熔焊总结_熔焊方法及设备总结

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熔焊笔记总结

一 绪论

一、焊接的实质：两种或两种以上的材料（同种或异种）通过加热或加压（并用），原子分子扩散结核形成永久性接头。

二、焊接的分类：

1、熔焊：利用一定的热源，使构件的被链接部位局部熔化成液体，然后冷却结晶使之成为一体的方法。

传统熔焊包括：氩弧焊，电弧焊，气焊 先进熔焊包括：电子束焊，激光焊

2、压焊：利用摩擦、扩散和加压等物理作用，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态下实现连接的方法。包括：点焊、滚焊、电阻焊、扩散焊、摩擦焊

3、钎焊：采用熔点比母材低的材料做钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料充满接头见习，冷却后结晶形成冶金结合。

三、焊接过程分析

1、热过程

2、热分布：点、线、面

3、相变过程中存在的问题

偏析、夹杂、气孔、热裂纹、冷裂纹、淬硬等

影响因素：焊材 焊接参数

四、焊接接头

1、焊接区

2、熔合区（过渡）

3、热影响区

五、焊接热源

1、热源特点：

a、局部

b、移动

2、希望热源具有特点

a、高能量、高能量密度（热量集中、减少热影响区）b、性能稳定 c、热效率高

3、主要热源有：电弧 化学热 电阻热 摩擦热 等离子体 电子束 激光 高频率电流

4、热效率

不同热源焊接效率不同

传播方式不同焊接热效率不同

六、温度场

1、温度分布场：某瞬时作用在工件上温度的分布

2、传热方式：辐射、对流、传导

3、特征： 用等温面或等温线表示

在温度场中是连续的 各等温面间存在温度差 等温面不相交

4、类型

稳定温度场：不随时间变化

非稳定温度场：随时间而变化

准稳定温度场：作用在恒定温度下面

5温度场影响因素

热源性质

焊接线能量 功率/速率 被焊金属物理性能

七、焊接热循环

焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上温度某点随时间的增长由低到高。达到最高峰值温度后，又由高到低的变化过程。决定焊接热循环的主要参数：加热速度

