2023年材料成型之焊接复习全面汇总归纳.pdf

学习必备 欢迎下载 1.焊接的定义 焊接的定义 通过加热或加压或二者并用，并根据需要使用或不用填充材料，使被焊工件达到原子间结合，从而形成永久性连接的工艺过程称为焊接 2.阻碍金属紧密接触的因素、为克服阻碍因素，焊接工艺应采取的措施 阻碍金属紧密接触的因素 从理论上讲被焊金属工件表面接近距离rA 时就可形成金属键，达到原子间的结合，但有以下阻碍因素：1）精细加工的表面，微观上均有凹凸不平。2）表面有氧化膜，油污，水分等吸附层，所以单靠机加工难以达到使间距等于rA 为克服阻碍因素，焊接工艺应采取的措施 1）加压 破坏表面氧化膜，增加表面有效接触面积。2）加热 对金属而言，使结合处达到塑性或熔化状态，减小变形阻力，促进扩散，再结晶，化学反应和结晶过程进行。3.焊接分类 焊接分类 1）熔化焊（液相焊接）利用热源加热待焊部位，使之发生熔化，利用液相的相溶，达到原子间的结合 2）压力焊（固相焊接）焊接时必须使用压力，使待焊部位的表面在固态下达到紧密接触，并使待焊表面的温度升高（一般低于材料的熔点），通过调解温度、压力和时间，造成接头处材料进行扩散，实现原子间的结合 3）钎焊（固-液相焊接）待焊表面并不直接接触，通过两者毛细间隙中的中间液相联系。在待焊的同质或异质材质固态母材与中间液相之间存在两个固-液界面，由于固液相间能充分进行扩散，可实现原子间的结合。（钎焊）4、熔滴、熔池、熔滴的过渡形式及其含义 熔滴 熔滴焊条端部熔化形成的滴状液态金属 熔滴的过渡形式 药皮焊条焊接时：短路过渡：在短弧焊时焊条端部的熔滴长大到一定的尺寸就与熔池发生接触，形成短路，随后在各种力的作用下过渡到熔池中。颗粒状过渡：当电弧的长度足够长时，焊条端部的熔滴长大到较大的尺寸，在各种力的作用下，以颗粒状落入熔池，过渡时不发生短路。附壁过渡：熔滴沿着焊条端部的药皮套筒壁向熔池过渡的形式。熔池：母材上由熔化的焊条和母材组成的有一定几何形状的液体金属。5、焊接区进行保护的目的、保护的方式 无保护的危害 1）焊缝成分显著变化 含氮量比焊丝高 2045 倍 学习必备 欢迎下载 含氧量比焊丝高 735 倍 合金元素（Mn、C）烧损、蒸发严重 2）焊缝力学性能下降 3）焊接工艺性能差 电弧不稳定、飞溅大、焊缝成形差、易产生气孔 保护的方式 保护方式 焊 接 方 法 气保护 渣保护 气渣联合保护 真空 自保护 气焊、惰性气体保护焊、CO2 焊、混合气体保护焊 埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 具有造气成分焊条和药芯焊丝焊接 真空电子束焊接 含有脱氧剂、脱氮剂的自保护焊丝焊接 6、什么是低氢型焊条 低氢型焊条焊接时，气相中 H2 和 H2O 的含量很少，故称“低氢型”7、什么叫扩散氢、残余氢 扩散氢 由于氢原子和离子的半径小，可以在金属晶格中自由扩散，故称为扩散氢。在室温下仍有较大的扩散能力，如在 20时，H的扩散速度比N、C高 1012 倍！占氢总量的 80%以上。残余氢 扩散聚集到陷阱（如晶格缺陷、显微裂纹、非金属夹杂物周围的空隙）中的氢，结合为氢分子，其半径大，不能自由扩散，故称为残余氢。总含氢量=扩散氢残余氢 8、氢对焊接质量的影响，控制氢的措施是什么？氢脆 氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象 原因：拉伸位错运动和堆积形成显微空腔扩散氢在空腔内结合成氢分子阻碍位错的运动并产生很高的压力 变脆 白点 碳钢及低合金钢焊缝，如含氢量高，常常在拉伸和弯曲断面上出现银白色圆形局部脆断点称为白点。直径约为 0.53mm，周围为塑性断口，白点中心有小夹杂物或气孔，好像鱼眼一样，故又称“鱼眼”。