焊接熔合区的组织与性能的不均匀性
焊接接头的组成
1、焊接接头的组成，影响焊接接头组织和性能的因素。
（1）接头组成：包括焊缝、熔合区和热影响区。
（2）组织1）焊缝区接头金属及填充金属熔化后，又以较快的速度冷却凝固后形成。
焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。
但是，由于焊接熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，还通过渗合金调整焊缝化学成分，使其含有一定的合金元素，因此，焊缝金属的性能问题不大，可以满足性能要求，特别是强度容易达到。
2）熔合区熔化区和非熔化区之间的过渡部分。
熔合区化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织。
其性能常常是焊接接头中最差的。
熔合区和热影响区中的过热区(或淬火区)是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，会严重影响焊接接头的质量。
3）热影响区被焊缝区的高温加热造成组织和性能改变的区域。
低碳钢的热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。
(1)过热区最高加热温度1100℃以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织，叫过热区。
过热区的塑性和韧性明显下降，是热影响区中机械性能最差的部位。
(2)正火区最高加热温度从Ac3至1100℃的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，叫正火区。
正火区的机械性能较好。
(3)部分相变区最高加热温度从Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，叫部分相变区。
此区晶粒不均匀，性能也较差。
在安装焊接中，熔焊焊接方法应用较多。
焊接接头是高温热源对基体金属进行局部加热同时与熔融的填充金属熔化凝固而形成的不均匀体。
根据各部分的组织与性能的不同，焊接接头可分为三部分。
，在焊接发生熔化凝固的区域称为焊缝，它由熔化的母材和填充金属组成。
而焊接时基体金属受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域称为热影响区。
熔合区是焊接接头中焊缝金属与热影响区的交界处，熔合区一彀很窄，宽度为0．1～0．4mm。
（3）影响焊接接头性能的因素焊接材料焊接方法焊接工艺2、减少焊接应力常采用的措施有哪些？(1)选择合理的焊接顺序(2)焊前预热(3)加热“减应区”(4)焊后热处理3焊接变形的基本形式有哪些？消除焊接变形常用的措施有哪些？(1)焊接变形1)收缩变形2)角变形3)弯曲变形4)波浪形变形5)扭曲变形(2)措施1)合理设计焊接构件2)采取必要的技术措施①反变形法②加裕量法③刚性夹持法④选择合理的焊接顺序⑤采用合理的焊接方法4、为什么要对焊接冶金过程进行保护？采用的保护技术措施有哪些？焊接冶金过程特点：电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体三者之间进行着一系列物理化学反应，如金属的氧化与还原，气体的溶解与析出，杂质的去除等。
熔焊总结解读
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。
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
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
改善焊接热影响区的组织和性能
任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.3任务实施
熔合区的主要特征如下。 1.化学不均匀性 通过了解熔合区的形成可以知道，熔合区的范围非常小，加热和冷却都
比较溶质元素不能充分扩散，会呈现出严重的化学不均匀性。 一般来说，钢中的合金元素及杂质在固相中的溶解度都小于在液相中的
项目四 改善焊接热影响区的组织和性 能
1 任务4. 1 掌握熔合区的特征 2 任务4. 2 分析焊接热影响区的组织 3 任务4. 3 改善焊接热影响区的性能
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任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.1任务描述
熔合区是焊缝和母材的交界处，通过了解熔合区的形成过程，分析熔合 区的特征，明确熔合区是焊接接头中薄弱的环节之一。
