富碳奧氏體以及M-A組元也會(huì)分解，主要生成貝氏體。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制

二、焊接熱影響區(qū)的組織（一）淬硬傾向較小的鋼種（1）熔合區(qū)隨著焊縫和母材中合金元素的增加，其化學(xué)成分和組織性能上的不均勻性隨之增加，很可能引起力學(xué)性能如塑性、韌性以至強(qiáng)度的下降。（2）過熱區(qū)（粗晶粒區(qū)）處于過熱狀態(tài)，奧氏體晶粒易于發(fā)生嚴(yán)重的長大現(xiàn)象，從而在冷卻后獲得晶粒粗大的、甚至出現(xiàn)魏氏組織的所謂過熱組織。（3）相變重結(jié)晶區(qū)（細(xì)晶粒區(qū)）塑性和韌性等力學(xué)性能都比較好，通常是焊接接頭中最不容易產(chǎn)生缺陷的地區(qū)。

課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制（4）不完全重結(jié)晶區(qū)（不完全相變區(qū)）金屬組織不均勻，晶粒大小不一，力學(xué)性能也不太高。（5）再結(jié)晶區(qū)母材在經(jīng)過冷加工導(dǎo)致塑性變形時(shí)，將發(fā)生晶粒破碎，等軸晶變成非等軸晶等過程。從而使強(qiáng)度升高，塑性、韌性下降。當(dāng)這樣的母材經(jīng)受焊接，其熱影響區(qū)的某一地段所經(jīng)歷的峰值溫度處于再結(jié)晶開始溫度（對于低碳鋼約為450～500℃）至Ac1之間時(shí)，金屬將因受熱再結(jié)晶而使遭受破壞的晶粒生長成為新的等軸晶，力學(xué)性能得到恢復(fù)。

課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制（6）藍(lán)脆區(qū)藍(lán)脆區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度約為200～500℃，因此時(shí)強(qiáng)度略有升高，塑性韌性下降（尤以200～300℃）為甚，金屬表面呈現(xiàn)藍(lán)色得名。（二）淬硬傾向較大的鋼種（1）熔合區(qū)由于這里的冷卻速度大，對于淬硬傾向較大的鋼種還需要考慮到所發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變或淬硬組織的生成等情況。（2）過度淬火區(qū)（過熱區(qū)）過熱區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度處在固相線與奧氏體晶粒迅速長大的溫度之間，因此金屬處于過熱狀態(tài)，奧氏體晶粒易發(fā)生嚴(yán)重的長大想象。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制焊接冷卻之后很可能得到粗大的馬氏體組織，相應(yīng)與熱處理淬火時(shí)加熱溫度過高的情況，從而得名過度淬火區(qū)。粗大的馬氏體組織塑性及韌性很差，易于產(chǎn)生冷裂紋。在焊接條件下，過度淬火區(qū)經(jīng)常是這類鋼種焊接接頭的裂源和脆性破壞等的區(qū)域。（3）正常淬火區(qū)正常淬火區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度，是在奧氏體晶粒迅速長大溫度與臨界相變點(diǎn)Ac3溫度之間，相當(dāng)于前述鋼種的正火區(qū)部分。所不同的是焊接冷卻之后得到的不是普通的正火組織，而是相當(dāng)于熱處理時(shí)的正常淬火組織，如細(xì)小的馬氏體等，因而得名正常淬火區(qū)。一般而言，細(xì)小的低碳鋼馬氏體有一定的韌性，高碳馬氏體則是另一個(gè)問題，易于產(chǎn)生焊接缺陷。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制（4）不完全淬火區(qū)不完全淬火區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度在Ac1～Ac3之間。在加熱時(shí)金屬中原先的珠光體、托氏體、貝氏體之類轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，同時(shí)存在一部分未溶入奧氏體的鐵素體。在隨后的快速冷卻過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，原鐵素體保持不變并有所長大，從而在最后得到馬氏體或其它較硬相+鐵素體的混合組織。這種組織很不均勻，可能會(huì)出現(xiàn)軟點(diǎn)。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制（5）回火區(qū)回火區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度低于相變點(diǎn)Ac1，因此在焊接過程中相當(dāng)于經(jīng)受了不同程度的各種熱處理回火。至于其組織和性能，則與母材的焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。如果母材焊前處于完全退火狀態(tài)，那么除經(jīng)受過冷加工可有再結(jié)晶回復(fù)外，基本上不再受焊接熱過程影響，硬度大體應(yīng)與焊前一致，也就是與母材一致。如果母材焊前處于完全淬火狀態(tài)，則回火區(qū)中距離焊縫越近的點(diǎn)，也就是所經(jīng)歷的峰值溫度越高的點(diǎn)，受到的回火作用應(yīng)當(dāng)越大，硬度越低。如果母材焊前處于調(diào)質(zhì)狀態(tài)，回火區(qū)中組織性能的變化與否應(yīng)與母材焊前調(diào)質(zhì)狀態(tài)的回火溫度有關(guān)。凡焊接時(shí)所經(jīng)歷峰值溫度低于回火溫度的地段，其組織與性能將基本不發(fā)生變化。而高于此溫度的區(qū)域則進(jìn)一步經(jīng)受回火作用，使強(qiáng)度、硬度低于母材?？梢?，在焊接調(diào)質(zhì)鋼時(shí)回火區(qū)有可能出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制例子：16Mn鋼的焊接熱影響區(qū)組織見書中圖。12CrMoWVTiB氬弧焊熱影響區(qū)組織見圖。

