金屬焊接性基礎(chǔ)第1章_金屬焊接性基礎(chǔ)

1、金屬焊接性基礎(chǔ) 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 金屬焊接性基礎(chǔ)是金屬焊接性基礎(chǔ)是 是是焊接冶金（基本焊接冶金（基本原理）原理）課程的后續(xù)課程課程的后續(xù)課程 ，重點介紹基礎(chǔ)知識和，重點介紹基礎(chǔ)知識和基本概念，并基本概念，并注重引入了有關(guān)新金屬材料的焊接注重引入了有關(guān)新金屬材料的焊接性及其連接新技術(shù)、新標準的相關(guān)內(nèi)容，其中部性及其連接新技術(shù)、新標準的相關(guān)內(nèi)容，其中部分內(nèi)容是作者在近年的科學研究工作中所取得的分內(nèi)容是作者在近年的科學研究工作中所取得的研究成果。研究成果。緒言緒言金屬焊接性基

2、礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 目錄v 第一章 金屬焊接性基礎(chǔ)v 第二章 碳鋼及低合金鋼的焊接v 第三章 耐熱鋼及不銹鋼的焊接v 第四章 銅、鎳及其合金的焊接v 第五章 鈦及其合金的焊接v 第六章 鋁、鎂及其合金的焊接v 第七章 鑄鐵的焊接v 第八章 堆焊及金屬表面改性金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 第1章 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京

3、化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.1 1.1 金屬焊接性及其測試方法金屬焊接性及其測試方法金屬焊接性金屬焊接性就是金屬是否能適應焊接加工而形成完整的、具就是金屬是否能適應焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。金屬焊接性的概念有兩備一定使用性能的焊接接頭的特性。金屬焊接性的概念有兩方面內(nèi)容：一是金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是方面內(nèi)容：一是金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接頭在一定的使用條件下可靠運行的能力。簡而言之，焊成的接頭在一定的使用條件下可靠運行的能力。簡而言之，焊接性就是指金屬材料焊接性就是指金屬材料

4、“好焊不好焊好焊不好焊”以及焊成的接頭以及焊成的接頭“好好用不好用用不好用”。 1.1.11.1.1金屬焊接性金屬焊接性1.1.1.1金屬焊接性概念金屬焊接性概念金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 焊接性又可分成工藝焊接性和使用焊接性。焊接性又可分成工藝焊接性和使用焊接性。工藝焊接性工藝焊接性是指在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)、無缺陷是指在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)、無缺陷的焊接接頭的能力。如果一種金屬材料可以在很簡單的工藝條的焊接接頭的能力。如果一種金屬材料可以在很簡單的工藝條件下焊

5、接而獲得完好的接頭且能夠滿足使用要求，就可以說其件下焊接而獲得完好的接頭且能夠滿足使用要求，就可以說其焊接性良好；反之，則焊接性較差。焊接性良好；反之，則焊接性較差。使用焊接性使用焊接性是指焊接接頭滿足某種使用性能的能力，通常包是指焊接接頭滿足某種使用性能的能力，通常包括常規(guī)的力學性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、疲勞括常規(guī)的力學性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、疲勞性能、持久強度以及抗腐蝕性和耐磨性等指標。性能、持久強度以及抗腐蝕性和耐磨性等指標。蠕變：固體材料在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，蠕變性變形通常在應力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要

6、應力的作用時間相當長，它在應力小于彈性極限時也能出現(xiàn)金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.1.1.2 影響焊接性的因素影響焊接性的因素 材料因素材料因素 材料因素不僅包括被焊母材本身而且包括所使用的焊接材材料因素不僅包括被焊母材本身而且包括所使用的焊接材料，如焊條電弧焊時的焊條、埋弧焊時的焊絲和焊劑、氣體保護焊時的料，如焊條電弧焊時的焊條、埋弧焊時的焊絲和焊劑、氣體保護焊時的保護氣體等。他們在焊接過程中直接參與熔池或熔合區(qū)的冶金反應，對保護氣體等。他們在焊接過程中直接參與熔池或熔合區(qū)的

7、冶金反應，對焊接性和焊接質(zhì)量有重要影響。焊接性和焊接質(zhì)量有重要影響。 工藝因素工藝因素 焊接熱源：能量密度、溫度以及熱量輸入等，它們可以焊接熱源：能量密度、溫度以及熱量輸入等，它們可以直接改變焊接熱循環(huán)的各項參數(shù)。對熔池和接頭附近區(qū)域的保護：如直接改變焊接熱循環(huán)的各項參數(shù)。對熔池和接頭附近區(qū)域的保護：如熔渣保護、氣體保護、渣熔渣保護、氣體保護、渣-氣聯(lián)合保護或真空保護等，這些都將影響焊接氣聯(lián)合保護或真空保護等，這些都將影響焊接冶金過程。冶金過程?？赏ㄟ^焊前預熱、緩冷、焊后熱處理等防止熱影響區(qū)淬硬可通過焊前預熱、緩冷、焊后熱處理等防止熱影響區(qū)淬硬變脆、減小焊接應力、避免裂紋以提高接頭使用性能。變

8、脆、減小焊接應力、避免裂紋以提高接頭使用性能。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)因素 結(jié)構(gòu)因素主要是指焊接結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、厚度以及接頭坡口結(jié)構(gòu)因素主要是指焊接結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、厚度以及接頭坡口形式和焊縫布置等。焊接結(jié)構(gòu)的形狀、板厚和焊縫的布置決定接頭的剛形式和焊縫布置等。焊接結(jié)構(gòu)的形狀、板厚和焊縫的布置決定接頭的剛度和拘束度，對接頭的應力狀態(tài)產(chǎn)生影響。在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)過程中，盡度和拘束度，對接頭的應力狀態(tài)產(chǎn)生影響。在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)過程中，盡量避免接頭缺口、截面突變、堆高過大、交叉

