第3章焊接接头的组织和性能
第三章__焊接接头
坡口二等分平面之间的夹角.
▪ 2、常见的焊接位置 ▪ 〔1〕平焊位置 ▪ 〔2〕横焊位置 ▪ 〔3〕立焊位置 ▪ 〔4〕仰焊位置
焊条
上端
焊 接 方 向
下端
下
▪ 3、常用的焊接位置的名词术语 ▪ 〔1〕船形焊 ▪ 〔2〕平焊 ▪ 〔3〕横焊 ▪ 〔4〕立焊 ▪ 〔5〕仰焊 ▪ 〔6〕向上〔下〕立焊,热源自下〔上〕向上〔下〕
▪ 7．控制熔合比
▪ 熔化焊时,被融化的母材在焊缝金属中所占的百分 比叫熔合比.控制它在焊后获得希望得到的焊缝. 当母材和焊材化学成分基本相同时,熔合比对焊缝 金属性能无明显影响.当母材与焊接材料有较大差 别或较多杂质时,一般选择较小的熔合比.
T形〔十字〕接头
T形接头的承载能力
Fy M
Fx
Fy
Fz
M Fx
T形接头是典型的电弧焊接头,能承受各种方向的力和 力矩,这类接头应避免采用单面角焊缝,因为这种接头的 根部有很深的缺口,其承载能力低.
角接接头
两板件端面构成30°~135°夹角的焊接接 头称作角接接头,角接接头多用于箱形构件.
二、坡口形式和几何尺寸
▪ 3〕CO2气体保护焊
▪ 利用从送丝焊嘴中喷出的CO2气体隔离空气,保护焊接 电弧和熔化金属,并且不断地向熔池送进焊丝与熔化的 母材金属熔合形成焊接接头的工艺方法,简称MAG焊.除 去气体保护焊的共同优点外,还具有抗氢气孔能力强、 适合薄板焊接、易进行全位置焊接等优点.也是一种高 效节能成本低的焊接方法.在不同的焊接条件下,正确地 调整焊丝成分,将对焊接过程产生很大的影响,也是CO2 气体保护焊得到高质量焊接接头的保证.
改善焊接接头性能的方法焊缝和热影响区的组织特征对接头的力学性能影响很大改善方法有1选择合适的焊接工艺方法同一接头同一材料采用不同的焊接方法焊接工艺时接头性能会有很大差异
《金属熔焊原理及材料焊接》习题答案
《金属熔焊原理及材料焊接》习题答案绪 论一、填空题1．连接金属材料的方法主要有____________、____________、____________、____________等形式，其中，属于可拆卸的是___________、____________属于永久性连接的是____________、____________。
2． 按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接分为___________、___________ 和__________三类。
3．常用的熔焊方法有_____________、_______________、_______________等。
4．焊接是通过____________或___________或两者并用，用或不用______________，使焊件达到结合的一种加工工艺方法。
5．压焊是在焊接过程中，必须对焊件施加___________，以完成焊接的方法。
二、判断题（正确的划“√”，错的划“×”）1．焊接是一种可拆卸的连接方式。
﹙ ﹚2．熔焊是一种既加热又加压的焊接方法。
﹙ ﹚3．钎焊是将焊件和钎料加热到一定温度，使它们完全熔化，从而达到原子结合的一种连接方法。
﹙ ﹚4．钎焊虽然在宏观上也能形成不可拆卸的接头，但在微观上与压焊和熔焊是有本质区别的。
﹙ ﹚5．焊接接头由焊缝和因焊接热传递的影响而产生组织和性能变化的焊接热影响区构成。
﹙ ﹚6．焊接是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种方法。
﹙ ﹚答案一、填空题1．螺纹连接 键连接 铆接 焊接 螺纹连接 键连接 铆接 焊接2．熔焊 钎焊 压焊3．气焊 焊条电弧焊 CO气体保护焊24．加热 加压 填充材料5．压力二、判断题1．× 2．× 3× 4．√ 5．√第一章 焊接热源及其热作用一、填空题1．常用焊接热源有_____________热、_____________热、_____________热、_____________和_____________等。
焊接接头和焊缝形式3
4.接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。
（五）压力容器焊接接头种类划分及要求
3.平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。
这是选择坡口的最基本要求
两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。应力集中相对较小，且易于降低和消除（例如将余高去除）。所以从力学角度看对接接头是比较理想的接头形式，不但静载荷可靠，而且抗疲劳强度也高。如图1所示。
第三章 焊条电弧焊
二、焊接接头的类型及特点
4．焊缝厚度
焊缝计算厚度是设计焊缝时使用的焊缝厚度。