課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制12Cr2MoWVTiB鋼焊接熱影響區(qū)組織a)過熱區(qū)b)正常淬火區(qū)c)不正常淬火區(qū)三、焊接熱影響區(qū)的性能（一）熱影響區(qū)力學(xué)性能的一般情況以各部分所經(jīng)歷的焊接熱循環(huán)峰值溫度為橫坐標(biāo)，以力學(xué)性能參數(shù)為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系曲線來表示。低碳低合金鋼熱影響區(qū)常規(guī)力學(xué)性能是隨區(qū)域而變化的。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制

課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制低合金鋼熱影響區(qū)力學(xué)性能變化（二）焊接熱影響區(qū)的硬度在焊接熱影響區(qū)的諸力學(xué)性能中，作焊接性能分析時(shí)很重視其硬度分布，尤其是熱影響區(qū)的最高硬度。一定鋼種的硬度大小，一般地表明了該鋼材的組織狀態(tài)和性能情況。例如，隨著硬度的升高，通常表明鋼中硬組織的比例或淬硬程度的升高。隨之強(qiáng)度上升，塑性下降，裂紋傾向增大，焊接性變差。因此，熱影響區(qū)的硬度分布以及最高硬度，常用來作為確定焊接性能的一個(gè)重要參考指標(biāo)。一般最高硬度都出現(xiàn)在過熱區(qū)的靠近熔合線處。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制不同強(qiáng)度的低合金鋼接頭硬度分布課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制調(diào)質(zhì)鋼焊接熱影響區(qū)硬度分布A-焊前淬火+低溫回火B(yǎng)-焊前淬火+高溫回火C-焊前退火1—淬火區(qū)2—部分淬火區(qū)3—回火區(qū)課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制熱影響區(qū)的最高硬度既可以可由實(shí)驗(yàn)確定，也可以根據(jù)焊接條件由該鋼種的相應(yīng)SHCCT圖或組織圖大致得知。此外還有許多估算Hmax的方法或經(jīng)驗(yàn)公式。這些公式，盡管只是粗略的，其結(jié)果與實(shí)際可能有一定的出入。但是由于其簡單易行，在估定鋼材的焊接性，擬定其制作工藝方案時(shí)，很有參考價(jià)值。（三）焊接熱影響區(qū)的韌性和脆性金屬的脆化可由其脆性轉(zhuǎn)變溫度Tcr表征。碳-錳鋼焊接接頭的脆化分布傾向見下圖。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制碳-錳鋼焊接接頭的脆性轉(zhuǎn)變溫度分布課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制由圖可見，從焊縫開始存在兩個(gè)脆化區(qū)：其一在鄰接熔合線的粗晶粒過熱區(qū)，即粗晶脆化區(qū)。另一個(gè)在峰值溫度較低的600～400℃地段，即時(shí)效脆化區(qū)，而峰值溫度為900℃附近的細(xì)晶粒正火區(qū)，則脆性轉(zhuǎn)變溫度低下，說明韌性很高。（1）粗晶脆化、淬硬脆化和M-A組元脆化（2）相變點(diǎn)以下區(qū)域的脆化焊接界常把它們因焊接而脆化的原因歸之為急冷時(shí)應(yīng)變時(shí)效。而能產(chǎn)生急冷時(shí)效和應(yīng)變時(shí)效的材料也并不限于不易淬火鋼。

