过程设备焊接3-1..ppt

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