峰值速度 高温瞬时冷却速度

持续时间 最高温度停留时间

二、焊接的化学冶金

一、焊接的化学冶金

1概念：焊接区内各种物质在高温下相互作用的过程。

2研究对象：在各种焊接条件下，冶金反应与性能的关系

3研究目的：合力选择焊接材料 气体 方法 速度 电流大小 电压高低

4焊接化学冶金的特点：焊接过程要对金属进行保护

保护方式有：药皮保护

气体保护 真空保护

二、焊接化学冶金的反应区

药皮反应区：温度从100度到药皮熔点，主要是水蒸发、铁合金氧化和某些物质分解

熔滴反应区：从熔滴形成、长大至过渡至熔池中

熔池反应区：熔滴和熔渣落入熔池后开始

1、熔滴反应区特点：

温度最高与气体和其他材料接触大、反应时间段、熔滴和熔渣反应形成熔池

1800~2400度

2、熔池反应区特点“

反应时间较长、温度较低且分布不均匀、不断有新物质加入 1600~1900度

三、熔合比

熔合比影响因素： 焊接方法 厚件开坡口斜度 焊接工艺规范 接头形式与尺寸 母材性质 焊接材料

四、气体对焊接质量的影响

1、气体来源

焊材 热源周围气体 焊丝与被焊金属表面杂质 材料蒸发

3、对焊接影响最大：氮气 氢气 氧气 二氧化碳 水蒸气

A、氮气的影响

形成气孔

提高低碳钢 低合金钢焊缝金属强度 降低塑性和韧性 初始焊缝金属时效脆化

控制氮含量方法

加强焊接区保护

控制工艺参数

添加合金元素

B、氢对金属的影响

氢脆

白点

气孔

冷裂纹

控制氢的措施：

焊材选用含氢较少的焊材，焊前适当烘干

保护气体，选择含水较少的气体

杂质，控制焊丝和焊接表面杂质

冶金处理，在焊剂中加入一定量Caf

2控制工艺参数

焊后处理，焊后加热焊件使氢扩散溢出 C、氧对焊接质量的影响

氧含量增加会使δs δb下降

会产生热脆 冷脆和时效硬化

影响焊缝金属物理化学性质：导电性 导磁性 抗腐蚀性等

会与c 反应生成co 控制氧的措施：

焊材选用氧少的焊材

控制焊接工艺参数

脱氧处理： 先期脱氧：在焊剂中脱氧

沉淀脱氧：去除熔滴或熔池中的氧

扩散脱氧：限制氧化物在熔渣中的活动

五、焊缝金属合金比

1、概念：将所需的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属中去的过程

2、目的：补偿焊接过程中由于蒸发，氧化等造成的金属损失。

防止裂纹、气孔等缺陷，改善焊缝金属的组织和性能

获得具有特殊性能的熔敷金属和获得良好的异种金属焊缝

4、合金化方式：填充金属 合金粉末涂敷 药皮、药芯或焊剂

5、金属元素对氧的亲和力为: Cu Ni Co Fe W Mo Cr Mn V Si Ti Zr Al

六、硫磷的危害及控制

1、硫的危害

A、会产生FeS,增加了产生结晶裂纹的倾向，并降低了焊缝金属的冲击韧性和抗腐蚀性。B、控制硫的措施：

限制焊材中硫的含量

用冶金方法脱硫

2、磷的危害

A、增加焊缝金属的冷脆性，是冲击韧性降低，脆性转变，温度升高。B、控制磷的措施：

先期脱磷

冶金方法

三、结晶

一、焊接熔池结晶特征：

1、熔池体积小、冷却速度快。

2、熔池温度分布不均匀，液态金属处于过热状态。

3、熔池处于不断运动状态，熔池存在时间短。

4、熔池周围散热条件好

二、焊缝的结晶特点

1、焊接熔池的：非均匀形核和联生生长

择优长大

偏向晶和定向晶的形成2、焊缝凝固后的结晶形态

主要是柱状晶和少量的等轴晶，其中柱状晶包括平面晶和包晶；等轴晶包括树枝晶。