℃ -200 ℃ 。而在焊接时，近缝区熔合线附近可接近金属的熔点，对于 低碳钢和低合金钢来讲，一般都在1 350℃左右。 (2)加热的速度快。一般热处理条件下，为了保证工件整体受热均匀，加 热速度比较缓慢。而焊接时，热源就集中在熔池周围，故加热的速度比 热处理时要快得多，往往超过几十倍甚至几百倍。表4-1给出了不同焊 接方法的加热速度。
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任务4. 2 分析焊接热影响区的组织
(3)局部加热。热处理时工件是在放在炉中整体均匀加热的。而焊接时是 局部集中加热，并且随热源的移动，被加热的范围也随之移动。正是这 种局部集中加热和热源移动，造成加热速度快，冷却速度也快;还造成了 热影响复杂的应力状态。
(4)高温停留时间短。在热处理条件下，可以根据工件要求和工艺需要对 保温时间任意控制。焊接时在Ac3以上保温的时间很短，一般焊条电弧 焊为4~20s，埋焊时为30~100 s。
4.1.2相关知识
一、熔合区的概念 焊缝与母材之间不是一条简单的熔合线，而是由一个区域构成，这个区
熔焊原理第四章
熔池的凝固与焊缝金属的固态相变
一、熔池凝固(一次结晶)的特点 1、熔池的体积小，冷却速度大。平均冷却速度约为 4～100℃/s。 2、熔池的温度分布不均匀，从熔池中心到边缘存在很 大的温度梯度。 3、熔池是在运动的状态下结晶的。熔池液态金属流动 的总趋势是从熔池的头部向尾部流动。 4、焊接熔池凝固以熔化母材为基础。
焊接热影响区
三、 焊接热影响区的组织
☆母材的成分不同，焊接热影响区各点经受的热 循环不同，焊后发生组织和性能的变化也不相同。
1.不易淬火钢热影响区的组织和性能
低碳钢和低合金高强钢(Q345、Q390)
(1)过热区 过热区紧邻熔合区，加热温度范围为 1100～1490℃。由于温度高，奥氏体晶粒严重长大， 冷却后获得晶粒粗大的过热组织，有时，还会出现 魏氏组织。因此，该区塑性和韧性都很低，其韧性 比母材金属低20%～30%，是热影响区中的薄弱环节
焊接热影响区
2、焊接热影响区的脆化
（1）粗晶脆化 由于晶粒严重粗化造成，晶粒尺寸↑脆化↑ 主要原因：过热奥氏体晶粒长大，冷却后形成粗大的 魏氏组织。 措施：小的焊接热输入，加入合金元素，如Ti、Nb、 Mo、V、W、Cr 。 （2）组织脆化 淬火脆化：焊接含碳量和合金元素较高的易淬火钢， 形成马氏体组织。 预防：降低冷却速度。大热输入、预热、后热
熔池的凝固与焊缝金属的固态相变
2、低合金钢焊缝的固态相变组织 低合金钢焊缝固态相变的情况比低碳钢复杂得多， 除铁素体与珠光体转变外，还可能出现贝氏体与马 氏体转变。 母材强度不高时(如Q295、Q345)，焊缝中的碳和合金 元素均接近于低碳钢，焊缝的二次结晶组织通常为 铁素体+珠光体 焊缝中合金元素的种类及数量较多，二次结晶组织可 以是铁素体+贝氏体、铁素体+马氏体或单一的马氏 体
材料连接原理范围后答案
材料连接原理范围后答案1.焊接的定义？焊接与机械连接各有何特点？（简08）P1答：焊接是通过加热或加压（或两者并用）使两个分离表面的院子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。
机械连接技术是指用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连接成一个复杂零件或不见的过程。
相互间的连接是靠机械力来实现的，随机械力的消除接头可以松动或拆除。
2.试从理论上简述怎样才能实现焊接过程？采用什么工艺措施才能实现焊接？（简11）P2答：理论上当两个被连接的固体材料表面接近到时，就可在接触表面上进行扩散再结晶等物理过程从而形成键合达到冶金连接的目的。
措施：（1）对被连接的材质施加压力；（2）对被连接材料加热（局部或整体）3.焊接热源有哪些共同要求？描述焊接热源主要用什么指标？(简05.07.09）P6答：要求：能量密度高、快速实现焊接过程、得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。
主要指标：最小加热面积、最大功率密度和正常焊接规范条件下的温度。
4.试简述焊接热过程的特点？（简06.10）P74答：加热温度高；加热速度快；高温停留时间短；自然条件下连续冷却5.焊条药皮的作用？P22答：保护作用；冶金作用；改善焊接性6.焊条工艺性能？P22答：焊接电弧的稳定性；焊缝成形；全位置焊接性；飞溅；脱渣性；焊条的熔化速度；药皮发红的程度；焊条发尘量。
7.药芯焊丝特性？答：（1）熔敷速度快，生产效率高（2）飞溅小（3）调整熔敷金属成分方便（4）综合成本低8.烧接焊剂特点？答：优点：（1）烧结焊剂的合金成分灵活性很强；（2）烧结焊剂可以有效降低焊接过程中的氧化烧损情况；（3）烧结焊剂具有良好的焊结工艺性能；（4）烧结焊剂比重小（5）生产过程环保节能、易输入便于回收。