9、焊縫等。量避免接頭缺口、截面突變、堆高過大、交叉焊縫等。服役條件服役條件 服役條件指工件的工作溫度、負載條件和工作介質(zhì)等。一定服役條件指工件的工作溫度、負載條件和工作介質(zhì)等。一定的工作環(huán)境和運行條件要求焊接結(jié)構(gòu)具有相應的使用性能。例如，在低的工作環(huán)境和運行條件要求焊接結(jié)構(gòu)具有相應的使用性能。例如，在低溫工作的焊接結(jié)構(gòu)必須具備抗脆性斷裂性能，在高溫工作的焊接結(jié)構(gòu)要溫工作的焊接結(jié)構(gòu)必須具備抗脆性斷裂性能，在高溫工作的焊接結(jié)構(gòu)要具備抗蠕變性能，在交變載荷下工作的焊接結(jié)構(gòu)具有良好的抗疲勞性能，具備抗蠕變性能，在交變載荷下工作的焊接結(jié)構(gòu)具有良好的抗疲勞性能，在一定腐蝕介質(zhì)中工作的焊接容器應具備抗腐蝕性能

10、等在一定腐蝕介質(zhì)中工作的焊接容器應具備抗腐蝕性能等金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （1 1）利用金屬的化學成分分析）利用金屬的化學成分分析 碳當量法碳當量法(Carbon Equivalent) 所有元素中，碳對淬硬和冷裂紋的影響所有元素中，碳對淬硬和冷裂紋的影響最為顯著。因而，人們就將各種元素的作用按照相當于若干含碳量折合并最為顯著。因而，人們就將各種元素的作用按照相當于若干含碳量折合并疊加起來求得所謂的碳當量疊加起來求得所謂的碳當量(CE或或Ceq)，并以此來評估冷裂傾向的大小。

11、低，并以此來評估冷裂傾向的大小。低合金鋼的淬硬及冷裂紋敏感性常用碳當量法來估計。合金鋼的淬硬及冷裂紋敏感性常用碳當量法來估計。 1.1.1.3 1.1.1.3 金屬焊接性分析金屬焊接性分析1.1.1.3.1從金屬的特性分析焊接性從金屬的特性分析焊接性此式適用于中、高強度的非調(diào)質(zhì)低合金高強鋼。此式適用于中、高強度的非調(diào)質(zhì)低合金高強鋼。CE0.45%時，焊接厚度時，焊接厚度25mm的板可以不預熱；的板可以不預熱；CE0.41%且含且含C0.207%時，焊接厚度時，焊接厚度37mm的板可以不預熱。的板可以不預熱。國際焊接學會國際焊接學會(IIW)推薦：推薦： (%)1556CuNiVMoCrMnCC

12、E金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 日本的日本的JIS（Japan Industry Standards）和）和WES（Welding Engineering Standard）推）推薦：薦： 此式適用于低合金調(diào)質(zhì)鋼，其化學成分范圍：此式適用于低合金調(diào)質(zhì)鋼，其化學成分范圍：C0.2%或或0.18%；Si0.55%；Mn1.5%；Cu0.5%；Ni2.5%；Cr1.25%；Mo0.7%；V0.1%；B0.006%。當。當板厚板厚25mm，手弧焊線能量，手弧焊線能量17kJ/cm時，預熱范

13、圍大致如下：時，預熱范圍大致如下：鋼材鋼材 =500MPa， Ceq =0.46%時，可不預熱；時，可不預熱；鋼材鋼材 =600MPa， Ceq =0.52%時，預熱時，預熱75；鋼材鋼材 =700MPa， Ceq =0.52%時，預熱時，預熱100；鋼材鋼材 =800MPa， Ceq =0.62%時，預熱時，預熱100。(%)144540246VMoCrNiSiMnCCeqbbbb金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 美國焊接學會美國焊接學會(AWS)推薦：推薦： 此式適用化學成分范圍為

14、：此式適用化學成分范圍為：C0.6%；Mn1.6%；Ni3.3%；Cr1.0%；Mo0.6%；Cu0.5%1.0%；P0.05%0.15%。當。當Cu0.5%或或P0.05%時，不可計入。時，不可計入。 )(%)213(4515246PCuMoCrNiSiMnCCeq金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 焊接冷裂紋敏感指數(shù)焊接冷裂紋敏感指數(shù) 日本學者采用斜日本學者采用斜Y Y形坡口形坡口“小鐵研試驗小鐵研試驗”對對200200多多種不同成分鋼材、不同厚度及不同的焊縫含氫量進行試驗，求得焊接

15、冷裂種不同成分鋼材、不同厚度及不同的焊縫含氫量進行試驗，求得焊接冷裂紋敏感指數(shù)紋敏感指數(shù)P PC C： 此式適用條件：此式適用條件：C0.07%C0.07%0.22%0.22%；Si0.60%Si0.60%；Mn0.40%Mn0.40%1.40%1.40%；Cu0.50%Cu0.50%；Ni1.20%Ni1.20%；Cr1.20%Cr1.20%；Mo0.70%Mo0.70%；V0.12%V0.12%；Nb0.04%Nb0.04%；Ti0.05%Ti0.05%；B0. 005%B0. 005%；板厚；板厚=19=1950mm50mm；擴散氫含量；擴散氫含量H=1.0H=1.05.0mL/100g

16、(GB3965-835.0mL/100g(GB3965-83測氫法測氫法) )。(%)60600510152060202030HBVMoCrNiCuMnSiCPc根據(jù)上式求得根據(jù)上式求得Pc后，利用下式即可求出斜后，利用下式即可求出斜Y型坡口對接裂紋試驗條件下，型坡口對接裂紋試驗條件下，為防止冷裂所需要的最低預熱溫度為防止冷裂所需要的最低預熱溫度T0()： 39214400cPT金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 焊接熱影響區(qū)最高硬度法焊接熱影響區(qū)最高硬度法 根據(jù)焊接接頭焊接熱影響區(qū)的最

