焊缝及其热影响区组织和性能

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1、第九章焊缝及其热影响区的组织和性能HistoryReview6/30/20211材料成形原理-焊接公元前，已出现焊接工艺，铸焊、扩散钎焊（秦始皇陵铜车马等）。19世纪，现代焊接技术得以发展（C弧、金属弧、电阻热）。20世纪，金属电弧用于金属结构生产，发明厚药皮焊条。6/30/20212材料成形原理-焊接6/30/20213材料成形原理-焊接6/30/20214材料成形原理-焊接1921年，第一艘全焊远洋船；30年代，大规模制造焊接结构；60年代，焊接结构空前普及；中国：上海金茂大厦；葛洲坝船闸闸门；三峡水电站船闸闸门；

2、三峡工程水轮机转子；九江长江大桥、芜湖长江大桥等。6/30/20215材料成形原理-焊接6/30/20216材料成形原理-焊接6/30/20217材料成形原理-焊接6/30/20218材料成形原理-焊接1-1焊接及其冶金特点1、焊接（welding)的实质借助加热或加压，或者同时实施加热和加压以实现材料之间的原子结合。加热：电弧电弧焊等离子焊化学热氧－乙炔焊电子束电子束焊光束（包括激光束）光束焊激光焊加压：冷焊加压/加热：锻焊、电阻焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊6/30/20219材料成形原理-焊接从冶金角度液相焊接：基材

3、和填充材料熔化－液相互溶－材料间原子结合。固相焊接：压力使连接表面紧密接触－表面之间充分扩散－实现原子结合。固－液相焊接：待接表面不接触，通过两者之间的毛细间隙中的液相金属在固液界面扩散，实现原子结合。（钎焊）6/30/202110材料成形原理-焊接2、焊接方法的分类（1）熔化焊(fusionwelding)（2）固态焊(solidstatewelding)/压力焊（3）钎焊(brazing,soldering)6/30/202111材料成形原理-焊接6/30/202112材料成形原理-焊接3、熔化焊焊接接头的形成及其

4、冶金过程焊接接头焊接热过程+焊接化学冶金+焊接物理冶金6/30/202113材料成形原理-焊接焊接热过程焊接加热的特点：热作用集中性(局部熔化)、热作用的瞬时性(热源移动)温度场、热循环焊接化学冶金过程熔焊时，液态金属、熔渣及气相之间进行一系列的化学冶金反应。焊接物理冶金过程凝固结晶、固态相变6/30/202114材料成形原理-焊接6/30/202115材料成形原理-焊接焊接接头示意图6/30/202116材料成形原理-焊接熔化焊的本质:在焊接条件下的小熔池熔炼和冷凝，金属熔化和结晶的冶金过程。焊接接头（weldedjo

5、int）的组成：母材（basemetal）热影响区（heataffectzone）熔合线（bondline）焊缝（weld）熔化焊的冶金特点：1）反应区的温度高于一般的冶炼温度2）熔池小冷却速度快，液态金属高温停留时间短3）冶金条件差6/30/202117材料成形原理-焊接6/30/202118材料成形原理-焊接6/30/202119材料成形原理-焊接6/30/202120材料成形原理-焊接焊丝母材熔池焊道导电嘴保护气体溶滴电弧6/30/202121材料成形原理-焊接1-2焊缝金属的组织与性能1、焊接熔池的凝固(1)焊接

6、熔池的特征：1）熔池的体积小熔池的形状与尺寸(≤30cm3,≤100g)6/30/202122材料成形原理-焊接2）熔池的温度高1770±100℃>钢锭:1550℃3）液体金属处于运动状态熔池处于液态时间只有几秒到几十秒,各种力:电弧力、电磁力、熔滴，表面张力强烈的搅拌和对流运动4）熔池界面的导热条件好母材导热6/30/202123材料成形原理-焊接6/30/202124材料成形原理-焊接熔池中的流体动力学状态及其对焊缝质量的影响熔池中的金属是强烈运动着的：1）热源产生的机械力的搅拌作用（如熔滴落下的冲击力、电弧气流的吹

7、力；电磁力、离子的轰击力以及熔池金属蒸发所产生的反作用力等）；2）温差引起的表面张力的变化，强迫金属发生对流；3）温差引起的液态金属密度变化造成的对流；熔池中的化学冶金反应以及生成的气泡和熔渣的上浮；6/30/202125材料成形原理-焊接有利作用：1）使母材和焊条金属的成分充分混合，帮助形成成分和组织均匀的焊缝；2）加速了金属和气体及熔渣的反应速度，有利于有害气体和非金属夹杂物的逸出；3）避免焊接缺陷的产生，提高焊接质量；熔合线部位的问题6/30/202126材料成形原理-焊接(2)熔池凝固的特点1）联生结晶（交互结晶

8、、外延结晶）6/30/202127材料成形原理-焊接2)焊缝凝固:择优生长6/30/202128材料成形原理-焊接柱状晶指向焊缝中心6/30/202129材料成形原理-焊接6/30/202130材料成形原理-焊接3）凝固速度6/30/202131材料成形原理-焊接晶粒成长的平均线速度是变化的:cosθ=0,θ=90°