3、不均匀性和夹杂

a)结晶的不均匀性会产生：偏析、气孔、裂纹 b)偏析指显微偏析、层状偏析和区域偏析。

c)区域偏析的危害：在应力作用下产生纵向裂纹。

4、熔合区的不均性。

会产生脆性线、冷裂纹、再裂裂纹。

5、熔合区划分

分为：半熔合区、结晶过渡区和未混合区

三、焊缝金属组织调整和改善

1、一次结晶

一次结晶组织形态：粗大柱状晶。

A、粗大柱状晶对低碳钢影响不大，对高温合金钢高强钢影响大

B、粗大柱状晶影响：冲击韧性下降易产生热裂纹、夹杂、气孔、腐蚀等。

2、改善一次结晶的途径。

A、调整焊接工艺参数（熔池温度、冷却速度、化学成分变化、冶金反应等）B、变质处理

焊缝中添加某些金属元素、提高焊缝性能，主要是细化晶粒作用。

C、振动结晶

3、二次结晶组织

A、低碳钢 主要成分：铁素体+珠光体

特点：若焊接薄件则冷却速度快，使珠光体增多，冲击韧性下降。所以焊接薄件后应采取保温措施；若焊接厚件应采用多层焊。B、低合金钢

主要成分：铁素体+珠光体

特点：当F较细，珠光体较少，则焊缝韧性较好。

4、改善二次结晶组织的方法：

采用焊缝热处理。热处理后，HV下降、冲击韧性下降δs δb会升高

四、焊接过程组织转变

1、组织转变和温度有关

2、组织转变的特点：

A、加热温度高，一般在AC3以上

B、加热速度快

C、自然条件下连续冷却

D、高温停留时间短

E、局部加热

五，焊接热影响区组织分布

按热处理特性来看可分为两大类：

不易淬火钢：低碳钢 和普通合金钢

易淬火钢：中碳钢，低碳调制刚，中碳调质钢

1、易淬合金钢热影响区组织

a)组织分布与母材焊前的热处理状态有关 b)如果母材焊前是正火或退火状态，则焊后热影响区组织分布可分为：完全淬火区 部分淬火区 退火区

2、不易淬火钢热影响区组织分布

最易产生熔合区、过热区。还包括正火区，不完全结晶区，时效脆化区。1）

熔合区

特点：a.焊缝与母材相邻区域，是半熔化区 b．熔合区易产生裂纹，脆性

2)过热区（粗晶区）

特点：a.固相线以下到1100℃的区域

b．过热区会产生粗大奥氏体组织，韧性低

c．电子束与激光焊几乎没有过热区，与焊接方法有关

3）正火区（细晶区）

特点：a.金属杯加热到Ac3以上，会产生二次结晶，相当于热处理正火组织 b.温度处在Ac3到1000℃，会产生细小珠光体与F，塑性较好

4）不完全结晶区

特点：a.处于Ac1 ～Ac3，一部分组织发生相变与重结晶，成为细小铁素体还有一部分粗大铁素体

b.晶粒大小不一，组织不均匀

5）时效脆化区

特点：a.晶相组织无明显变化

b.厚件不易产生脆化，薄件易产生脆化

四、焊接缺陷

一、焊接缺陷的分类

裂纹：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、应力腐蚀裂纹、层状撕裂裂纹等

气孔：氢气孔、CO气孔、氮气孔

偏析：显微偏析、区域偏析、层状偏析

夹杂：非金属夹杂、焊剂或熔剂夹杂等

其他：未融合、未焊透、咬边、焊瘤、烧穿等

二、焊接裂纹的分类

1．宏观分类：表面裂纹、内部裂纹、热影响区纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹 2．本质分类：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂裂纹、应力腐蚀裂纹