課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制所謂時(shí)效，是指鋼材或其它材料以某種狀態(tài)放置后，性能隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。一般表現(xiàn)為隨時(shí)間的延長，硬度升高、伸長率下降、沖擊韌度降低等?？偟恼f來，能發(fā)生時(shí)效現(xiàn)象的場合很多，其機(jī)理也各不相同。其中鋼材被加熱到相變點(diǎn)Ac1點(diǎn)以下被急冷所引起的時(shí)效稱作急冷時(shí)效；鋼材經(jīng)冷作加工造成塑性應(yīng)變所引起的時(shí)效稱作應(yīng)變時(shí)效。（3）熱影響區(qū)的軟化理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，熱影響區(qū)出現(xiàn)軟化區(qū)后，整個(gè)焊接接頭的強(qiáng)度尚與軟化區(qū)的寬度有關(guān)，而軟化區(qū)的寬度則在很大程度上取決于焊接方法和焊接工藝（如焊接線能量等）。焊接線能量越大，軟化區(qū)寬度越大，同時(shí)接頭強(qiáng)度也降低越多。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)，硬度最低的部位所經(jīng)歷焊接熱循環(huán)的峰值溫度在Ar1附近，并與焊接母材的組織狀態(tài)無關(guān)。至于沉淀強(qiáng)化合金，則是經(jīng)過固溶和時(shí)效處理的合金（鎳合金、鋁合金等）。其焊接接頭峰值溫度超過某些值的熱影響區(qū)地段，將發(fā)生類似于過時(shí)效的脫溶析出平衡相過程，從而焊接強(qiáng)度、硬度降低。課題二焊接熱影響區(qū)的組織與性能控制焊接冶金學(xué)及金屬

材料焊接（第三版）課題一

焊縫中氣孔的防止課題二

焊縫中夾雜物的防止課題三

焊接裂紋的分類及其基本特征課題四

焊接熱裂紋的防止課題五

焊接冷裂紋的防止課題六

其他焊接裂紋的防止模塊四焊接冶金缺陷的防止課題一

焊縫中氣孔的防止一、氣孔的分類及影響因素

回目錄（一）氣孔分類表面氣孔內(nèi)部氣孔氫氣孔、氮?dú)饪?、一氧化碳?xì)饪孜龀鲂蜌饪追磻?yīng)型氣孔

1.析出型氣孔

因溶解度差而造成過飽和狀態(tài)的氣體的析出所形成的氣孔，稱為析出型氣孔。這類氣體主要是由外部侵入熔池的氫和氮。

2.反應(yīng)型氣孔由于冶金反應(yīng)而生成所謂反應(yīng)性氣體，這類氣體主要是一氧化碳、水蒸氣，均為不溶于金屬的氣體。由這類反應(yīng)性氣體所造成的氣孔，稱為反應(yīng)型氣孔。