超声波和 X 射线探测表明，白点在塑性变形阶段产生 氢气孔 2HH2 冷裂纹 控制氢的措施 1、限制氢的来源 1）严格限制焊接材料的含氢量 的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 制造低氢焊条、焊剂时尽量选用含氢量少和不含氢的材料，制造时适当提高烘焙温度 焊接保护气（如 Ar 和 CO2 等）也常含有水分，露点越低，保护气体的含水量越少 2）焊接材料使用前应烘干、不用时应妥善放置 低氢型焊条：350450 含有机物的型焊条：150200 保温筒温度：100 必要时，对保护气体进行去水、干燥 3）清除焊件和焊丝表面的杂质 焊件坡口和焊丝表面上的铁锈、油污 2、冶金处理 降低 H 的分压，减少 H 在液态金属中的溶解度 1）在药皮和焊剂中加入氟化物 2）控制焊接材料的氧化势 3）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素或稀散元素 3、控制焊接工艺参数 手弧焊时：1）电流 含氢量 原因：电流温度氢和水汽的分解度氢在熔滴中的溶解度增大 2）电压含氢量 原因：空气侵入，使氢分压，氧化性 气体保护焊时：射流过渡时H 原因：T金属蒸汽压氢的分压 氢与熔滴接触时间 电流种类和极性 交流电焊接时，焊缝含氢量比用直流电焊接时多 反极性焊接时，焊缝的含氢量比正极性时少 4、焊后脱氢处理 焊后把工件加热到一定温度，保温一定时间，使氢扩散外逸的工艺。9、氧化性气体对金属的氧化 1、自由氧对金属的氧化 2、CO2 对金属的氧化 3、H2O 对金属的氧化 4、混合气体对金属的氧化 10、氮对焊接质量的影响，影响焊缝含氮量的因素及控制措施 氮对焊接质量的影响 1、产生气孔 凝固时氮的溶解度突降（为原液态的 1/4），过饱和的氮以气泡形式外逸，当结晶速度大于逸出速度时，形成气孔。2、提高焊缝强度，降低塑性和韧性 一部分氮以过饱和的形式存在于固熔体中，另一部分以针状氮化物形式析出，分布于晶界或晶内。的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 3、促进时效脆化 过饱和的氮处于不稳定状态，随着时间的延长，将以针状 Fe4N 形式析出。在焊缝中加入钛、铝、锆等，使氮与其生成氮化物，可抑制或消除时效脆化现象。影响焊缝含氮量的因素及控制措施 1、焊接区保护的影响 氮不同于氧，脱氮比较困难，因此控制氮的主要措施使加强保护 对于焊条而言可以从以下两方面加强保护：药皮的重量系数 kb 药皮中加入造气剂（如有机物、碳酸盐）形成气渣联合 保护。可使焊缝含氮量下降到 0.02以下。2、焊接工艺参数的影响 电弧电压 保护变坏、氮与熔滴作用时间 含氮量 电流 熔滴过渡频率 作用时间 含氮量 极性：直流正极性比反极性含氮量高，N在焊条端部熔滴中溶解增加。其他 焊丝直径增大，熔滴变粗，含氮量减少；多层焊时氮逐层积累比单层焊高；焊接速度影响不大。3、合金元素的影响 增加药皮碳含量，可降低氮含量 a）碳能降低氮在液态铁中的溶解度 b）碳被氧化为 CO，加强了保护 c）碳氧化引起的熔池沸腾有利于氮的逸出 增加与氮亲和力大的元素 如钛、铝、锆、稀土等形成稳定的氮化物，不溶于液态钢而进入熔渣。11、熔渣的作用 1、机械保护作用 液态覆盖在熔滴和熔池表面，把液态金属与空气隔开，防止氧化和氮化；凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，防止高温的焊缝受空气的有害作用 2、冶金处理作用 去除焊缝中的有害物质，如脱氧、脱硫、脱磷、去氢；吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物；添加合金元素，使焊缝金属合金化 3、改善焊接工艺性能 加入适当的物质，使电弧易引燃，稳定燃烧，减少飞溅，使脱渣性和焊缝成形良好 12、熔渣的黏度、短渣、长渣及其应用 熔渣的黏度是指熔渣内部相对运动时内摩擦力的大小。黏度对保护效果、工艺性能、化学冶金有显著影响。温度黏度 焊条电弧焊时，按熔渣黏度随温度变化的情况分：短渣黏度随温度下降增加迅速，凝固温度区间较窄。T/较小，凝固时间短，适用于全位置焊 长渣黏度随温度下降增加缓慢，凝固温度区间较宽。