17、高硬度根據(jù)焊接接頭焊接熱影響區(qū)的最高硬度(Hmax)可以相對地評價被焊鋼材的淬硬傾向和冷裂紋敏感性，已被國際可以相對地評價被焊鋼材的淬硬傾向和冷裂紋敏感性，已被國際焊接學會焊接學會(IIW)推薦采用。推薦采用。我國焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法標準我國焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法標準(GB/T 4675.5-1984)：試樣的標準厚度為試樣的標準厚度為20mm，長度為，長度為200mm，寬度為，寬度為150mm；采用焊條直徑采用焊條直徑4mm，焊接電流，焊接電流(17010)A，焊接速度，焊接速度(0.250.02)cm/s，沿軋制試樣表面的寬度中心線方向焊長度沿軋制試樣表面的寬度中心線方向焊長

18、度(12510)mm的焊縫；的焊縫；焊后自然冷卻焊后自然冷卻12h，垂直切割焊縫中部，在斷面上截取硬度測試試樣并，垂直切割焊縫中部，在斷面上截取硬度測試試樣并測量其硬度。測量其硬度。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （2 2）利用物理、化學性能分析）利用物理、化學性能分析 金屬的熔點、導熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、密度、熱容量等因素，都會對焊金屬的熔點、導熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、密度、熱容量等因素，都會對焊接熱循環(huán)、熔化、結(jié)晶、相變等過程產(chǎn)生影響，從而影響材料的焊接性。接熱循環(huán)、熔化、結(jié)晶、相變等

19、過程產(chǎn)生影響，從而影響材料的焊接性。 純銅純銅 導熱系數(shù)高，焊接時熱量散失迅速，坡口不易熔化，焊接熱功率導熱系數(shù)高，焊接時熱量散失迅速，坡口不易熔化，焊接熱功率不足時會產(chǎn)生未熔透缺陷；不足時會產(chǎn)生未熔透缺陷；不銹鋼與鈦不銹鋼與鈦 導熱系數(shù)低導熱系數(shù)低 焊接溫度梯度大，殘余應力高、變形大，當高溫焊接溫度梯度大，殘余應力高、變形大，當高溫停留時間長時熱影響區(qū)晶粒粗大；停留時間長時熱影響區(qū)晶粒粗大；金屬密度小的鋁及鋁合金金屬密度小的鋁及鋁合金 熔池中的氣泡和非金屬夾雜不易上浮逸出，會導熔池中的氣泡和非金屬夾雜不易上浮逸出，會導致焊縫氣孔和夾渣缺陷；致焊縫氣孔和夾渣缺陷；與氧的親和力較強的金屬與氧的親

20、和力較強的金屬 需要采取較可靠的保護方法。需要采取較可靠的保護方法。 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) (3) 利用合金相圖分析利用合金相圖分析 大多數(shù)被焊材料都是合金，或至少含有大多數(shù)被焊材料都是合金，或至少含有某些雜質(zhì)元素，因而可以利用它們的相圖分析焊接性。某些雜質(zhì)元素，因而可以利用它們的相圖分析焊接性。共晶型相圖共晶型相圖 固相線與液相線之間的溫度區(qū)間大小會影響結(jié)晶過程的固相線與液相線之間的溫度區(qū)間大小會影響結(jié)晶過程的成分偏析成分偏析，影響生成低熔點共晶的程度，也影響脆性溫度區(qū)間

21、的大，影響生成低熔點共晶的程度，也影響脆性溫度區(qū)間的大小，這對分析熱裂傾向是重要的參考依據(jù)。小，這對分析熱裂傾向是重要的參考依據(jù)。單相組織單相組織 焊縫晶粒粗大焊縫晶粒粗大金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) (4) 利用利用CCT圖連續(xù)或圖連續(xù)或SHCCT圖分析圖分析圖圖1-1 16Mn鋼的連續(xù)冷卻曲線鋼的連續(xù)冷卻曲線(圖中虛線表示的曲線是相當于厚板手弧焊時的冷卻速度圖中虛線表示的曲線是相當于厚板手弧焊時的冷卻速度)T()金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化

22、學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.1.1.3.2 從焊接工藝條件分析焊接性從焊接工藝條件分析焊接性 （1）熱源特點）熱源特點 各種焊接方法所采用的熱源在功率、能量密度、各種焊接方法所采用的熱源在功率、能量密度、最高加熱溫度等方面有很大的差別，從而影響焊接質(zhì)量。最高加熱溫度等方面有很大的差別，從而影響焊接質(zhì)量。電渣焊電渣焊 功率大、能量密度低，最高加熱溫度不高，高溫停留時間功率大、能量密度低，最高加熱溫度不高，高溫停留時間長，熱影響區(qū)晶粒粗大，沖擊韌度顯著降低長，熱影響區(qū)晶粒粗大，沖擊韌度顯著降低激光焊激光焊 功率不大、能量密度很高、加熱迅速，高溫

23、停留時間短，功率不大、能量密度很高、加熱迅速，高溫停留時間短，熱影響區(qū)窄，沒有晶粒長大的危險。熱影響區(qū)窄，沒有晶粒長大的危險。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （2）保護方法）保護方法 熔焊時，對熔池和熱影響區(qū)金屬的保護方法熔焊時，對熔池和熱影響區(qū)金屬的保護方法有渣保護、氣保護和真空保護等幾種。有渣保護、氣保護和真空保護等幾種。鋼鐵焊接鋼鐵焊接 多用渣為主的保護：手弧焊、埋弧焊等；有時也采多用渣為主的保護：手弧焊、埋弧焊等；有時也采用氣保護，如用氣保護，如CO2保護焊、氬弧焊等。保護焊