課題一

焊縫中氣孔的防止（二）影響氣孔形成的因素1.氣體的來源

（1）焊接區(qū)周圍的空氣侵人熔池空氣的侵入是焊縫產(chǎn)生氮?dú)饪椎闹匾颉?/p>

（2）焊接材料吸潮空氣中的水分非常容易吸附在焊接材料上，特別是焊條和焊劑。焊接材料吸潮是氫氣孔產(chǎn)生的重要原因之一。

（3）工件及焊絲表面物質(zhì)的作用課題一

焊縫中氣孔的防止

2.母材對氣孔的影響金屬導(dǎo)熱性好，會(huì)造成接頭具有較大的冷卻速度，于是提高了熔池的結(jié)晶速度，從而增大了氣孔的敏感性。液態(tài)金屬的粘度對氣孔影響也很大，液態(tài)金屬迅速進(jìn)入結(jié)晶階段后，由于粘度急劇增大，氣泡浮出困難，易于形成氣孔。由于氣體密度遠(yuǎn)小于液態(tài)金屬的密度，因而氣泡的浮出速度主要取決于液態(tài)金屬的密度，其值越小，氣泡浮出速度越小。因此，低密度金屬(如鋁、鎂等)焊接時(shí)易于產(chǎn)生氣孔。

課題一

焊縫中氣孔的防止

3.焊接材料對氣孔的影響（1）熔渣氧化性的影響當(dāng)熔渣的氧化性增大時(shí)，則由一氧化碳引起氣孔的傾向增加；相反，當(dāng)熔渣的還原性增大時(shí)，則氫氣孔的傾向增加。（2）焊條藥皮和焊劑的影響一般堿性焊條藥皮中均含有一定量的螢石(CaF2)，焊接時(shí)它直接與氫發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量的HF，這是一種穩(wěn)定的氣體化合物，即使高溫也不易分解。由于大量的氫被HF占據(jù)，因此可以有效地降低氫氣孔的傾向。（3）保護(hù)氣體的影響從防止氣孔產(chǎn)生的角度考慮，活性氣體優(yōu)于惰性氣體。因?yàn)榛钚詺怏w可以促使降低氫的分壓和限制溶氫，同時(shí)還能降低液態(tài)金屬的表面張力，增大其活性，有利于氣體的排除。

課題一

焊縫中氣孔的防止

（4）焊絲成分的影響在許多情況下，希望形成充分脫氧的條件，以抑制反應(yīng)性氣孔的生成。

4.焊接工藝對氣孔的影響（1）焊接工藝是通過影響電弧周圍氣體向熔融金屬中的溶入及熔池中氣體的逸出而對氣孔的形成產(chǎn)生影響的。電弧不穩(wěn)定或失去正常保護(hù)作用，均促使增大外在氣體的溶入，從而增大氣孔的傾向。（2）電源的種類、極性和所用焊接參數(shù)對氣孔的形成也有重要影響。一般來講，交流焊接時(shí)的氣孔傾向大于直流焊，直流正接時(shí)的氣孔傾向大于直流反接，降低電孤電壓可以減小氣孔傾向。

課題一

焊縫中氣孔的防止（3）熔池存在時(shí)間對氣體的溶入與排出有明顯的影響。存在時(shí)間長有利于氣體排出，但也會(huì)增加氣體的溶人。對于反應(yīng)性氣體而言，顯然應(yīng)著眼于創(chuàng)造有利的排除條件，即應(yīng)適當(dāng)增大熔池的存在時(shí)間。因此，增大熱輸入是有利的，適當(dāng)預(yù)熱也是有利的。對于氫和氮等析出性氣體而言，既要考慮氣體的溶人，也要考慮氣體的逸出。二、氮?dú)饪椎姆乐?/p>

1.加強(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)