的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 T/较大，凝固时间长，不适应于仰焊。13、活性熔渣对金属的氧化的方式及其影响因素 有扩散氧化和置换氧化两种形式：1、扩散氧化 焊接钢时，FeO 既溶于渣，又溶于液态钢，它在两相中浓度符合分配定律：L分配常数，与温度和渣的性质有关。影响因素：1）渣中 FeO焊缝含氧量。2）TLFeO 向液态钢中分配量；3）在熔渣含 FeO 量相同情况下，碱性渣时焊缝含氧量比酸性渣时多 2、置换氧化 置换氧化是指某一金属与其它金属或非金属的氧化物发生置换反应而引起的氧化 1）温度升高，平衡常数增大，反应向右进行；置换氧化反应主要发生在熔滴阶段与熔池前部的高温区；液态金属的过热度较低时，KSi 明显小于 KMn，即（MnO）的氧化性高于（SiO2），2100以上温度时，KSiKMn，显然对于过热度很高的熔滴，（SiO2）的氧化性可以超过（MnO）。2）渣中 MnO、SiO2、FeO 的活度和金属中 Si、Mn 的浓度；3）对氧亲和力大的合金元素（如：Al、Ti、Cr 等），使置换反应加剧，焊缝中非金属夹杂物增多。14、什么是脱氧、选择脱氧剂的原则 脱氧在药皮或焊丝中加入某些元素，使它在焊接中被氧化，以降低焊接区的氧化性，保护被焊金属及有益合金元素免受氧化；或使被氧化的金属从它们的氧化物中还原出来的反应。选择脱氧剂的原则 1、在焊接温度下，脱氧剂对氧的亲和力比被焊金属 对氧的亲和力大；2、脱氧物不应溶于液态金属而应溶于熔渣，且熔点低、密度小，上浮至熔渣中，以减少夹杂物的数量。3、必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能以及焊接工艺性的影响，同时考虑成本。15、脱氧的方式，锰、硅及其联合脱氧的特点及效果 脱氧的方式：脱氧按其进行方式可分为：先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧 1、先期脱氧 先期脱氧：在药皮的加热阶段，固态药皮中进行的脱氧反应。特 点：脱氧过程的产物与熔滴不发生直接关系。2、沉淀脱氧 沉淀脱氧：指溶解在液态金属中的脱氧剂和 FeO 直接反应，把铁还原，脱氧产物浮出液态金属的一 种脱氧方式。特 点：在熔滴和熔池内进行，脱氧反应速度快。1）锰的脱氧反应 影响因素：增加Mn、减少（MnO）脱氧效果提高；减小MnO 脱氧效果提高。FeOFeOL的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 酸性渣，生成复合物 MnO SiO2、MnO TiO2、使MnO 减小，脱氧效果比碱性好。2）硅的脱氧反应 影响因素：增加Si、减少（SiO2）脱氧效果提高；硅与氧的亲和力比锰大，脱氧能力比锰大。SiO2 熔点高（1713）、易造成夹杂。不单独使用硅脱氧。3）硅锰联合脱氧 当Mn/Si=37 时，脱氧产物形成硅酸盐 MnO SiO2，密度小、熔点低、容易聚合、便于上浮。扩散脱氧：以分配定律为理论基础，在液态金属与熔渣界面上进行的脱氧 影响因素：1）温度 L，发生如下扩散过程：FeO（FeO）。即在熔池后部低温区进行扩散脱氧。2）降低渣中（FeO）的活度，有利于扩散脱氧。酸性渣中（FeO）活度小、碱性渣中活度大。脱氧效果：不充分 焊接时冷却速度大、扩散时间短、氧的扩散又慢 16、合金过渡，合金过渡的目的 合金过渡把需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属 （或堆焊金属）中的过程。（一）合金过渡的目的 1、补偿焊接过程中损失（如氧化、蒸发）的合金元素；2、消除焊接缺陷，改善焊缝的组织和性能；如：脱氧、脱硫，加入锰；细化晶粒、提高韧性，加入微量 Ti、B 等。3、获得具有特殊性能的堆焊金属 如表面耐磨、耐蚀、耐热等。17、焊接热循环、热循环的参数及其对性能的影响 焊接热循环在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。