24、、氬弧焊等。鋁、鎂、鈦（活潑合金）鋁、鎂、鈦（活潑合金） 多采用惰性氣體保護：多采用惰性氣體保護：TIG、MIG。（3）熱循環(huán)控制）熱循環(huán)控制 正確選擇焊接工藝規(guī)范、預熱、緩冷、層正確選擇焊接工藝規(guī)范、預熱、緩冷、層間溫度等工藝措施控制焊接熱循環(huán)。間溫度等工藝措施控制焊接熱循環(huán)。（4）其他工藝因素）其他工藝因素 焊前清理、焊接材料的處理、焊接順序焊前清理、焊接材料的處理、焊接順序和焊接規(guī)范等。和焊接規(guī)范等。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.1.2 焊接性試驗焊接性試驗 1.1.2.

25、1 焊接性試驗的內(nèi)容焊接性試驗的內(nèi)容v 焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力焊縫金屬抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力 熱裂紋是一種經(jīng)常發(fā)生又是危害嚴熱裂紋是一種經(jīng)常發(fā)生又是危害嚴重的缺陷，與焊接材料關(guān)系密切重的缺陷，與焊接材料關(guān)系密切, 通常是通過熱裂紋試驗來進行的。通常是通過熱裂紋試驗來進行的。v 焊縫及熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力焊縫及熱影響區(qū)金屬抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力 冷裂紋在低合金高強鋼冷裂紋在低合金高強鋼焊接中較為常見，是針對母材進行的試驗。焊接中較為常見，是針對母材進行的試驗。v 焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變能力焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變能力 在低溫下工作的焊接結(jié)構(gòu)和承受沖擊載荷在低溫下工作的焊接結(jié)構(gòu)和承受沖擊載荷的

26、焊接結(jié)構(gòu)，韌性損失是個嚴重的問題。的焊接結(jié)構(gòu)，韌性損失是個嚴重的問題。v 焊接接頭的使用性能焊接接頭的使用性能 焊接接頭耐放射性輻照的能力、蠕變強度、疲焊接接頭耐放射性輻照的能力、蠕變強度、疲強度、抗晶間腐蝕能力等。強度、抗晶間腐蝕能力等。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.1.2.2 焊接性試驗方法分類焊接性試驗方法分類（1）直接模擬試驗）直接模擬試驗 仿照實際焊接的條件，通過焊接過程仿照實際焊接的條件，通過焊接過程觀察是否發(fā)生某種焊接缺陷或發(fā)生缺陷的程度，觀察是否發(fā)生某種焊接缺陷

27、或發(fā)生缺陷的程度，直觀地評價直觀地評價焊接性的優(yōu)劣焊接性的優(yōu)劣 。 主要包括：主要包括：焊接冷裂紋試驗、焊接熱裂紋試驗、再熱裂焊接冷裂紋試驗、焊接熱裂紋試驗、再熱裂紋試驗、層狀撕裂試驗、應力腐蝕裂紋試驗和脆性斷裂試驗。紋試驗、層狀撕裂試驗、應力腐蝕裂紋試驗和脆性斷裂試驗。 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （2）間接推算）間接推算 不需要焊出焊縫不需要焊出焊縫，而只是根據(jù)材料的化學成，而只是根據(jù)材料的化學成分、金相組織、力學性能之間的關(guān)系，聯(lián)系焊接熱循環(huán)過程進分、金相組織、力學性能之間

28、的關(guān)系，聯(lián)系焊接熱循環(huán)過程進行行推測推測或評估，從而確定焊接性優(yōu)劣以及所需要的焊接條件?；蛟u估，從而確定焊接性優(yōu)劣以及所需要的焊接條件。 主要包括：主要包括：碳當量法、焊接裂紋敏感指數(shù)法、連續(xù)冷卻組織碳當量法、焊接裂紋敏感指數(shù)法、連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變曲線法、焊接熱轉(zhuǎn)變曲線法、焊接熱-應力模擬法、焊接熱影響區(qū)最高硬度法及應力模擬法、焊接熱影響區(qū)最高硬度法及焊接區(qū)斷口金相分析等。焊接區(qū)斷口金相分析等。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （3 ）使用性能試驗）使用性能試驗(最直觀最直觀) 將施焊的

29、接頭甚至產(chǎn)品在將施焊的接頭甚至產(chǎn)品在使用使用條件下條件下進行各方面性能的試驗，以試驗結(jié)果來評定其焊接性。進行各方面性能的試驗，以試驗結(jié)果來評定其焊接性。 主要包括：主要包括：焊縫及接頭的拉伸、彎曲、沖擊等力學性能試焊縫及接頭的拉伸、彎曲、沖擊等力學性能試驗、高溫蠕變及持久強度試驗、斷裂韌性試驗、低溫脆性試驗、驗、高溫蠕變及持久強度試驗、斷裂韌性試驗、低溫脆性試驗、耐腐蝕及耐磨試驗、疲勞試驗等。直接用產(chǎn)品做的試驗有水壓耐腐蝕及耐磨試驗、疲勞試驗等。直接用產(chǎn)品做的試驗有水壓試驗、爆破試驗等。試驗、爆破試驗等。 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工

30、業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.1.2.3選擇或制定試驗方法的原則選擇或制定試驗方法的原則v (1)針對性針對性 焊接性試驗的條件要盡量與實際焊接時的條件相一致。焊接性試驗的條件要盡量與實際焊接時的條件相一致。v (2)再現(xiàn)性再現(xiàn)性 焊接性試驗的結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有較好的再現(xiàn)性。試驗焊接性試驗的結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有較好的再現(xiàn)性。試驗方法應盡可能減少或避免人為因素的影響，多采用自動化、機械化的方法應盡可能減少或避免人為因素的影響，多采用自動化、機械化的操作，少采用人工操作。另外，應將試驗條件規(guī)定得嚴格些，防止隨操作，少采用人工操作。另外，應將試驗條件規(guī)定得嚴格些，防止