2.合理確定焊接工藝

1)盡量采用短弧焊接；

2)增大焊接電流。增大焊接電流可增加熔滴過渡頻率，縮短熔滴與空氣作用時(shí)間，因而焊縫中含氮量可減少；

3）能用直流焊就不采用交流焊，能用直流反接就不采用直流正接。

課題一

焊縫中氣孔的防止

3.冶金處理在焊絲或藥皮中增加碳含量，可以減低產(chǎn)生氮?dú)饪椎拿舾行?。這是由于①碳能降低氮在鐵中的溶解度，減少焊縫中的含氮量；②碳氧化生成的CO、CO2加強(qiáng)了焊接區(qū)的保護(hù)作用和降低氮的分壓；③碳氧化時(shí)引起的熔池沸騰也有利于氮的逸出。三、氫氣孔的防止

1.控制氫的來源（1）對焊接材料必須防潮與烘干一般對堿性焊條烘干溫度為350～450℃，酸性焊條為200℃。（2）嚴(yán)格清理焊件嚴(yán)格清理工件及焊絲表面的鐵銹、油污等。

課題一

焊縫中氣孔的防止

2.冶金處理（1）增加藥皮或焊劑中的氟化物，例如螢石。（2）增強(qiáng)氣相中的氧化性或增加熔池中的含氧量，都能使氫轉(zhuǎn)變成OH，而OH不溶于液態(tài)金屬，達(dá)到減少焊縫金屬中氫溶解的目的，最終消除氫氣孔。

3.控制焊接工藝參數(shù)

（1）焊條電弧焊時(shí)，適當(dāng)降低焊接電流。因?yàn)殡娏鹘档蜁r(shí)，熔滴變粗，比表面積減小，熔滴吸氫量較少。（2）在可能的情況下，盡量選擇直流反接。因?yàn)闅涫且再|(zhì)子的形式向液態(tài)金屬中溶解的。課題一

焊縫中氣孔的防止四、一氧化碳?xì)饪椎姆乐?/p>

1.限制焊絲中的含碳量

2.采取冶金措施（1）通常在焊絲中添加Si、Mn等脫氧元素，減少氧化氣氛，防止CO氣孔生成。（2）在藥皮或焊劑中增加SiO2

、TiO2等的含量。由于這些氧化物可與FeO生成復(fù)合物FeO?SiO2和FeO?TiO2，使FeO減少，從而減少產(chǎn)生CO氣孔的可能。

3.合理確定焊接工藝盡量采用短弧焊接；焊接時(shí)，焊接規(guī)范要保持穩(wěn)定。課題一

焊縫中氣孔的防止五、實(shí)例

1.鋁及鋁合金焊接

2.CO2氣體保護(hù)焊課題一

焊縫中氣孔的防止鋁及鋁合金焊接氣孔的分布特征(a)皮下氣孔(b)密集氣孔工件焊接后出的氣孔一、夾雜物的種類及危害回目錄（一）夾雜物種類氧化物夾雜氮化物夾雜硫化物夾雜課題二焊縫中夾雜物的防止（二）夾雜物的基本特征

1.在熔融狀態(tài)由于表面張力的作用形成的滴狀?yuàn)A雜物，凝固后一般呈球狀存在；

2.具有較規(guī)則的結(jié)晶形狀；

3.形成復(fù)合夾雜物；

4.呈連續(xù)或斷續(xù)的形式沿著晶粒邊界分布；

5.按夾雜物的變形性不同，可分為塑性夾雜物、脆性夾雜物及點(diǎn)狀?yuàn)A雜物；

6、根據(jù)夾雜物的大小，分為尺寸小于0.2μm的超顯微夾雜物，0.2～100μm的顯微夾雜物和大于100μm的大型夾雜物。課題二焊縫中夾雜物的防止（三）夾雜物的危害

1.氧化物夾雜降低焊縫強(qiáng)度、塑性、韌性；

2.氮化物夾雜會(huì)使焊縫的硬度增高，塑性、韌性急劇下降。

3.FeS多在晶界析出，并與Fe或FeO形成低熔點(diǎn)（988℃）共晶，從而為產(chǎn)生熱裂紋創(chuàng)造了條件。課題二焊縫中夾雜物的防止二、焊縫中夾雜物的控制