对接接头单面焊时，计算厚度不小于0.7δ
在角焊缝的横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度叫焊脚尺寸，见上图。
6．焊缝成形系数
熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度(C)与焊缝计算厚度(H)的比值(ф＝C／H)见下图。该系数值小，则表示焊缝窄而深，这样的焊缝中容易产生气孔和裂纹，该系数值大，则表示焊缝宽而浅，这样的焊缝抗气孔和裂纹的能力强，所以焊缝成形系数应该保持一定的数值，例如埋弧自动焊的焊缝成形系数ф要大于1.3。
2.按施焊时焊缝在空间所处位置分：
3.按焊缝断续情况分：
连续焊缝和断续焊缝两种形式。
焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度，如下图
图：焊缝宽度
（二）焊缝的形状尺寸
焊缝的形状用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝，其形状参数也不一样。
1．焊缝宽度C
（2）.但在动载或交变载荷下，它非但不起加强作用，反 而因焊趾处应力集中易于促使脆断。所以余高不能低于母材但也不能过高。
第3章焊接接头的组织和性能
第3章焊接接头的组织与性能控制
• 焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成、熔池金属在经历了一系列化学冶金反应后，随着热源远离温 度迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝,并在继续冷却中发生固态相变。熔合区和热影响区在焊接热源的作用下，也将 发生不同的组织变化，很多焊接缺陷，如气孔、夹杂物、裂纹等都是在上述这些过程中产生，因此,了解接头组织与 性能变化的规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。 • •
• •ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• • • • •
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3.1.3焊缝金属的固态相变 1、熔池结晶组织与焊缝固相转变组织的关系 （1）焊缝结晶的一次组织和二次组织 熔池凝固后得到的组织通常叫做一次组织，大多数钢高温奥氏体.在凝固后的继续冷却 过程中，高温奥氏体还要发生固态相变,又称为二次结晶，得到的组织称为二次组织。 焊缝经过固态相变得到的二次组织即为室温组织。二次组织是在一次组织的基础上转 变而成，对焊缝金属的性能都有着决定性的作用。 （2）焊缝一次组织对二次组织的影响 焊缝金属经历了从液态冷到室温的全过程，其二次组织是在快冷的条件下所形成的逸 出结晶组织的基础上在连续冷却的条件下形成的。因此，焊缝的最终组织不仅与γ→α 转变有关，而且与凝固过程有关。焊缝在不平衡条件下得到的一次组织，直接影响继 续冷却时过冷奥氏体的分解过程及分解产物。 1）焊缝一次组织组织粗大，影响焊缝对二次组织的晶粒度的大小，同时为产生魏氏 体创造了前提。 2）焊缝的偏析在熔池一次结晶时产生，对二次组织和性能产生影响。 2、焊缝金属固相转变 焊缝金属的固态相变遵循一般钢铁固态相变的基本规律。一般情况下，相变形式 取决于焊缝金属的化学成分与连续冷却过程的冷却速度。 1低碳钢焊缝的固态相变 材料极缓慢的冷却条件下，由铁碳合金状态图可知，在平衡状态下低碳钢的低碳钢其 中铁索体约占82％，珠光体约占18％ ，其硬度约为83 HB。 （1）焊缝的固态相变过程 熔池凝固后，全部变成A,继续冷却，冷至Ac3线A→A+F至Ac1线，剩余的A→P低碳钢 焊缝金属二次结晶结束时，其组织为F+ P。
第三章-焊接接头的不均匀性
角接头
§3-2 焊接接头的工作应力分布和工作性能
一,应力集中的定义
σ max KT = σm
二,电弧焊接头的工作应力分布和工作性能 一对接接头
二丁字接头,十字接头
三搭接接头
1.正面角焊缝的工作应力分布
正面搭接焊缝的弯曲变形
2.侧面角焊缝的工作应力分布
3.联合角焊缝搭接接头中的工作应力分布
二,焊接接头的不均匀性及其力学行为
一热影响区的力学性能
1.强度和塑性
2.韧性
3.热塑变脆化
二焊缝金属的力学性能
三低强焊缝金属的力学性能
低组配-硬夹软 高组配-软夹硬
三,焊接接头的基本形式
一焊缝的基本形式 1.对接焊缝
2.角焊缝
二接头的基本形式
搭接接头: 开槽焊和塞焊
丁字(十字)接头
�
4.盖板接头中的工作应力分布
三,接触焊接头的工作应力分布和工作性能
点焊接头
多排点焊接头排数多于三排是不合理的, 因为不能增加承载能力.