三、热裂纹

1．热裂纹的分布形态

结晶裂纹（凝固裂纹）：特点是沿一次结晶的晶界分布，主要在杂质多的碳钢中

液化裂纹：在母材近缝区或多层焊前-焊道，受热而在液化晶界上形成的，主要是高碳钢与不锈钢中

多边化裂纹（高温低塑性裂纹）：高温时塑性低造成的 2．热裂纹特征

在焊接高温下产生，特征是沿奥氏体晶界开裂 3．热裂纹影响因素

1）合金状态图的类型: 热裂纹倾向随合金状态图结晶温度区间增大而增大

2）合金元素: S、P、C含量越高，结晶温度区间越大，热裂纹倾向越大

3）凝固结晶形态： 晶粒越粗大，柱状晶方向越明显，产生热裂纹倾向越大

4）应力因素

4．热裂纹的防止措施

1）控制焊缝中S、P、C等有害杂质的含量

2）改善焊缝凝固结晶组织

可向焊缝中加入细化晶粒元素，如Mo、V、Ti等

3）选用合适的接头形成 4）焊缝工艺参数

预热处理、焊后热处理，正确制定施工程序

四、冷裂纹

1.冷裂纹的特性

是最普遍的一种裂纹，是焊后冷却至较低温度后产生。主要发生在低合金钢、中合金钢、中碳钢和高碳钢的焊接热影响区。对薄件影响大，厚件影响小。2.冷裂纹的分布形态

延迟裂纹

淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）

低塑性裂纹

3.产生冷裂纹的原因 1)钢种的淬硬倾向

焊接时，钢种的淬硬倾向越大，越易产生裂纹 2）扩散氢的作用 氢是引起高强钢焊接冷裂纹重要因素之一，并有延迟特性 3）焊接接头的应力状态

不均匀加热及冷却产生的热应力 金属相变产生的组织应力 结构自身拘束产生的应力

4.冷裂纹的防止措施（与热裂纹相似）

五、再热裂纹

1、再热裂纹特征 a．存在粗晶区 b．与加热时间有关

c．如果焊接区有残余应力则易产生再热裂纹（一般碳素钢与固溶强化钢，不易产生）

2、再热裂纹影响因素

1）冶金因素：V的含量增多，碳影响增大，再热裂纹倾向越大

晶粒度越大，再热裂纹倾向越大

杂质越多，再热裂纹倾向越大 2）焊接工艺： 工艺规范

焊后热处理

材料匹配

焊接方法（一般选用高能高密度的热源）

六、裂纹评定方法 1.裂纹宏观评定方法

目测、X光检测、荧光检测、探伤、化学分析 2．微观评定方法

断口形貌分析

切片，晶相组织

五、合金结构钢的焊接

一、合金结构钢的分类

1.按合金元素分类 ：低合金钢钢 合金元素〈5%

中合金钢钢 合金元素5%～10%

高合金钢钢 合金元素〉10% 2.按性能与用途分类：强度用钢（高强钢）

低中合金特殊用钢

二、高强钢及特殊用钢的分类

１.高强钢： 普通低合金钢（热轧正火钢）

调质钢：低碳调质钢、中碳调质钢

２.特殊用钢： 珠光体耐热钢Ｐ

低温用钢：Ｆ、Ｍ、Ａ

低合金耐蚀钢

三、高强钢的性能及特点

１，普低钢

ａ．屈服强度为２９４～４９０ＭＰａ，属于热轧正火钢，也叫普通低合金钢，代表：１６Ｍｎ，１５ＭｎＶ

ｂ．合金系统：Ｃ－Ｍｎ－Ｓｉ（Ｃ－Ｍｎ－Ｖ－Ｍｏ）

ｃ．母材（ＢＭ）状态是Ｆ＋Ｐ或Ｆ＋Ｂ＋Ｐ

ｄ．特点：可靠性好 ２.低碳调质钢

ａ．屈服强度为４９０～９８０ＭＰａ，属于热处理强化钢，含碳量低，代表有：１４ＭｎＭｏＶＮ

ｂ．合金系统：Ｃ－Ｍｎ－Ｍｕ－Ｖ

ｃ．特点：综合性好，能承担较大压力 ３.中碳调质钢

ａ．屈服强度为８８０～１１７６ＭＰａ，属于热处理强化钢，含碳量较高（０．２５％～０．５％）代表：３０ＣｒＭｎＳｉＡ

ｂ．合金系统：Ｃ－Ｍｎ－Ｃｒ－Ｓｉ系列

ｃ．特点：用于强度要求很高的部件，退火焊接再调质处理

四、高强钢的焊接性分析

１．热轧及正火钢（普低钢）

主要问题有；冷裂纹、热裂纹和再热裂纹、热影响区脆化、层状撕裂

ａ．冷裂纹（９０％）

（１）．影响因素：含碳量，含碳量越高冷裂纹敏感性越大；淬硬倾向，焊接热影响区产生淬硬的吕氏体或Ｍ＋Ｂ＋Ｆ混合组织是，对氢致裂纹敏感，而转变为Ｂ或Ｂ＋Ｆ组织时，对氢致裂纹不敏感；热影响区最高硬度，最高硬度允许值是一个不出现冷裂纹的临界硬度值

（２）．预防方法：工艺上，减缓冷却速度；冶金上，在钢中加入金属元素（Ｔｉ，稀土等）能细化晶粒，从而抑制冷裂纹

ｂ．再热裂纹

热轧及正火钢一般含碳量低而Ｍｎ含量高，具有较好的抗热裂纹性能，而在焊后消除应力热处理后或焊后再次高温加热过程中可能出现再热裂纹。主要发生在中碳调质钢，和碳元素叫多的合金钢。

