在熔焊过程焊缝金属被加热熔化再冷却凝固实际上是.docx

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在熔焊过程焊缝金属被加热熔化再冷却凝固实际上是

在熔焊过程中，焊缝金属被加热熔化，再冷却凝固，实际上是一个冶金过程。

在这个过程中接头金属发生一系列的物理、化学反应，其力学性能也会发生相应的变化。

（1）首先看一下熔焊过程

焊条由焊条芯和药皮组成。

焊接时焊条和被焊的母材之间形成电弧，焊条熔化形成金属熔滴，与熔化的母材一起形成熔池。

随着焊条的移动，先形成的熔池冷却凝固形成焊缝。

燃烧的药皮形成保护气体和熔渣，把焊条、电弧、熔滴、熔池包围起来，防止有害气体的侵入。

熔渣冷却后形成固态的渣壳覆盖在焊缝上，焊后敲渣去除。

焊接时，先进行引弧，焊条由焊钳夹着接电源的一极，工件接电源的另一极。

首先用焊条敲击工件，焊条与焊件瞬时接触，发生短路，强大的短路电流流经少数几个接触点致使接触点处温度急剧升高并熔化、分子蒸发。

焊条迅速提起，高温焊条在两电极间的电场作用下，使热电子发射，飞速的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使空气电离，使带电质点定向运动，从而产生焊接电弧。

焊接电弧渐渐移动，不断熔化焊条和被焊母材，形成熔池，熔池不断凝固，形成焊缝。

熔焊过程中，焊接接头要发生一系列物理、化学反应，主要有：

液相冶金、熔池结晶、焊缝和热影响区的组织变化。

熔焊液相冶金有哪些特点呢？

和炼钢相比，钢在电弧焊时，液相冶金过程具有：

1）反应温度高；

2）比表面积大；

3）反应时间短等特点。

温度高会带来哪些危害？

1）熔焊冶金反应温度很高，所以氧化反应迅速、激烈。

2）元素烧损和蒸发大。

3）氢、氧、氮等有害气体侵入熔池，形成夹杂，使焊缝的力学性能下降，且易产生气孔、夹杂物等焊接缺陷。

反应时间短会带来哪些危害？

1）熔焊的冶金反应时间短，反应不完全，所以成分不均匀。

2）气体、杂质也来不及浮起。

3）冶金反应时间短，金属冷却速度快，淬硬倾向大。

从熔焊冶金特点可知：

对焊缝影响较大的是气体的侵入和成份的变化。

焊缝力学性能的变化是：

塑性大大降低，冲击韧度大大降低，硬度很高、脆性很大。

（2）保证焊缝质量的措施有哪些？

1）首先为防止有害气体侵入熔池，用气体和熔渣，或者只用气体隔离空气，防止有害气体侵入熔池。

焊前清理焊件及焊丝、烘干焊条或焊剂，防止水分解形成氢和氧，使焊缝发生氢脆，以及加速焊缝的氧化。

2）冶金处理

一是添加Si、Mn等有益元素，以提高焊缝的强度和韧性。

二是脱氧、脱硫、脱磷，因为S使钢具有热脆性，P使钢具有冷脆性。

三是渗入Ti、V、Mo等有益合金，形成碳化物，起到强化作用。

2．熔池结晶

熔池金属凝固时，是以熔合线上局部熔化的母材晶粒为核心，形成与母材金属长合在一起的“联生结晶”，并沿着散热的反方向长大成垂直于熔池壁的柱状晶。

焊缝金属有哪些特点？

1）焊缝金属的晶粒较粗；

2）组织不致密；

3）易形成化学成分的偏析；

4）容易产生热裂纹。

保证焊缝质量有哪些措施？

要保证焊缝质量主要是细化焊缝的晶粒。

1）在焊缝中添加少量Ti、V、Mo，形成弥散的结晶核心，结晶核心增加了，每个晶粒就小了。

2）采用机械振动、超声振动、电磁搅拌等方法细化晶粒。

3．焊接接头的组织转变

什么是焊接接头？

焊接接头是由两个或两个以上零件要用焊接组合或已经焊合的接点。

焊接接头按组织和性能的变化不同，可分为焊缝金属区、熔合区和热影响区，热影响区又分为过热区、相变重结晶区和不完全重结晶区。

（手势）这是低碳钢焊接接头的组织分布。

曲线的横坐标是焊接接头离焊缝中心的距离，纵坐标是该处在焊接过程中达到的最高温度。

（1）焊缝金属区

焊缝金属区是铸态组织，可通过脱氧去硫磷和渗入合金元素，使其质量较好。

（2）熔合区

熔合区是焊缝与母材交接的过渡区，也就是熔合线处的母材半熔化区。

该区的加热温度在固、液相线之间，由铸态组织和过热组织构成，可能出现淬硬组织，化学成分和组织都很不均匀，是焊接接头中力学性能最差的部位之一，常是焊接裂纹的发源地。

（3）热影响区是焊接过程中，材料因受热的影响而发生金相组织和力学性能变化的区域，包括过热区、相变重结晶区和不完全重结晶区等。

1）过热区

过热区具有过热组织或粗大晶粒，加热温度在固相线与1100℃之间，力学性能明显下降，是热影响区中力学性能最差的部位，通常也是焊接裂纹的发源地。

对于易淬火钢，则易转变为淬硬组织，性能更差。

2）相变重结晶区

相变重结晶区具有正火组织，加热温度稍高于Ac3线，晶粒细小、均匀，相当于正火处理，所以又称为正火区。

该区的力学性能明显改善，是焊接接头中性能最好的区域，但对于易淬火钢，也容易形成淬硬组织。

3）不完全重结晶区

不完全重结晶区的部分组织发生相变重结晶，加热温度在Ac3线与Ac1线之间，仅有部分组织发生相变重结晶成为均匀、细小的晶粒，其余组织未发生重结晶而为较粗大的晶粒。

故该区晶粒和组织都不均匀，力学性能较差，对于易淬火钢，则可能出现部分淬硬组织。

改善熔合区和过热区质量的措施有哪些？

1）选用热量集中的焊接方法。

热影响区宽度越小、热影响越小、性能越高。

这张表是不同焊接方法热影响区的平均宽度，从表中可以看出，真空电子束焊的热影响区很窄，而电渣焊的热影响区很宽，所以电渣焊后焊缝必须正火。

2）焊接工艺

在保证焊接质量的前提下，应该尽量采用小电流，提高焊接快速，使焊缝单位长度上的热量输入尽量小，以减小热影响区。

3）焊后正火

对于重要的钢结构，可以采用焊后正火或调质处理，以改善焊接接头的组织和力学性能。