单排点焊缝焊点间距小,对降低应力集中有利; 但会使接头强度降低
Байду номын сангаас
正应力
四,铆焊联合接头与铆焊联合结构
铆焊联合接头是不合理接头形式
铆焊联合结构的优点
1.刚度小 2.应力集中系数低 3.内应力低 4.止裂性好 5.减少工地焊接,保证质量
焊接知识点总
四焊接概述一什么是焊接?焊接实质是用加热或同时加压并用或不用填加材料使焊件到达原子或离子结合的一种加工方法.实际上被焊接的可以是非金属,如塑料,用钎焊还可以把金属与非金属连接起来.二焊接特点及应用1特点1）省工省料（与铆接比）可省料12~20%.2）能化大为小,拚小为大.大型构造,复杂零件,用焊接组合构造,焊接可将铸件,锻件连接起来,简化铸锻工艺和设备.3）可以制造双金属构造,节省贵重金属.（联想铸造离心铸造）车刀,钻头硬质合金刀片+金刚石膜4）生产率高便于实现机械化,自动化.2应用桥梁大容器水压机飞机汽车轮船电子组件….三焊接分类（按焊接过程特点）1熔化焊:局部加热将焊接接头加热熔化,并形成共同的熔池,冷却结晶形成结实接头,将两工件焊接成整体.2压力焊:利用加压力（或同时加热）的方法,使两工件结合面严密接触在一起,并产生一定的塑性变形或熔化,使他们的原子组成新的结晶,将两工件焊接起来.包括:电阻焊摩擦焊冷压焊等3钎焊:对工件和作为填充金属的钎料进展适当的加热,工件金属不熔化,但熔点低的钎料被熔化,后填在工件之间与固态的被焊接金属互相扩散,钎料凝固后,将两工件焊接在一起.如铜焊银焊锡焊第一章熔化焊电弧焊气焊激光焊等§1手工电弧焊（焊条电弧焊）利用焊条与焊件之间产生的电弧热,将工件和焊条熔化而进展焊接的手工操作.一焊接过程及特点1焊接过程:回忆实习2特点:优点:设备简单.接头形式、焊缝形状、焊接位置、长度不受限制。
缺点：有弧光，劳动条件下降，质量不稳，生产率低。
3应用：单件小批，碳钢，低合金钢，不锈钢，铸铁焊补。
适宜板厚3~20mm o二焊接冶金过程特点〔焊条和局部被焊接金属在电弧高温作用下的再熔炼过程高于一般冶金温度，可以看成是一个冶金过程〕1焊接电弧和熔池温度高：造成金属氧化烧损，电弧区气体分解，增大气体活拨性，氧化、氮化〔Fe4N、Fe2N〕易形成气孔、夹渣等缺陷。
降低焊缝的塑性、韧性。
第3章焊接接头组织和性能
第3章焊接接头组织和性能第3章焊接接头组织和性能焊接过程中焊缝及母材金属发生一系列金属形态的变化，包括焊缝金属的凝固和结晶，母材与热影响区金属在焊接加热和冷却过程中的组织变化，以及与凝固结晶相变有密切关系的各种缺陷的形成，这些过程直接关系到焊后接头的性能，因此，研究接头各区的组织特征和形成机制，对于提高接头性能具有重要的指导意义。
3.1焊接熔池和焊缝3.2焊接热影响区3.3熔合区3.1焊接熔池和焊缝基本概念：焊接熔池：由熔化的局部母材和填加材料所组成的具有一定几何形状的液态区域。
焊缝：焊接熔池凝固后形成的固态区域。
熔池的结晶行为(一次结晶)+焊缝金属的固态相变→焊缝金属的组织和性能。
3.1.13.1.23.1.33.1.4熔池的结晶特点熔池的结晶形态焊缝的固态相变组织焊缝组织和性能的控制3.1.1熔池的结晶特点1、非平衡的动态结晶1)熔池体积小，冷却速度大手工电弧焊V=2-10cm3,Vma某=30cm3υ焊泠=4~100℃/υ铸泠=(3~150)某10-4℃/S约为铸造的104倍由于体积小，冷却速度快，对含碳量高的合金钢易产生淬硬组织，裂纹，熔池中心与边缘有较大的温度梯度，焊缝中柱状晶发达。
2)熔池过热、温度梯度大熔池温度1770100℃溶滴2300℃±200℃铸件浇铸温度<1500℃熔池体积小、温度高，边界的温度梯度很大，可比铸造大104倍过热度大(烧损合金元素，自发晶核的质点减少)+大温度梯度→“柱状晶”发达3)熔池在运动中结晶熔池前部金属熔化，后部金属结晶。
焊接熔池所特有的金属结晶过程，与铸锭的金属结晶过程不同之处有下述各点。
(1)焊接熔池即受焊接热源的加热作用，同时又受到固体金属的冷却作用；(2)焊接熔池的液体金属为加热到不同温度的固体金属所包围。
焊接熔池侧壁的焊件金属加热的程度比熔池后壁焊缝金属的加热程度小。
(3)焊缝金属的平均结晶速度等于熔池的移动速度，也就是等于焊接速度。
焊接工程学(第三章)
图3 试件形状 试件尺寸
试件名称 长L/mm 宽B/mm 焊缝长l/mm 1号试件 2号试件 200 200 75 150 125±10 125±10
焊接前先去除试件表面上的水分、铁 锈、油污及氧化皮等杂质。所用焊条 原则上应适合于所焊的试件，直径为4 mm。1号试件在室温下、2号试件在预 热温度下进行焊接。焊接参数为：焊 接电流：170±10A，焊接速度为150± 10mm/min。试件焊后在静止的空气中 自然冷却，不进行任何热处理。 不同强度等级和不同含碳量的钢种， 有不同的最高硬度值。