缺点：（1）对焊接参数比较敏感（2）影响化学成分均匀性（3）吸湿性强易受潮，使用前必须严格烘干。
9.试分析说明钛钙型（J422）焊条与碱性低氢型（J427）焊条，在使用工艺性和焊缝力学性能方面有哪些差别？答：其他工艺性能如全位置焊接性，融化系数等差别不大。
焊接接头的组织和性能
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以上就是低合金高强钢焊缝金属可能存在 的几种组织。概括而言，我们希望得到较 多的针状细晶铁素体，不希望得到侧板条 铁素体，先共析铁素体，如果合金成分能 显著增加奥氏体稳定性，降低其分解温度， 这一愿望即可实现。试验表明Mn含量0.8～ 1.0%、Si0.1～0.25%，而Mn/ Si=3～6时，即 可得到细晶铁素体和针状铁素体。我们还 希望得到的贝氏体为下贝氏体，而不希望 产生上贝氏体或粒状贝氏体，以及孪晶高 碳马氏体，其办法是控制
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冷却速度；使在600～450℃区间(贝氏体转变的 高温段)停留时间尽量短，以尽量减少形成粒 状贝氏体和上贝氏体的机会(可控制t8-5来实 现)、降低含C量，使一且发生马氏体转变时
能形成板条状位错型马氏体，它的存在有利 而无害。有资料表明，焊缝含有微量Ti、B有
利形成针状铁素体，而抑制先共析铁素体的 形成，Ti与B同时加入最佳，因为Ti优先和氧 反应对B不被氧化起到保护作用。B凝聚在A
学性能。
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2、焊缝金属的显微组织与性能
低碳钢是亚共析钢，在焊接熔池冷却凝固 的一次结晶完成后，在一定温度下将发生 二次结晶即固态相变，这时的组织应该是 铁素体加少量珠光体。其组织质量分数的 不同和性能的不同取决于冷却速度，即冷 却速度越大，铁素体含量越少，
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珠光体越高，硬度强度也随之增高，且组织 细小。反之则组织变粗，铁素体越多珠光体 越少、硬度强度降低。需要注意的是铁素体 的形态，在不同冷却速度下也是不同的。且 对性能有影响。
低温压力容器、锅炉专业用低合金高强度钢 标准。
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1、低合金高强度钢的焊缝合金化
我们以焊条电弧焊为例来讨论。其实从焊条标
焊接冶金与焊接性答案
焊接冶金与焊接性答案【篇一：焊接冶金学课后答案】>1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？答：热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：mn，si。
（2）细晶强化，主要强化元素：nb,v。
（3）沉淀强化，主要强化元素：nb,v.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：v,nb,ti,mo（3）沉淀强化，主要强化元素：nb,v,ti,mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。
热轧钢被加热到1200℃以上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的v析出相基本固溶，抑制a长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、m-a等导致韧性下降和时效敏感性增大。
制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。
2．分析q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。
答:q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不3.q345与q390焊接性有何差异？q345焊接工艺是否适用于q390焊接，为什么？答：q345与q390都属于热轧钢，化学成分基本相同，只是q390的mn含量高于q345，从而使q390的碳当量大于q345，所以q390的淬硬性和冷裂纹倾向大于q345，其余的焊接性基本相同。
q345的焊接工艺不一定适用于q390的焊接，因为q390的碳当量较大，一级q345的热输入叫宽，有可能使q390的热输入过大会引起接头区过热的加剧或热输入过小使冷裂纹倾向增大，过热区的脆化也变的严重。