焊件上距热源远近不同的位置，所受到热循环的加热参数不同，从而会发生不同的组织与性能变化。焊接热循环的参数及特征 1、加热速度H H 越快，相变温度提高，均质化和碳化物在奥氏体的溶解也越不充分。必然影响在冷却过程中热影响区的组织转变及其性能。2、加热的最高温度 Tm 峰值温度过高，将使晶粒严重长大，甚至产生过热的魏氏体组织，造成晶粒脆化；同时还影响到焊接接头的应力应变，形成较大的焊接残余应力或变形。3、相变温度以上的停留时间 tH t H 越大，越有利于奥氏体均质化，但晶粒长大越严重。t H t t t 加热过程停留时间，t 冷却过程的停留时间 4、冷却速度 c 和冷却时间（t8/5、t8/3、t100)冷却速度冷却速度，特别是在固态相变温度范围内冷却速度，即 800500 及 800300 时的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 的冷却速度是焊接热循环中极其重要的参数，它将决定焊接接头的组织、性能及接头质量。18、不易淬火钢和易淬火钢的热影响区组织分布 根据热影响区组织特征分四个区：1、熔合区（半熔化区）组织：组织性能不均，母材一侧晶粒大 2、过热区（粗晶区）组织：粗大的奥氏体在较快的冷却速度下形成过热组织魏氏组织 3、相变重结晶区（正火区或细晶区）组织：相当于低碳钢正火处理后的组织。4、不完全重结晶区（不完全正火区）组织：组织不均，原始的铁素体晶粒和细晶粒的混合区（一）易淬火钢的热影响区组织 热影响区的组织与焊前母材的热处理状态有关，若母材焊前为退火或正火状态则分为：1、完全淬火区 组织：相当于低碳钢过热区的部位为粗大马氏体，相当于正火区的部位为细小马氏体。当焊件母材的淬硬性不是太高时，还会出现贝氏体、索氏体等正火组织与马氏体共存的混合组织 2、不完全淬火区 组织：马氏体+铁素体。如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，奥氏体也可能转变成索氏体或珠光体。若焊前母材为调质状态（淬火+回火）除完全、不完全淬火区外，还有一个回火区：3、回火区 组织：回火组织 19、碳当量 碳当量（Carbon Equivalent.简称 Ceq 或 CE）碳当量是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响程度，折合成碳的相当含量，其折算值即为该钢种的碳当量。碳当量反映钢中化学成分对硬化程度的影响。20、焊接热影响区的脆化种类及原因 不同材料的焊接热影响区及热影响区的不同部位都会发生程度不同的材料脆化。HAZ 脆化的类型有：粗晶脆化 组织脆化 析出脆化 热应变时效脆化 氢脆化及石墨脆化 1）粗晶脆化 在热循环作用下，熔合线附近和过热区将发生晶粒粗化。粗化程度受钢种的化学成分、组织状态、加热温度和时间的影响。2）组织脆化 组织脆化HAZ 出现脆性组织引起的脆化称之组织脆化。低碳低合金高强钢：组织脆化主要是 M-A组元、上贝氏体、粗大的魏氏组织等所造成。的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 含碳量较高的钢（0.2）：组织脆化主要是高碳马氏体。3）析出脆化 析出脆化在时效或回火过程中，从非稳态固熔体中沿晶界析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其它亚稳态的中间相等，使金属的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。4）热应变时效脆化 产生应变时效脆化的原因：主要是由于应变引起位错增殖，焊接热循环时，碳、氮原子析集到这些位错的周围形成所谓 Cottrell气团，对位错产生钉扎和阻塞作用而使材料脆化。21、焊接热影响区的软化及原因 1）调质钢 HAZ 的软化 焊接调质处理后的钢（特别是中碳调质钢），在重新加热到超过它的调质处理时的回火温度后就会出现软化问题。