过程设备焊接

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1、过程设备焊接第三章焊接接头1第三章焊接接头焊接断裂破坏事故统计表明，绝大多数事故是由焊接接头引发的，因此焊接接头质量是确保焊接结构可靠性的关键。焊接接头由焊接区和部分母材组成，其中对结构可靠性起决定作用的是焊接区。焊接区包括焊缝金属,熔合区和热影响区3部分,如图3—1所示。通常工程中所关注和研究的焊接接头，实际是针对焊接区进行的。因为在焊接过程或使用中，焊接区要发生许多有别于母材的变化。除组织和性能变化外，还存在焊接缺陷，焊接残余应力和应力集中等不利因素。23．1焊接接头的组织与性能3．1．1焊缝金属焊缝金属具有如下特点。(1)存在铸造缺陷焊接的冶金过程与铸

2、造相似，因此它也存在一般铸件中常产生的气孔、夹渣、偏析和晶粒粗大等缺陷。其晶体总是垂直于焊缝金属边缘向焊缝中心成长，最终形成粗大的柱状晶，具有很强的方向性，利于杂质偏析和热裂纹的形成。由于晶粒粗大，故其塑性和韧性一般较母材差。第三章焊接接头3(2)焊缝中的夹杂焊缝中的夹杂主要是指熔池冶金反应中生成的氧化物和硫化物等颗粒，由于结晶过程凝固较快，来不及浮出而残存于焊缝内部。低碳钢中的夹杂物一般为硅酸盐，主要是SiO2，呈弥散状态分布，对焊缝的危害较大。(3)焊缝中的偏析熔池的结晶过程是一种不平衡过程，由于冷却速度快，焊缝金属中的元素来不及扩散而造成化学成分分布不

3、均匀，这种溶质元素偏离其平均浓度的不均匀分布称为偏析。焊缝中的偏析既表现在晶内与晶界，又表现在焊缝边缘与焊缝中心以及每层焊波之间。焊缝中的偏析主要有显微偏析、区域偏析和层状偏析等。第三章焊接接头4第三章焊接接头(4)焊缝中的杂质元素硫和磷硫主要以FeS和MnS形式存在于焊缝中，硫会以熔点为985℃的Fe+Fes和熔点为940℃的FeO+FeS低熔共晶物，呈片状或链状析集于晶界，从而促生热裂纹，并使韧性下降；还可与Ni形成Ni+Ni3S2共晶物，其熔点仅645℃，危害更大。磷在焊缝中主要以Fe2P和Fe3P形式存在，且可以生成熔点为1050℃的Fe+Fe3P和

4、熔点为880℃的Ni+Ni3P低熔点共晶物。故磷也是热裂纹的促生元素，而且还使韧性特别是低温韧性下降。焊缝中的硫、磷主要来自焊接材料和母材。碱性焊条的脱硫效果优于酸性焊条。5第三章焊接接头(5)焊缝金属的力学性能焊缝金属是由焊接材料与部分母材经过熔化冷凝形成的铸造组织，它是从母材开始垂直于等温线方向(最大温度梯度的方向)结晶长大的。单层焊的组织是典型的柱状结晶。在多层焊时，对前一道焊缝要重新加热，其加热超过900℃的部分，消除了柱状结晶，并使晶粒细化，故焊缝金属的力学性能较单层焊好。焊缝金屑的性能还与焊接方法及其焊接工艺参数有关，主要影响如下。①用较低的线能

5、量进行单层焊时，由于冷却速度快，则使焊缝金属变硬，强度上升。6第三章焊接接头②增加焊接热输入，提高层间预热温度，由于冷却速度的降低，致使高强钢焊缝金属材料的强度和韧性有明显下降。因此，在高强钢焊接时，应确定一个最低的冷却速度，以控制焊接热输入和层间预热温度的上限，但为防止焊接裂纹的产生，应有较高的层间预热温度，需注意协调。一般情况下，用等强度焊接材料焊接的焊缝金属强度往往大于母材强度，特别是低强度钢焊缝金属的屈服强度明显高于母材，但延伸率和韧性却低于母材。还使韧性特别是低温韧性下降。7第三章焊接接头3.1.2熔合区(1)熔合区的构成熔合区即焊接接头中焊缝向母

6、材热影响区过渡的区域。是一个熔化不均匀的区域。熔合区如图3－2所示。8第三章焊接接头半熔化区是指紧邻热影响区侧固液共存的部位。它的产生，一是由于电弧吹力和熔滴过渡可能造成的坡口熔化不均匀，二是由于母材晶粒的取向不同所造成的熔化不均匀,再就是母材各点熔质分布不均匀而形成的理论熔点和实际熔点的差异所。可见，坡口熔化过程的复杂性是导致出现半熔化区的主要原因。未混合区(不完全混合区)是焊缝中紧邻焊缝边界的部位。它主要由焊接时熔化再凝固的母材所组成，而未与熔化的填充金属完全相混合，因此实际就是富集母材成分的焊缝区。它的形成是由于熔池边缘的温度较低，使对流和扩散过程进行

7、困难，从面导致母材与填充金属不能很好混合。母材与填充金属成分差异越大，未混合区越明显。如果填充金属成分与母材成分完全相同，未混合区会消失。9第三章焊接接头(2)熔合区的特点温度处于固相线和液相线之间。这个区域的金属处于局部熔化状态，因此，晶粒十分粗大，化学成分和组织都极不均匀。此区靠近母材一侧的金属组织属于过热组织，塑性很差。对于低碳钢，固相线和液相线之间的温度区间很小，在各种熔化焊条件下，这段区域很窄，金相观察实际上很难区分出来，但对焊接接头的强度、塑性却有很大影响。由于化学成分和物理化学性能不同，故该区焊接残余应力也大。熔合区具有两高一低的特点，即残余应

8、力和硬度高，而韧性低。在熔合线附近部位往往具有焊接接