4.低合金高强钢焊接时，选择焊接材料的原则是什么？焊后热处理对焊接材料有什么影响？答：选择原则：考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响。
焊接难点
一、焊接热影响区的组织分布(1)不易淬火钢的组织分布：低碳钢、16Mn、15MnV、15MnTi1.过热区（粗晶区）加热温度在固相线一下到晶粒开始急剧长大的温度（一般指11000C）范围内的区域叫过热区。
由于该区加热温度高，奥氏体晶粒严重长大，冷却后也会得到粗大的过热组织，所以，又称为粗晶区。
该区焊后晶粒度一般为1-2级，韧性很低，通常冲击韧性要降低20%-30%。
因此，在焊接刚度较大的结构时，常在过热区产生脆化或裂纹。
过热区与熔合区一样，都是焊接接头的薄弱环节。
2.相变重结晶区（正火区）该区的加热温度是在Ac3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内。
由于该区的加热温度超过Ac3，所以，铁素体和珠光体已全部转变为奥氏体。
由于加热温度较低（一般低于11000C），奥氏体晶粒尚未明显长大，因此在空气中冷却以后会得到均匀而细小的铁素体和珠光体，相当于热处理时的正火组织，所以该区又叫正火区。
此区的综合力学性能一般比母材还好，是热影响区中组织性能最后的区域。
3.不完全重结晶区该区的加热温度处于Ac1-Ac3之间，因此在加热的过程中，原来的珠光体全部转变为细小的奥氏体，而铁素体部分溶入奥氏体，剩余部分继续长大，成为粗大的铁素体。
冷却是奥氏体转变为细小的铁素体和珠光体，粗大的铁素体依然保留下来。
所以，该区的特点是组织不均匀，晶粒大小不一，因此力学性能也不均匀。
以上三个区域是低碳钢、低合金钢焊接热影响区的主要组织特征。
但如果母材焊前经过冷加工变形，则在加热温度处于Ac1-4500C 的范围内将会发生再结晶过程，结果是加工硬化消失，强度下降，塑性、韧性提高。
对于有时效敏感性的钢种，加热温度在Ac1-3000C的范围内，会发生应变时效过程，引起该区的脆化，表现出较强的缺口敏感性，但在金相组织上并无明显变化。
(2)易淬火钢的组织特征：低碳调质高强钢（如18MnMoNb）、中碳钢（如45钢）和中碳钢调质高强钢（如30CrMnSi）1.完全淬火去该区的加热温度处于固相线到Ac3之间。
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焊接熔合区的组织与性能的不均匀性
熔合区的成分不均匀性，必然会导致金属组织和性能的不均匀性。
其不良影响的严重程度，一方面同成分不均匀性的沿着沉甸甸有关；另一方面在很大程度上又与母材金属A（或B）同焊缝金属D各组成元素间相互作用的性质有关。
以奥氏体填充材料焊接碳钢-奥氏体不锈钢焊接接头为例：此时在碳钢一侧熔合区如果生产了严重的不均匀搅拌层，则出现Ni、Cr含量低于奥氏体不锈钢而高于碳钢的水平，其碳含量又接近于碳钢水平的特殊成分带，因此不可避免的要出现淬硬的马氏体组织。
这种焊接接头的组织按以下组织形式出现：奥氏体不锈钢一侧焊缝和焊缝金属为奥氏体组织；碳钢一侧焊缝的熔合区有可能出现马氏体组织；而在奥氏体不锈钢焊接热影响区，会出现晶粒长大；在碳钢的焊接热影响区，也可能出现淬硬组织。
这样，在奥氏体填充材料焊接碳钢-奥氏体不锈钢焊接接头就形成了十分复杂的不均匀组织，而其性能，自然也包括力学性能也是十分复杂和不均匀的。
焊接熔合区固、液相间化学成分不均匀性。
通常，被焊的两异种材料的成分差异与得到的，则焊缝金属与焊缝两侧或焊缝一侧母材金属的成分差异也愈大。
另外，即使是焊缝金属同母材金属之间的某元素的含量相同，焊缝金属同母材金属之间也就形成一种异种材料的连接副。
焊接过程中，一侧是固态的A（或B）母材金属，一侧是D成分的液态焊接熔池。
即使某元素在熔池中的含量与某侧母材中的含量相等，但由于该元素在固、液共存条件下，在固、液相界面两侧的含
量也不会不同。
一般来说，将是液相（即熔池）含量高，固相（即母材）含量低，而在熔合线两侧出现化学成分的不均匀性。
相反，对于焊接熔池含有某元素，而母材没有时，一般来说，也会由于扩散使母材在熔合线附近会溶入这种元素，而降低熔合线两侧化学成分的不均匀性。
如图8-3所示，微信公众号：hcsteel在焊接熔池的高温下，D 元素将从熔池向母材A（或B）发生扩散（包括某些情况下的上坡披散），由D进入A（或B）扩散进入D的元素则由于液体的流动而均匀化，并不影响该局部的焊缝金属成分，焊缝一侧（或两侧）的不均匀性决定于A（或B）和D的成分和各组成元素的本性，这是不可避免的；但其扩散的深度和最终的浓度梯度，则受到温度的高低和高温下停留时间以及元素固有性能（如扩散能力）的影响。
这是金属一侧（或两侧）的固相结晶成分不均匀性的一个来源。
应当指出，焊接方法的不同、焊接工艺条件及参数、焊接过程的稳定性和焊后热处理的温度和保温等，都会对异种焊接接头熔合区的组织和性能的不均匀性和不一致带来影响。