31、隨意性。意性。v (3)經(jīng)濟性經(jīng)濟性 力求減少材料消耗，避免復雜昂貴的加工工序，節(jié)省試驗力求減少材料消耗，避免復雜昂貴的加工工序，節(jié)省試驗費用。費用。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.1.3 常用焊接性試驗方法常用焊接性試驗方法（1）斜）斜Y形坡口焊接裂紋試驗法形坡口焊接裂紋試驗法(Y-Slit Type Cracking Test) 斜斜Y形坡口焊接裂紋試驗形坡口焊接裂紋試驗又稱為又稱為“小鐵研小鐵研”試驗試驗,主要用于主要用于評定碳鋼和低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性。

32、評定碳鋼和低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性。 試件的形狀及尺寸如圖試件的形狀及尺寸如圖1-2 所示。所示。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖1-2 斜Y形坡口焊接裂紋試驗用試件形式及尺寸 被焊鋼材厚度為938mm；坡口經(jīng)機械加工，焊條使用前應嚴格烘干。焊接工藝參數(shù)為：焊條直徑4mm，焊接電流(17010)A，焊接電壓(242)V，焊接速度(15010)mm/min。拘束焊縫為雙面焊接，應事先焊好，注意防止角變形和未焊透。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編-

33、 -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖1-3試驗焊縫的焊接方式a)手弧焊 b)自動送進焊條電弧焊 試驗焊縫采用手弧焊和自動送進焊條電弧焊時應分別按照圖1-3中(a)和(b)所示進行。 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) fC(1-8)(1-6)(1-7)表面裂紋率 根部裂紋率斷面裂紋率 焊后靜置24h后，截取試樣解剖并檢測裂紋。沿焊縫長度方向均勻截取試樣，檢查其中五個斷面的裂紋情況。根據(jù)下列各式計算裂紋率：%100cfcfllC%100

34、crcrllC%100hhCss 表面裂紋長度之和(mm) 試驗焊縫長度(mm)根部裂紋長度之和(mm) 5個斷面上裂紋深度之和(mm) 5個斷面焊縫最小厚度之和(mm) fclclcrlshh金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 由于斜由于斜Y形坡口對接裂紋試驗的接頭拘束度很大，焊縫根部形坡口對接裂紋試驗的接頭拘束度很大，焊縫根部尖角應力集中，試驗條件相對比較苛刻，冷裂紋敏感性很大。尖角應力集中，試驗條件相對比較苛刻，冷裂紋敏感性很大。所以，一般認為在這種試驗中若表面裂紋率不超過所以，一

35、般認為在這種試驗中若表面裂紋率不超過20，用于，用于一般焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)是安全的。一般焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)是安全的。 除上述斜除上述斜Y形坡口之外，還有一種直形坡口之外，還有一種直Y形坡口的試驗方法，形坡口的試驗方法，主要用于考核焊縫金屬的裂紋敏感性。其試驗程序與斜主要用于考核焊縫金屬的裂紋敏感性。其試驗程序與斜Y形坡形坡口相同。口相同。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （2）插銷試驗）插銷試驗(Implant Test) 是測定鋼材焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感是測定鋼材焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的一種定

36、量試驗方法。附加其它裝置，也可用于測定再熱裂紋和層狀性的一種定量試驗方法。附加其它裝置，也可用于測定再熱裂紋和層狀撕裂敏感性。撕裂敏感性。 插銷試驗插銷試驗(圖圖1-4)是將被焊鋼材加工成圓柱形的插銷試棒。試棒插入是將被焊鋼材加工成圓柱形的插銷試棒。試棒插入底板上的孔中，試棒上端與底板表面平齊。插銷試棒上端附近有環(huán)形或底板上的孔中，試棒上端與底板表面平齊。插銷試棒上端附近有環(huán)形或螺形缺口。試驗時在底板上以規(guī)定的線能量熔敷一條焊道，其中心線通螺形缺口。試驗時在底板上以規(guī)定的線能量熔敷一條焊道，其中心線通過試棒的中心，其熔深應使缺口尖端位于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)。過試棒的中心，其熔深應使缺口尖端位于熱

37、影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)。插銷試棒具體形狀、尺寸如圖插銷試棒具體形狀、尺寸如圖1-5 及表及表1-1所示，缺口位置如表所示，缺口位置如表1-2所示，底板材所示，底板材料應與被焊鋼材相同或熱物理常數(shù)基本一致，其形狀及尺寸見圖料應與被焊鋼材相同或熱物理常數(shù)基本一致，其形狀及尺寸見圖1-6。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖圖1-4 插銷試棒、底板及熔敷焊道插銷試棒、底板及熔敷焊道 a)環(huán)形缺口插銷環(huán)形缺口插銷 b)螺形缺口插銷螺形缺口插銷(a)(b)金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟

38、慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖1-5 插銷試棒的形狀 a)環(huán)形缺口試棒 b)螺形缺口試棒(b)(a)金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1 1螺形螺形6 6環(huán)形環(huán)形1 1螺形螺形大于底板的大于底板的厚度，一般厚度，一般約為約為30301501508 8環(huán)形環(huán)形缺口類別缺口類別)(mmh)(mmA)()(mmR)(mmRmml /05.005.05.0224002.002.01.005.005.05.0224002.00