高碳钢
≥0.60
40HRC
弹簧、模具、钢轨
二、低碳钢的焊接
1、低碳钢的焊接特点： a、可装配成各种不同的接头，适合各种不 同位臵的施焊，且焊接工艺和技术简单，容 易掌握； b、焊前一般不需预热； c、塑性好，焊接接头产生裂纹的倾向小， 适合制造各类大型结构件和受压容器； d、不需使用特殊和复杂设备，对焊接电源 （交流直流）和焊接材料（酸性碱性）无特 殊要求。
三、金属焊接性的评定方法
1、工艺焊接性评定：主要评定对焊接缺陷的 敏感性，尤其是裂纹形成倾向。 A、直接模拟实验：按照实际焊接条件，通过 焊接过程观察焊接缺陷及其程度。主要有：冷 裂纹实验、热裂纹实验、应力腐蚀实验、脆性 断裂实验等。 B、间接推算法：根据材料的化学成分、金相 组织、力学性能的关系，并联系焊接热循环过 程对焊接进行评定。主要有：抗裂纹判据、焊 接应力模拟等。
4、未熔合和未焊透：在焊缝金属和 母材之间或焊道金属与焊道之间未完 全熔化的部分称为未熔合。未熔合常 出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及 焊缝的根部。 未焊透是指母材金属之间应该熔合而 未焊上的部分。该缺陷一般出现在单 面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边。 未焊透易造成较大的应力集中，往往 从其末端产生裂纹。
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图3-4 焊接速度对晶粒成长方向的影响 a) 高速焊 b) 低速焊
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
路吾漫将漫 上其下修而远求20兮索9,21-3A
图3-5 焊接速度对晶粒成长速度的影响
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
(3) 焊接速度对成长速度和方向的影响 如绪论中所述，焊 接速度增加时，焊接温度场的范围变小，熔池形状变得细 长。
3.1.2 焊接熔池的结晶形态
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3.1.1 焊接熔池的结晶特点
(2) 成长速度和方向的变化 由式(3-2)可以看出，在焊接速 度v一定的条件下，晶粒成长速度R仅取决于结晶等温面法 线方向与焊接方向的夹角α或晶粒成长方向与焊接方向的夹 角
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3.1.2 焊接熔池的结晶形态
2.焊缝中的结晶组织 (1) 结晶组织的分布 在焊接熔池中，不同部位具有不同的 温度梯度G和结晶速度R，因而具有不同的成分过冷，出现 不同的结晶形态，从而在焊缝中形成分布不同的结晶组织 ，如图3-12所示。 (2) 焊接条件对结晶组织的影响 如前所述，对结晶组织起 控制作用的成分过冷主要受到熔池金属中溶质含量W、熔池 结晶速度R和液相温度梯度G的影响。
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3.1.2 焊接熔池的结晶形态
(4) 树枝状结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G进一 步减小时，液相温度曲线T与结晶温度曲线TL相交的距离x 进一步增大，从而形成较大的成分过冷区，如图3-9a所示。
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3.1.1 焊接熔池的结晶特点
(3) 熔池在动态下结晶 焊接熔池中金属的结晶和熔化是同 时进行的，结晶前沿随焊接热源而移动，而且焊接条件下 各种力的作用会使正在结晶中的熔池受到激烈的搅拌。 2.联生结晶和竞争成长 (1) 联生结晶 焊接熔池的结晶过程一般是从熔池边界开始 的，非自发晶核就依附在半熔化的母材晶粒表面上。
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图3-1 联生结晶及竞争成长 a) 示意图 b) 微观照片
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
