过程设备焊接3-1.pptx

3 焊接接头 焊接接头由焊接区和部分母材组成 焊接区—焊缝金属、熔合区和热影响区3.1 焊接接头的组织与性能3.1.1 焊缝金属 由熔化的母材和填充材料组成，其特点： (1)存在铸造缺陷 冶金过程与铸造相似，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。 (2)存在有害气体元素O、N、H ■ O—以FeO及其他氧化物夹渣存在于晶界,使韧性塑性↓ 来源：焊接材料、空气 ■ N—以Fe16O2及其他氮化物存在于晶界，使韧性塑性↓↓，强度硬度↑，以N2存在时可形成气孔。 来源：空气 ■ H—高温时熔入，常温时来不及析出，以过饱和状态（H原子）存在与晶格间隙内，可以自由扩散，故称为扩散H。 危害：在晶格间隙汇集→H2→气孔；引起冷裂纹 来源：空气、保护气体、焊接材料 工件表面油污、铁锈等 (3)存在夹杂物 熔池因冶金反应生成氧化物和硫化物等颗粒,来不及浮出而残存于焊缝内部,主要是Si02,呈弥散状态分布，对焊缝的危害大。 (4)存在杂质元素S和P S主要以FeS和MnS形式存在于晶界,促生热裂纹，并使韧性↓ 来源:焊接材料 P主要以Fe2P和Fe3P形式存在，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。 来源:焊接材料和母材.3.1.2 熔合区 (1)熔合区的构成 a. 半熔化区 靠近热影响区一侧 产生原因: ■ 电弧吹力和熔滴过渡使坡口熔化不均匀 ■ 母材晶粒取向不同造成的熔化不均匀 ■ 母材各点熔质分布不均匀 b.未熔合区(不完全熔合区) 靠近焊缝一侧 是富集母材成分的焊缝区 产生原因: 熔池边缘的温度低，使对流和扩散过程进行困难，导致母材与填充金属不能很好熔合. 母材与填充金属成分差异↑，未熔合区↑如果填充金属成分与母材成分完全相同，未熔合区会消失。 (2)熔合区的特点 a.化学成分和组织都极不均匀 b.两高一低的特点 残余应力和硬度↑，而韧性↓3.1.3 热影响区(HAZ)　　 熔合区外侧受焊接热循环的作用而发生组织和性能变化的母材部分.材料不同,其组织性能亦有区别. (1) 低碳钢与低强度合金钢(不易淬火钢) 热影响通常有四个区域(如图3-3所示)。 a.粗晶粒区（过热区） 1500～1100℃ 晶粒粗大的过热组织,塑性和韧性↓,硬度↑,为接头中的最差部位. b.细晶粒区(正火区) 1100～900℃ 相当于正火热处理,晶粒细小,强度、塑性、韧性↑ c.粗细晶粒区（不完全正火区) 900～750℃ 在Ac3～Ac1之间部分发生相变,但F不发生转变,高温下其晶粒↑,冷却时形成细珠光体和铁素体，晶粒大小极不均匀，力学性能↓,强度↓。 d.回火区（未发生组织变化区） 750～400℃ 相当回火热处理,强度稍有下降,塑性↑，力学性能略有改善. (2)易淬火钢 a.淬火区 Ac3以上,马氏体组织,硬且垂脆,易裂. b.部分淬火区（不完全淬火区） Ac3～Ac1温度区间,铁素体+马氏体组织,塑性韧性↓，强度↓ c.回火区 处于Ac1温度以下,韧性↑,强度、硬度↓ (3)无相变钢 如奥氏体不锈钢,仅有过热区 (4)焊接热影响区的范围 影响区范围常以加热到相变温度的区域来定热影响区的大小受多种因素影响，焊接方法、焊件板厚、线能量及不同的施焊条件，都会使热影响区尺寸发生变化。表3—1列出了不同焊接方法焊接低碳钢时热影响区的平均尺寸.3.2 焊接接头的裂纹3.2.1 热裂纹 (1)热裂纹产生的原因 在熔池金属结晶过程中，低熔点共晶体被排挤在晶界形成 “晶间薄膜”，成为一个薄弱地带，在拉应力作用下，裂开而形成热裂纹. (2)热裂纹的类型 a.结晶裂纹 在结晶过程中，在固相线附近由于凝固金属收缩时残余液相不足，致使沿晶界开裂. 主要发生在碳钢、低合金钢合和奥氏体钢的焊缝中。 b.高温液化裂纹 热影响区由于含有低熔点共晶物被重新熔化,在收缩应力的作用下，沿奥氏体晶间发生开裂。 主要发生在含有Ni、Cr的高强度钢、奥氏体钢、不锈钢的粗晶区内。 (3)热裂纹的影响因素与控制 a.化学成分 ■ S,P 易形成低熔点共晶物,造成偏析,危害随C↑而↑ ■ C 易使S、P发生偏析形成的低熔点共晶物聚集于晶界；降低硫在铁中的溶解度，而促成硫与铁化合生成FeS，使热裂纹的倾向↑ ■ Ni易于与硫形成低熔点共晶，促成热裂纹的产生 ■ Si当硅量大于0．4％时，容易形成低熔点的硅酸盐夹杂，增加了形成热裂纹的倾向 ■ Mn能改善硫化物的分布形态，使之由FeS变成球状硫化物，从而使抗热裂性↑ b.焊缝系数Ψ↓，焊缝过窄，不利杂质上浮反之抗裂性↑ c.碱性焊条和焊剂脱S、P性好抗热裂能力↑ d.通过预热减小焊接的冷却速度，以减小焊接应力 e.采用收弧板 ，避免弧坑裂纹在工件上发生3.2.2 冷裂纹 (1)特征与危害