39、2.01.0表表1-1 插銷試棒的尺寸插銷試棒的尺寸a(mm)1.351.451.8522.12.4E(KJ/cm)91013151620表表1-2 缺口位置與線能量缺口位置與線能量E的關(guān)系的關(guān)系金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖圖1-6 底板形狀及尺寸底板形狀及尺寸金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 施焊時應測定施焊時應測定t8/5值。如不預熱，焊后冷卻至值。如不預熱，焊后冷

40、卻至100150時加載；如時加載；如有預熱，應在高于預熱溫度有預熱，應在高于預熱溫度5070時加載。載荷應在時加載。載荷應在1min之內(nèi)，且在之內(nèi)，且在冷卻至冷卻至100或高于預熱溫度或高于預熱溫度5070之前施加完畢。如有后熱，應在后之前施加完畢。如有后熱，應在后熱之前加載。熱之前加載。 在無預熱的條件下，載荷保持在無預熱的條件下，載荷保持16h而試棒未斷裂即可卸載。如有預熱而試棒未斷裂即可卸載。如有預熱條件下，載荷保持至少條件下，載荷保持至少24h才可卸載。經(jīng)多次改變載荷，即可求出在試驗才可卸載。經(jīng)多次改變載荷，即可求出在試驗條件下不出現(xiàn)斷裂的臨界應力條件下不出現(xiàn)斷裂的臨界應力 。臨界應力

41、。臨界應力 可以用啟裂準則，也可以用啟裂準則，也可以用斷裂準則，但應加以注明?？梢杂脭嗔褱蕜t，但應加以注明。 的大小，即可相對比較材料抵抗的大小，即可相對比較材料抵抗產(chǎn)生冷裂紋的能力。產(chǎn)生冷裂紋的能力。crcrcr金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （3）壓板）壓板(FISCO)對接焊接裂紋試驗法對接焊接裂紋試驗法 (GB4675.4-84) 主要用于主要用于評定低合金鋼焊縫金屬的熱裂紋敏感性，也可以做鋼材與焊條匹評定低合金鋼焊縫金屬的熱裂紋敏感性，也可以做鋼材與焊條匹配性的試驗，試驗裝

42、置如圖配性的試驗，試驗裝置如圖1-7。圖圖1-7 壓板對接壓板對接(FISCO)實驗裝置實驗裝置1C形拘束框架形拘束框架 2試板試板 3緊固螺栓緊固螺栓 4齒形底座齒形底座 5定位塞片定位塞片 6調(diào)節(jié)板調(diào)節(jié)板 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖圖1-8 FISCO試驗試板尺寸及焊縫位置試驗試板尺寸及焊縫位置金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 裂紋率按下式計算：裂紋率按下式計算：

43、 %100FFFLlC（1-9）FCFISCO試驗的試驗的裂紋裂紋率率(%)Fl4條試驗焊縫上裂紋長度之和條試驗焊縫上裂紋長度之和(mm)FL4條焊縫長度之和條焊縫長度之和(mm)金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （4）可調(diào)拘束裂紋試驗）可調(diào)拘束裂紋試驗 (Varestraint Test) 主要用于評定低合主要用于評定低合金鋼的熱裂紋金鋼的熱裂紋(結(jié)晶裂紋、液化裂紋等結(jié)晶裂紋、液化裂紋等)敏感性。其基本原理是在敏感性。其基本原理是在焊縫凝固后期施加不同的應變值，研究產(chǎn)生裂紋的規(guī)律。當

44、外加焊縫凝固后期施加不同的應變值，研究產(chǎn)生裂紋的規(guī)律。當外加的應變值在某一溫度下超過焊縫或熱影響區(qū)金屬的塑性變形能力的應變值在某一溫度下超過焊縫或熱影響區(qū)金屬的塑性變形能力時，就會產(chǎn)生熱裂紋，以此來評定產(chǎn)生焊接熱裂紋的敏感性?？蓵r，就會產(chǎn)生熱裂紋，以此來評定產(chǎn)生焊接熱裂紋的敏感性?？烧{(diào)拘束裂紋試驗可分為縱向和橫向兩種方法，如圖調(diào)拘束裂紋試驗可分為縱向和橫向兩種方法，如圖1-9所示，加載所示，加載變形有快速和慢速兩種形式。變形有快速和慢速兩種形式。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖圖1

45、-9可調(diào)拘束裂紋試驗示意圖可調(diào)拘束裂紋試驗示意圖a）縱向?qū)嶒灧ǎ┛v向?qū)嶒灧╞）橫向試驗）橫向試驗金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) （5）其它焊接試驗方法）其它焊接試驗方法 拉伸拘束裂紋試驗拉伸拘束裂紋試驗(TRC-TensileRestraintCrackingTest) 剛性拘束裂紋試驗剛性拘束裂紋試驗(RRC-RigidRestraintCrackingTest)其原理圖其原理圖如圖如圖1-10所示所示. 剛性固定對接裂紋試驗剛性固定對接裂紋試驗(Restrained-ButtJo

46、intCrackingTest)其試其試件形狀、尺寸如圖件形狀、尺寸如圖1-11。 拘束裂紋試驗拘束裂紋試驗(WindowTypeRestraintCrackingTest)示意圖見示意圖見圖圖1-12 Z向拉伸試驗向拉伸試驗(Z-directionTensileTest)圖圖1-13金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖1-10 剛性拘束裂紋試驗原理圖 a)假設(shè)情況 b)實際焊接情況金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chap

47、ter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖圖1-11剛性固定對接裂紋試驗試件剛性固定對接裂紋試驗試件金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖1-12 窗形拘束裂紋試驗 a)窗口及試板 b)焊后解剖試板檢查裂紋方式金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖圖1-13Z向拉伸試驗向拉伸試驗a）取樣部位）取樣部位b）試棒）試棒金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學