1.嚴(yán)格控制母材和焊材中的雜質(zhì)含量。2.合理選擇焊條或焊劑，以保證充分脫氧、脫硫。

3.注意工藝操作。課題二焊縫中夾雜物的防止課題二焊縫中夾雜物的防止三、實(shí)例

1.16Mn鋼埋弧焊焊縫中的點(diǎn)（球）狀硅酸鹽夾雜物如圖所示。(a)SEM下觀察到得球狀?yuàn)A雜物，1000×(b)0,Si、Mn的線掃描，4000×埋弧焊焊縫中的點(diǎn)（球）狀?yuàn)A雜物

2.如圖是在金相顯微鏡下拍攝的焊縫中典型的非金屬夾雜物形貌。課題二焊縫中夾雜物的防止非金屬夾雜物形貌

3.埋弧焊時(shí)，焊縫的夾渣還與工件的裝配情況和焊接工藝有關(guān)。課題二焊縫中夾雜物的防止(a)焊道與坡口熔合情況對脫渣的影響(b)脫渣困難焊道與坡口熔合情況對脫渣的影響(a)脫渣容易(b)脫渣困難多層焊時(shí)焊道大小對脫渣的影響一、焊接裂紋的危害（1）減少了焊接接頭的工作截面，因而降低了焊接結(jié)構(gòu)的承載能力；（2）構(gòu)成了嚴(yán)重的應(yīng)力集中；（3）造成泄漏；（4）表面裂紋能藏垢納污，容易造成或加速結(jié)構(gòu)腐蝕。（5）留下隱患，使結(jié)構(gòu)變得不可靠?；啬夸浾n題三焊接裂紋的分類及其基本特征二、焊接裂紋的分類從裂紋的分布形態(tài)及其產(chǎn)生機(jī)理兩方面劃分，參見圖所示:課題三焊接裂紋的分類及其基本特征

1.按裂紋的走向分課題三焊接裂紋的分類及其基本特征縱向裂紋①橫向裂紋②縱向裂紋③星形（弧形裂紋）2.按裂紋產(chǎn)生的區(qū)域分（1）焊縫中裂紋

（2）熱影響區(qū)中裂紋

（3）熔合區(qū)裂紋

3.按裂紋出現(xiàn)的位置分

課題三焊接裂紋的分類及其基本特征（1）焊縫根部裂紋（2）熱影響區(qū)根部裂紋（3）焊趾裂紋（4）焊道下裂紋（5）弧坑裂紋

4.按裂紋產(chǎn)生的機(jī)理分（1）熱裂紋（高溫裂紋）

1）結(jié)晶裂紋

2）液化裂紋

3）多邊化裂紋多邊化裂紋的特點(diǎn)是：①在焊縫金屬中裂紋的走向與一次結(jié)晶并不一致，常以任意方向貫穿于樹枝狀結(jié)晶中；②裂紋多發(fā)生在重復(fù)受熱的多層焊層間金屬及熱影響區(qū)中，其位置并不靠近熔合區(qū)；③裂紋附近常伴隨有再結(jié)晶晶粒出現(xiàn)；④斷口無明顯的塑性變形痕跡，呈現(xiàn)高溫塑性開裂特征。（2）冷裂紋

1)淬硬脆化裂紋

2)低塑性脆化裂紋

3)延遲裂紋課題三焊接裂紋的分類及其基本特征HAZ液化裂紋結(jié)晶裂紋多邊化裂紋課題三焊接裂紋的分類及其基本特征三種冷裂紋分布示意圖1-焊趾裂紋2-根部裂紋3-焊道下裂紋（3）再熱裂紋（4）層狀撕裂（5）應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋課題三焊接裂紋的分類及其基本特征一、焊縫中的結(jié)晶裂紋及防治（一）結(jié)晶裂紋及其產(chǎn)生的機(jī)理