特点：含有沉淀强化金属元素（Cr,Mo,V）在500℃～700℃会产生再热裂纹，一般在使用中产生。

再热裂纹的防止方法：若零件在500℃～700℃使用，则不使用中碳调制钢；加Ti或稀土元素细化晶粒。

c.热影响区（HAZ）的脆化

粗晶区脆化：被加热到1200摄氏度以上的热影响去过热去可能产生粗晶区脆化，韧性下降

热应变脆化：产生于焊接融合区及峰值温度低于Ac1的亚临界热影响区。

防治脆化方法：选用热量集中的热源

d.总结减少裂纹倾向工艺方法

焊前预热，焊后保温

焊后热处理（可以调整内部晶粒组织，减少残余应力，改善接头性能，减少应力集中）

焊接材料选用（金属元素含量Mo要稍微高点3～5%）

2.举例分析（普低钢）

16Mn 1）特点：碳当量3%，合金元素少，可靠性好

2）焊接方法：手工电弧焊（除气焊外），埋弧焊，二氧化碳气体保护焊，氩弧焊，电子束焊等

3）辅助工艺：选择小的焊接线能量；厚件预热100～150℃

3.低碳钢调质钢

1）特点：a.含碳百分比低，添加金属元素多，бb高бs不高

b.如一般在调质状态下焊接

c.母材性能与接头性能相近

2)焊接方法：a.选用高能量高密度的焊接方法（TIG焊、MIG焊、电子束、激光）

b.如果用电渣焊焊厚件，速度较慢，焊后需调质处理

c.选用焊接方法，依据具体情况分析

3）焊材选用：a.选用与母材相近的焊接材料

b.焊接线能量不要太大

c.预热，降低降温速度

d.调质后低温回火减少残余应力 4）举例（低碳调质钢）

14MnMoVN 主要用于高压锅炉，有一定的脆性倾向

焊接方法:手工电弧焊、埋弧焊

辅助工艺：a.600～650℃回火减少冷裂纹 b.预热防止产生氢气孔

六、碳素钢的焊接

一、碳素钢的分类

1.按碳含量分类：低碳钢 碳含量 ≤0.3%

中碳钢 碳含量 0.3%～0.6%

高碳钢 碳含量 ≥0.6% 2.按质量分类：普通钢 含硫量＜0.065% 含磷量＜0.085%

优质钢A含硫量＜0.04% 含磷量＜0.04%

二、低碳钢的焊接

1.特点：a.由于含碳量低，金属元素少，可焊性优

b.焊接接头对各种焊接缺陷不敏感 2.焊接工艺

1）手工电弧焊容易产生晶粒长大，应采用（厚板）预热150℃～100℃，焊后热处理250℃使H2逸出 2）埋弧焊

三、中碳钢的焊接（35# 45#）

1.特点：a.塑性差，淬硬性提高易产生冷裂纹

b.手工电弧焊等焊接时易产生热裂纹 2.焊接工艺：

1）手工电弧焊尽量采用碱性焊条（抗裂性好）2）焊前烘干处理 3）厚件要预热处理

四、高碳钢的焊接（60#）

1.特点：a.热影响去的硬度值高，容易产生马氏体组织，冷裂纹倾向大 b.导热性不好，容易产生热裂残余应力 2.焊接工艺 1）焊材选用

不能按等强度来选用，一般用高强低合金焊条

2）若预热，采用350℃～460℃，焊条烘干一到两小时 3）采用手工电弧焊用直接反接，电流要小10%左右

4）回火处理600℃～700℃，消除残余应力，稳定接头组织，改善性能 5）若焊前不能预热，焊后不能热处理，则选用A302焊丝

七、有色金属的焊接

一、铝及铝合金的焊接

纯铝熔点为660℃，一般添加Cu,Mg,Zn,Si等合金元素 1.铝合金的分类

铸造铝合金Al-Si 变形铝合金：非热处理强化铝合金（防铸铝）:Al-Mn/Al-Mg 热处理强化铝合金：硬铝 Al-Cu-Mg 超硬铝Al-Cu-Mg-Zn 锻铝Al-Mg-Si-Cu