48、工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.2 焊縫金屬的凝固及相變特征1.2.1 1.2.1 焊縫金屬的凝固焊縫金屬的凝固 焊接熔池焊接熔池是指由熔化的局部母材和填加材料所組成的具有一定幾是指由熔化的局部母材和填加材料所組成的具有一定幾何形狀的液態(tài)區(qū)域。焊接熔池的凝固過程是從液相轉(zhuǎn)變成固相的焊接何形狀的液態(tài)區(qū)域。焊接熔池的凝固過程是從液相轉(zhuǎn)變成固相的焊接一次結(jié)晶過程。焊接一次結(jié)晶過程中產(chǎn)生的焊接缺陷及形成的粗大柱一次結(jié)晶過程。焊接一次結(jié)晶過程中產(chǎn)生的焊接缺陷及形成的粗大柱狀晶，不僅顯著降低焊縫金屬的強度和塑性，而且還往往是焊接結(jié)構(gòu)狀晶，不僅顯著降低焊縫金屬

49、的強度和塑性，而且還往往是焊接結(jié)構(gòu)斷裂事故的起源。為改善焊縫金屬的質(zhì)量，必須了解焊接熔池凝固的斷裂事故的起源。為改善焊縫金屬的質(zhì)量，必須了解焊接熔池凝固的特點，掌握熔池凝固的規(guī)律，從而控制焊縫金屬凝固過程的目的。特點，掌握熔池凝固的規(guī)律，從而控制焊縫金屬凝固過程的目的。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) v 非平衡的動態(tài)結(jié)晶非平衡的動態(tài)結(jié)晶 焊接熔池體積小，冷卻速度快，極易形成氣孔、裂紋、焊接熔池體積小，冷卻速度快，極易形成氣孔、裂紋、夾雜、偏析等缺陷。熔池的過熱度和溫度梯度大，使非自發(fā)

50、晶核質(zhì)點大為減夾雜、偏析等缺陷。熔池的過熱度和溫度梯度大，使非自發(fā)晶核質(zhì)點大為減少，柱狀晶得到顯著發(fā)展。少，柱狀晶得到顯著發(fā)展。v 聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長 焊接熔池的結(jié)晶一般是從熔池邊界開始的，依附在半焊接熔池的結(jié)晶一般是從熔池邊界開始的，依附在半熔化的母材晶粒表面非自發(fā)形核，以柱狀晶的形式由半熔化的母材晶粒向焊熔化的母材晶粒表面非自發(fā)形核，以柱狀晶的形式由半熔化的母材晶粒向焊縫中心成長，成長的取向與母材晶粒相同，即所謂的聯(lián)生結(jié)晶?？p中心成長，成長的取向與母材晶粒相同，即所謂的聯(lián)生結(jié)晶。v 結(jié)晶速度和方向動態(tài)變化結(jié)晶速度和方向動態(tài)變化 焊接熔池中，晶粒由熔池邊界開始結(jié)晶一直成長焊

51、接熔池中，晶粒由熔池邊界開始結(jié)晶一直成長到最后，晶粒成長的方向和速度均隨結(jié)晶過程呈動態(tài)變化，成長方向由垂直到最后，晶粒成長的方向和速度均隨結(jié)晶過程呈動態(tài)變化，成長方向由垂直于焊接方向逐漸轉(zhuǎn)向焊接方向，成長速度于焊接方向逐漸轉(zhuǎn)向焊接方向，成長速度( (結(jié)晶速度結(jié)晶速度) )由零逐漸增大到焊接速由零逐漸增大到焊接速度。度。1.2.1.11.2.1.1焊接熔池的結(jié)晶特點焊接熔池的結(jié)晶特點金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.2.1.2 熔池金屬的結(jié)晶形態(tài)熔池金屬的結(jié)晶形態(tài)熔池結(jié)晶后所形成的固

52、態(tài)焊縫熔池結(jié)晶后所形成的固態(tài)焊縫中，主要存在兩種晶粒，即中，主要存在兩種晶粒，即柱狀晶粒柱狀晶粒（通過平面結(jié)晶、胞狀結(jié)晶、胞狀樹枝結(jié)晶或樹枝狀結(jié)晶形成）和少量（通過平面結(jié)晶、胞狀結(jié)晶、胞狀樹枝結(jié)晶或樹枝狀結(jié)晶形成）和少量的的等軸晶粒等軸晶粒（通過樹枝狀結(jié)晶形成）。（通過樹枝狀結(jié)晶形成）。焊接熔池的結(jié)晶形態(tài)焊接熔池的結(jié)晶形態(tài)完全取決于結(jié)晶期間固完全取決于結(jié)晶期間固-液界面前沿成分過冷的程液界面前沿成分過冷的程度度 ，成分過冷主要受熔池金屬中溶質(zhì)含量，成分過冷主要受熔池金屬中溶質(zhì)含量W、熔池結(jié)晶速度、熔池結(jié)晶速度R和液相溫和液相溫度梯度度梯度G的影響，因而可直接從的影響，因而可直接從W、R和和G的

53、綜合作用來考察、判定熔池的綜合作用來考察、判定熔池金屬的結(jié)晶形態(tài)，如圖金屬的結(jié)晶形態(tài)，如圖1-14所示。所示。 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.2.1.3 結(jié)晶組織的分布結(jié)晶組織的分布 在焊接熔池中，不同部位具有不同的溫度梯度在焊接熔池中，不同部位具有不同的溫度梯度G和結(jié)晶速度和結(jié)晶速度R，因而具有不同的成分過冷，出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)。因而