焊前所处的热处理状态不同，软化区的温度范围和软化程度有很大差别。母材焊前调质处理的回火温度越低，焊后 HAZ 软化区域越宽，它相对于母材的软化程度也越大。2）热处理强化合金焊接 HAZ 的软化 经过固溶和时效处理的合金（如镍合金、铝合金、钛合金等）在焊接 HAZ 出现强度下降的现象，即所谓“过时效软化”。原因：时效回归(regress of aging)合金时效过程中，由于析出不同的脱溶产物而使其强化。低温时效时以形成原子偏聚区（即 GP 区）为主，其强化作用来源于形成 GP 区时造成的应力场对位错运动的阻碍作用。经低温时效的合金重新加热到较高温度时，低温下形成的GP 区将迅速溶解于基体中，GP 区所造成的强化效果也随之消失。22、偏析的类型 宏观偏析、显微偏析、熔合区偏析 显微偏析是指放大的微观组织中晶内与晶界间及晶界间的化学成分不均匀。显微偏析又称微观偏或晶间偏析，也称晶界偏析。宏观偏析 1、区域偏析 区域偏析熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移把杂质推向熔池中心，使熔池中心的杂质比其他部位多，这种现象称为区域偏析。2、层状偏析 层状偏析焊缝金属截面经浸蚀，可看到颜色深浅不同的分层结构。这些颜色不同的分层是由化学成份不均匀引起的，因此称为层状偏析。熔合区偏析 熔合区的形成 熔合线焊接接头横断面宏观腐蚀所显示的焊缝轮廓线，或焊缝金属与母材的分界线。称为熔合线。熔合区焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域称为熔合区。23、析出型气孔、反应型气孔 析出型气孔：因气体在液、固金属中的溶解度差造成过饱和状态的气体析出所形成的气孔，如 H2、N2 等。的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 反应型气孔：熔池中由于冶金反应产生不溶于液态金属的气体而生成的气孔，如 CO、H2O 等。24、氢气孔、氮气孔、CO 气孔的形成原因 氢气孔 原因：氢在高温熔池和熔滴的溶解度很高，若在液体金属中吸收了大量氢气。冷却时氢在金属中的溶解度急剧下降（如铁中，溶解度从 32ml/100g 到 10ml/100g），因熔池冷却快，氢来不及逸出，就在焊缝中生成气孔。氮气孔 原因：形成机理同氢气孔相似。在焊接生产中引起的氮气孔较少，主要原因是保护不好，较多空气侵入熔池所致。CO 气孔 原因：在焊接碳钢时，当液态金属中的碳含量较高而脱氧不足时会通过冶金反应生成 CO。25、影响生成气孔的因素、防止生成气孔的措施 1、冶金因素的影响 1）渣的氧化性的影响 2）药皮和焊剂的影响 碱性焊条中的萤石(CaF2)，与氢发生反应，产生大量的 HF，是一种稳定的气体化合物（当 6000k 时，分解30%），可有效地降低氢气孔的倾向。低碳钢、低合金钢埋弧焊用的焊剂中CaF2、SiO2 并存可降低氢气孔的倾向。药皮、焊剂中适当增加氧化物组分如 SiO2、MnO、FeO 对消除氢气孔有效。反应生成的 OH 稳定性仅次于 HF，不溶于液态金属。3）铁锈及水分的影响 影响较大的是铁锈、油类和水分等杂质，尤其铁锈的影响特别严重。铁锈中含有大量的 Fe2O3 和结晶水，加热时，其反应为：3Fe2O3=2Fe3O4+O 2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2 Fe+H2O=FeO+H2 由此可知，铁锈一方面增加氧化性，使 CO 气孔倾向增加；另一方面其结晶水分解出氢气，使氢气孔倾向增加。氧化铁皮（主要是 Fe3O4），使 CO 气孔的倾向增加；焊条受潮或烘干不足，会增加氢气孔倾向。4）保护气体的影响 活性气体可以促使降低氢的分压、限制溶氢；降低液态金属的表面张力，增大其活性，有利于气体的排除。5）焊丝成分的影响 焊丝与焊剂或保护气体不同组合会有不同的冶金反应。在许多情况下，希望形成充分脱氧的条件，以抑制反应性气体的生成 防止生成气孔的措施 1、消除气体来源 1）加强焊接区保护。