特征：結(jié)晶裂紋又稱凝固裂紋，是熱裂紋中一種普遍的形態(tài)。結(jié)晶裂紋只產(chǎn)生在焊縫中，多呈縱向分布在焊縫中心。

機(jī)理：焊縫金屬在結(jié)晶固-液階段，已結(jié)晶的固相占主要部分，尚未結(jié)晶的液態(tài)金屬（主要是那些低熔點(diǎn)共晶物，如Fe-FeS）在晶粒之間形成液態(tài)薄膜。在冷卻收縮所引起的拉伸應(yīng)力作用下，就沿晶粒邊界處分離形成結(jié)晶裂紋。

回目錄課題四焊接熱裂紋的防止結(jié)晶裂紋課題四焊接熱裂紋的防止

（二）影響結(jié)晶裂紋的因素

1.冶金因素對結(jié)晶裂紋的影響（1）合金狀態(tài)圖的類型和結(jié)晶溫度區(qū)間焊接結(jié)晶裂紋傾向的大小是隨合金狀態(tài)圖結(jié)晶溫度區(qū)間的增大而增大。隨著合金元素的增加，結(jié)晶溫度區(qū)間也隨之增大，見圖（a），同時(shí)脆性溫度區(qū)間的范圍也增大（有陰影部分），因此結(jié)晶裂紋的傾向也是增加的。

課題四焊接熱裂紋的防止結(jié)晶溫度區(qū)間與裂紋傾向的關(guān)系（B為某合金元素）（2）合金元素對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響

1）Mn、S和P硫和磷在各類鋼中幾乎都會(huì)增加結(jié)晶裂紋的傾向，即使是微量存在，也會(huì)使結(jié)晶區(qū)間大為增加，在鋼的各種元素中偏析系數(shù)最大，所以在鋼中都極易引起結(jié)晶偏析，導(dǎo)致結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)硫和磷在鋼中還能形成許多低熔點(diǎn)化合物或低熔點(diǎn)共晶物。硫和磷幾乎對各種裂紋都比較敏感。在一定含碳量的條件下，隨著含碳量的增加，裂紋傾向增大；隨著含錳量的增加，裂紋傾向降低；隨著含碳量的增加，硫的有害作用加劇。課題四焊接熱裂紋的防止

2）C碳是鋼中影響結(jié)晶裂紋的主要元素，并能加劇其它元素的有害作用。因?yàn)樘紭O易發(fā)生偏析，和鋼中某些其他元素形成低熔點(diǎn)共晶物，其次，碳會(huì)降低硫在鐵中的溶解度，而促成硫與鐵化合生成FeS，因而形成的Fe-FeS的低熔點(diǎn)共晶量隨之增多，兩者均促使在鋼中形成結(jié)晶裂紋。

3）Si和Ni硅是δ相形成元素，少量硅有利于提高抗裂性能，但當(dāng)硅含量超過0.4%時(shí)，會(huì)因形成硅酸鹽夾雜而降低焊縫金屬的抗裂性能。鎳是熱裂紋敏感性很高的元素，鎳在低合金鋼中易與硫形成低熔點(diǎn)共晶，因此會(huì)引起結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。課題四焊接熱裂紋的防止

4）Ti、Zr和RE鈦、鋯和鑭等稀土元素能形成高熔點(diǎn)的硫化物。有消除結(jié)晶裂紋的有利作用。（3）一次結(jié)晶組織對熱裂紋的影響焊縫一次結(jié)晶組織的晶粒度越大，結(jié)晶的方向性越強(qiáng)，就越容易促使雜質(zhì)偏析，在結(jié)晶后期就容易形成連續(xù)的液態(tài)共晶薄膜，增加結(jié)晶裂紋的傾向。如果一次組織僅僅是與結(jié)晶主軸方向大體一致的單相奧氏體，結(jié)晶裂紋傾向就很大。如果一次結(jié)晶組織為δ鐵素體，或者γ+δ同時(shí)存在的雙向組織，則結(jié)晶裂紋的傾向就很小。課題四焊接熱裂紋的防止熱裂紋斷口形貌課題四焊接熱裂紋的防止