(2) 竞争成长 结晶理论告诉我们，每一种晶体点阵都存在 一个结晶速度最快的最优结晶取向，而且温度梯度的方向 对结晶速度也有极为重要的影响。 3.结晶速度和方向动态变化 (1) 结晶速度的表达式 如上所述，熔池结晶总是从熔池边 界处半熔化的母材晶粒上开始形核并向焊缝中心成长的。
图3-7 胞状结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 胞状晶微观照片
3.1.2 焊接熔池的结晶形态
(3) 胞状树枝结晶 随固-液界面前方液相x增大 ，所形成的成分过冷区增大，如图3-8a所示。
图3-8 胞状树枝结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 胞状树枝晶微观照片
图3-6 平面结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 平面晶微观照片
3.1.2 焊接熔池的结晶形态
(2) 胞状结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G较大时 ，液相温度曲线T与结晶温度曲线TL在短距离x内相交，形 成较小的成分过冷区，如图3-7a所示。
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3.1.1 焊接熔池的结晶特点
1.非平衡的动态结晶 (1) 熔池体积小、冷却速度大 焊接熔池体积小，其周围被 体积很大的母材金属所包围，熔池界面导热条件很好，故 熔池冷却速度很快，其平均值可达到100℃/s，约为铸造时 的104倍。 (2) 熔池过热、温度梯度大 焊接熔池中的液态金属处于过 热状态，如低碳钢的焊接熔池平均温度可达到1870℃，远 高于铸造时的最高平均温度1550℃。
图3-9 树枝状结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 树枝晶微观照片
3.1.2 焊接熔池的结晶形态
(5) 等轴结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G很小时 ，液相温度曲线T与结晶温度曲线TL在很远处相交，从而在 液相中形成很大的成分过冷区，如图3-10a所示。
图3-10 等轴结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 等轴晶微观照片
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3.1.2 焊接熔池的结晶形态
表3-1 焊接参数对HY-80钢焊缝结晶组织的影响
焊接速度/(mm/min)
50 100
焊接电流/A 150 胞状晶 胞状晶
300 胞状树枝晶 细小的胞状树枝晶
450 粗大的胞状树枝晶 粗大的胞状树枝晶
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3.1.1 焊接熔池的结晶特点
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图3-2 晶粒成长速度与焊接速度的关系
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
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图3-3 晶粒成长速度和方向的变化
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
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3.1.2 焊接熔池的结晶形态
1.熔池结晶的典型形态 (1) 平面结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G(即温度 曲线的斜率dT/dx)很大时，液相温度曲线T不与结晶温度曲 线TL相交，因而液相中不存在成分过冷区，如图3-6a所示。
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第3章焊接接头的组织和 性能
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2020年4月11日星期六
3.1 焊接熔池和焊缝
焊接熔池是指由熔化的局部母材和填加 材料所组成的具有一定几何形状的液态 区域，而焊缝是指熔池凝固后所形成的 固态区域。因此，焊接熔池和焊缝之间 存在着内在的、必然的联系。也就是说 ，焊缝金属的组织和性能不仅取决于焊 缝的相变行为，而且受到焊接熔池结晶 行为的直接影响。