2）对焊接材料进行防潮与烘干。的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 3）采取适当的表面清理方法。2、正确选用焊接材料 1）适当调整熔渣的氧化性。2）焊接有色金属时，在 Ar 中添加氧化性气体 CO2 或 O2。但 CO2 或 O2 的数量必须严格控制，数量少时不会有效果，数量多时会使焊缝明显氧化。3）CO2 焊时，必须充分脱氧，即使是焊接低碳钢，也必须采用合金钢焊丝。26、什么是焊接应力、焊接变形、焊接残余应力和残余变形 焊接应力 焊件在焊接时，由于热源不均匀的加热，使焊件热膨胀和冷收缩也不均匀，这样在焊接接头内部产生了应力，即焊接应力，焊接变形在焊接应力作用下，焊件形状和尺寸发生的变形称为焊接变形。焊接残余应力和残余变形当焊接结束，焊件完全冷却后仍留在焊接接头的应力和变形称为焊接残余应力和残余变形。一般情况下所说的焊接应力和变形，均指焊接残余应力和残余变形。27、什么是内应力？内应力按形成的原因分类 内应力 应力并不都是由外力所引起的，在没有外力作用条件下存在于物体内部的应力称为内应力。内应力的特点是在物体内某一截面上自平衡。1、按内应力形成的原因分：热应力不均匀加热冷却过程产生的应力称为热应力。相变应力固态相变金属因各区域发生相变的类型不同、时间不同或程度不同，由于不同相组织的比容不同而导致的内应力。拘束应力 焊件在冷却过程中产生收缩时，若受到外界阻碍，将产生应力，这种应力称为焊接拘束应力。2、按内应力存在的时间分：瞬时应力在一定的温度及刚性条件下，某一瞬时存在于结构内部的应力称为瞬时应力，又称动态应力。残余应力如果温度应力达到材料的屈服强度，使局部区域产生塑性变形，当温度恢复到原始的均匀状态后，就产生新的内应力，残存于物体中，称为残余应力。3、按内应力作用的方向分：纵向应力 方向平行于焊缝轴线的应力 横向应力 方向垂直于焊缝轴线的应力 28、产生结晶裂纹的原因，防治结晶裂纹的措施 热裂纹可分为结晶裂纹、高温液化裂纹和多边化裂纹 1）结晶裂纹金属凝固的末期，在固相线附近，因晶间残存液膜不足，在应力作用下发生的晶间开裂现象，称为结晶裂纹或凝固裂纹。产生结晶裂纹的原因 “液态薄膜”内因 先结晶的金属较纯，后结晶的金属含杂质较多，形成低熔点的共晶物（如当焊缝硫含量偏高时，Fe+FeS共晶物，熔点为 988）。焊缝金属凝固后期，低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓的“液态薄膜”。拉伸应力外因 冷却时，焊缝金属的收缩受到周围结构的拘束，在焊缝上会受到拉伸应力。的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 防治结晶裂纹的措施 1）控制焊缝中的硫、磷、碳等有害杂质含量 母材、焊材中：S、P0.03%0.04%。焊接低碳钢和低合金钢时，焊丝：C0.12%焊接高合金钢，用超低碳焊丝：C0.03%0.06%2）变质处理 加入 Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al 等，细化晶粒、增大晶界面积，减少杂质的集中，有利于消除脆弱面，改善抗裂性。3）改善组织形态 焊缝如果是单向奥氏体组织，则热裂纹倾向增大，希望形成双相组织 +。4）利用“愈合”作用 对某些热裂倾向大的材料（如高强铝合金），可有意增多焊缝中的低溶共晶，使之具有愈合作用。大量低熔物质的存在，虽然能起到“愈合”作用，但会降低接头的力学性能。2、工艺方面 1）焊接工艺参数 线能量 适当增大线能量，可减小应变增长率；太大，易形成粗大的柱状晶。焊接速度 焊接高速越快，树枝晶轴线越垂直焊缝中心，易在会合面处形成显著的偏析弱面，所以，热裂纹倾向越大。预热 预热可降低冷却速度、应变增长率、对降低热裂倾向一般是比较有效的。焊接层数 对于厚板结构、多层焊时比单层焊时裂纹倾向小。