2.力學(xué)因素對結(jié)晶裂紋的影響金屬在結(jié)晶后期，即處在液相線與固相線溫度附近的“脆性溫度區(qū)”，在該區(qū)域范圍內(nèi)其塑性變形能力最低。當(dāng)高溫階段晶間在各種應(yīng)力的作用下發(fā)生的塑性應(yīng)變量，超過高溫階段晶間斷裂允許的最小變形量時(shí)，就會(huì)開裂。影響塑性應(yīng)變量的因素有：（1）溫度分布若焊接接頭上溫度分布很不均勻，及溫度梯度很大，同時(shí)冷卻速度很快，則引起的ε就很大，極易發(fā)生結(jié)晶裂紋；（2）金屬的熱物理性能金屬的熱膨脹系數(shù)越大，則引起的ε也越大，越易開裂；（3）焊接接頭的剛性或拘束度當(dāng)焊件越厚或接頭受到拘束越強(qiáng)時(shí)，引起的ε也越大，結(jié)晶裂紋也越易發(fā)生。課題四焊接熱裂紋的防止（三）結(jié)晶裂紋的防止措施

1.冶金措施（1）控制焊縫中有害雜質(zhì)的含量

硫、磷、碳是最為有害的雜質(zhì)，它們不僅能形成低熔點(diǎn)共晶，而且還促使偏析，必須嚴(yán)格限制母材和焊接材料中這些有害雜質(zhì)的含量。（2）改善焊縫結(jié)晶形態(tài)細(xì)化晶粒是防止結(jié)晶裂紋形成的重要途徑，目前廣泛采用的方法是向焊縫或母材中加入細(xì)化晶粒的元素，如Mo、V、Ti、No、Zr、Al、RE等。（3）利用“愈合”作用當(dāng)易熔共晶增多到一定程度時(shí)，反而使結(jié)晶裂紋傾向下降，甚至消失。這是因?yàn)檩^多的易熔共晶可在已凝固晶粒之間自由流動(dòng)，填充了晶粒間由于拉應(yīng)力所造成的縫隙，即所謂“愈合”作用。課題四焊接熱裂紋的防止

2.工藝方面（1）選擇合理的接頭型式熔深較大的對接接頭和各種角焊縫（包括搭接接頭、T形接頭和角接接頭）抗結(jié)晶裂紋性能較差，因?yàn)檫@些焊縫的收縮應(yīng)力基本垂直于雜質(zhì)聚集的結(jié)晶面，故其結(jié)晶裂紋傾向較大。（2）降低接頭的剛度和拘束度為了減小結(jié)晶過程的收縮應(yīng)力，在接頭設(shè)計(jì)和裝焊順序方面盡量降低接頭的剛度和拘束度。（3）確定合理的焊接參數(shù)一般來說，接頭冷卻速度越大，變形速度越大，越易于促使產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。預(yù)熱對于降低結(jié)晶裂紋傾向一般是比較有效的。而當(dāng)提高焊接熱輸入時(shí)，促使了晶粒長大，增加了偏析傾向，降低結(jié)晶裂紋效果不是很明顯。課題四焊接熱裂紋的防止二、熱影響區(qū)液化裂紋及防治（一）熱影響區(qū)液化裂紋的形成機(jī)理概念：在母材近縫區(qū)或多層焊的前一焊道因受熱作用而液化的晶界上形成的焊接裂紋稱液化裂紋。

課題四焊接熱裂紋的防止近縫區(qū)的液化裂紋1-未混合區(qū)2-部分熔化區(qū)3-粗晶區(qū)特征：液化裂紋產(chǎn)生的位置是在母材近縫區(qū)或多層焊的前一焊道上，如圖所示。機(jī)理：熱影響區(qū)液化裂紋形成機(jī)理在本質(zhì)上與結(jié)晶裂紋相同，都是由于晶間有脆弱低熔相或共晶，在高溫下承受了力的作用而開裂。區(qū)