54、具有不同的成分過冷，出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)。圖圖1-15 焊縫中結(jié)晶組織的分布焊縫中結(jié)晶組織的分布 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.2.2焊縫的相變組織焊縫的相變組織 對于具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的焊縫金屬來講，焊接熔池完全對于具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的焊縫金屬來講，焊接熔池完全結(jié)晶后所形成的固態(tài)焊縫，在隨后的連續(xù)冷卻過程中還將發(fā)結(jié)晶后所形成的固態(tài)焊縫，在隨后的連續(xù)冷卻過程中還將發(fā)生相的轉(zhuǎn)變，從形而成相變組織，即焊縫的最終組織。就鋼生相的轉(zhuǎn)變，從形而成相變組織，即焊縫的最終組織。就鋼鐵材料而言，鐵材

55、料而言，相變組織相變組織主要取決于焊縫金屬的化學成分和冷主要取決于焊縫金屬的化學成分和冷卻條件。卻條件。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.2.2.1低碳鋼焊縫的相變組織低碳鋼焊縫的相變組織 低碳鋼焊縫低碳鋼焊縫具有較低的含碳量，發(fā)生固態(tài)相變后的組織主具有較低的含碳量，發(fā)生固態(tài)相變后的組織主要由鐵素體和少量的珠光體組成。鐵素體一般在原奧氏體邊界要由鐵素體和少量的珠光體組成。鐵素體一般在原奧氏體邊界析出，其晶粒十分粗大。冷卻速度越快，焊縫金屬中的珠光體析出，其晶粒十分粗大。冷卻速度越快

56、，焊縫金屬中的珠光體越多，且組織細化。多層焊或?qū)缚p進行焊后熱處理可破壞焊越多，且組織細化。多層焊或?qū)缚p進行焊后熱處理可破壞焊縫的柱狀晶，獲得細小的鐵素體和少量珠光體，從而起到改善縫的柱狀晶，獲得細小的鐵素體和少量珠光體，從而起到改善焊縫組織的作用。當?shù)吞间摵缚p發(fā)生過熱時，還可能出現(xiàn)塑性焊縫組織的作用。當?shù)吞间摵缚p發(fā)生過熱時，還可能出現(xiàn)塑性和韌性很差的魏氏組織，如圖和韌性很差的魏氏組織，如圖1-16所示。所示。 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 圖1-16 低碳鋼焊縫中的魏氏組織金屬

57、焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 1.2.2.2 低合金鋼焊縫的相變組織低合金鋼焊縫的相變組織 低合金鋼焊縫二次組織，隨匹配焊接材料化學成分和冷低合金鋼焊縫二次組織，隨匹配焊接材料化學成分和冷卻條件的不同，可形成以鐵素體卻條件的不同，可形成以鐵素體F、珠光體、珠光體P、貝氏體、貝氏體B及馬及馬氏體氏體M等相變組織，而且它們還會呈現(xiàn)出多種形態(tài)，從而具等相變組織，而且它們還會呈現(xiàn)出多種形態(tài)，從而具有不同的性能。對有不同的性能。對低合金鋼焊縫低合金鋼焊縫，鐵素體鐵素體是焊縫的主要組成。是焊縫的主

58、要組成。至于珠光體、貝氏體和馬氏體等組織的轉(zhuǎn)變則居次要地位至于珠光體、貝氏體和馬氏體等組織的轉(zhuǎn)變則居次要地位金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 鐵素體轉(zhuǎn)變鐵素體轉(zhuǎn)變 ： 晶界鐵素體晶界鐵素體(GBF) 也稱先共析鐵素體，也稱先共析鐵素體，770680沿奧氏體晶界首先析沿奧氏體晶界首先析出的鐵素體。沿晶界擴展的長條形，也可以是沿晶界分布的塊狀多邊形出的鐵素體。沿晶界擴展的長條形，也可以是沿晶界分布的塊狀多邊形側(cè)板條鐵素體側(cè)板條鐵素體(FSP) 也稱無碳貝氏體，在也稱無碳貝氏體，在70050

59、0，是從奧氏體晶界開，是從奧氏體晶界開始，但以板條狀向晶內(nèi)成長，從形態(tài)上看有些像鎬牙狀始，但以板條狀向晶內(nèi)成長，從形態(tài)上看有些像鎬牙狀針狀鐵素體針狀鐵素體(AF) 在在500左右形成，大部分在奧氏體內(nèi)左右形成，大部分在奧氏體內(nèi)細晶鐵素體細晶鐵素體(FGF) 也稱貝氏鐵素體，是介于鐵素體與貝氏體之間的轉(zhuǎn)變也稱貝氏鐵素體，是介于鐵素體與貝氏體之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，在奧氏體晶粒內(nèi)形成，一般來講都要含有細化晶粒元素產(chǎn)物，在奧氏體晶粒內(nèi)形成，一般來講都要含有細化晶粒元素(如如Ti、V、B等等)金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主編- -北京化學工業(yè)出版社北京化學工業(yè)出版社Chapter1 金屬

60、焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ) 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變 在轉(zhuǎn)變溫度為在轉(zhuǎn)變溫度為Ac1550接近平衡狀態(tài)下發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。在接近平衡狀態(tài)下發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。在焊接狀態(tài)下，發(fā)生非平衡轉(zhuǎn)變，原子不能充分擴散，珠光體轉(zhuǎn)變受焊接狀態(tài)下，發(fā)生非平衡轉(zhuǎn)變，原子不能充分擴散，珠光體轉(zhuǎn)變受到抑制，擴大了鐵素體和貝氏體的轉(zhuǎn)變區(qū)域，致使焊縫中很少產(chǎn)生到抑制，擴大了鐵素體和貝氏體的轉(zhuǎn)變區(qū)域，致使焊縫中很少產(chǎn)生珠光體組織。只有在預熱、緩冷及后熱等冷速緩慢的情況下，才能珠光體組織。只有在預熱、緩冷及后熱等冷速緩慢的情況下，才能在焊縫中形成少量的珠光體。在焊縫中形成少量的珠光體。金屬焊接性基礎(chǔ)金屬焊接性基礎(chǔ)- -孟慶森主編孟慶森主