2）接头形式 焊接接头形式不同，将影响接头的受力状态、结晶条件和热的分布等，因而结晶裂纹的倾向也不同，这一点在设计和施工时应特别注意。尽量降低接头的刚度和拘束度，改善焊缝的受力状态。3）焊接顺序 原则：尽量使大多数焊缝能在较小刚度的条件下焊接 29、产生延迟裂纹的因素，防止产生冷裂纹的措施 延迟裂纹焊后在 Ms 以下或更低温度，在淬硬组织、氢和拘束应力共同作用下产生的具有延迟特性的裂纹称为延迟裂纹。其延迟特征是由于氢的作用造成的，又称为氢致裂纹 强钢焊接时产生延迟裂纹主要有三大因素：1）钢的淬硬倾向 钢材的淬硬倾向越大，越容易产生裂纹 原因在于：形成淬硬的马氏体组织 淬硬会形成更多的晶格缺陷 2）焊接接头的含氢量及其分布氢是引起高强钢焊接冷裂纹的主要原因之一，并且有延迟的特性。所的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 以延迟裂纹又称为“氢致裂纹”或称“氢助裂纹”。试验证明：高强钢接头含氢量越高，裂纹敏感性越大，当局部地区的含氢量达到某一临界值(Hcr)时，便出现裂纹。Hcr 值与钢的化学成分、刚度、预热温度、冷却条件有关。3）焊接接头的拘束应力状态 防止冷裂纹的措施 对于结构钢冷裂纹的控制，总的原则是控制冷裂纹的三大要素，即：降低扩散氢的含量 改善接头组织 减小拘束应力 焊接中常用的措施是：控制母材的化学成分、合理选用焊接材料以及严格控制焊接工艺，必要时采用焊后热处理 1、控制母材的化学成分 从设计上首先应选用抗冷裂性能好（如碳当量 CE 或冷裂纹敏感系数 Pcm 小）的钢材，把好进料关。从公式可知，碳是对冷裂纹倾向影响最大的元素，所以近年来各国都在致力于发展低碳、多元合金化的新钢种。如发展了一些无裂纹钢(CF 钢)，这些钢具有良好的焊接性，对中、厚板的焊接也无需预热。2、合理选择和使用焊接材料 主要目的是减少氢的来源和改善焊缝金属的塑性和韧性。(1)选用低氢和超低氢焊接材料 熔敷金属中的扩散氢含量，碱性焊条：几毫升/g，酸性焊条：几十毫升/g，碱性焊条抗冷裂性能好。重要的低合金高强度钢结构的焊接，原则上都应选用碱性焊条。(2)严格烘干焊条或焊剂 焊条和焊剂要妥加保管，不能受潮。焊前必须严格烘干，使用碱性焊条更应如此。(3)选用低匹配焊条 强度较低的焊缝本身冷裂倾向小；较易塑性变形，降低了接头的拘束应力，使焊趾、焊根等部位的应力集中效应相对减小。(4)选用奥氏体焊条 实践证明，采用奥氏体焊条焊接淬硬倾向较大的低、中合金高强度钢能很好地避免冷裂纹。因为奥氏体焊缝可以溶解较多的氢，同时奥氏体的塑性好，可以减小接头的拘束应力。但必须注意：奥氏体焊缝强度低，对承受主应力的焊缝，只有在接头强度允许的情况下才能使用。(5)提高焊缝金属韧性 通过焊接材料在焊缝中增加某些微量合金元素，如钛、铌、钼、钒、硼、蹄、稀土等来韧化焊缝，也能减小冷裂纹倾向。因为在拘束应力作用下，利用焊缝足够的塑性储备，可减轻热影响区的负担，从而提高整个接头的抗裂性。3、正确制订焊接工艺 包括合理选定焊接线能量、预热及层间温度、焊后热处理和正确的施焊顺序等。目的在于改善热影响的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相学习必备 欢迎下载 区和焊缝组织，促使氢的逸出以及减少焊接拘束应力。(1)焊接线能量的选择 (2)合理选择预热温度(3)紧急后热(4)充分利用多层焊的有利影响 4、加强工艺管理 根据被焊钢种和结构的不同，冷裂纹大致可以分为三类：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹。1）延迟裂纹焊后在 Ms 以下或更低温度，在淬硬组织、氢和拘束应力共同作用下产生的具有延迟特性的裂纹称为延迟裂纹。其延迟特征是由于氢的作用造成的，又称为氢致裂纹。2）淬硬脆化裂纹某些淬硬倾向大的钢种，焊后冷却到 Ms 至室温时，因发生马氏体相变而脆化，在拘束应力作用下产生开裂，这种裂纹称为淬硬脆化裂纹，又称淬火裂纹。3）低塑性脆化裂纹某些低塑性材料（如铸铁和硬质合金等），焊后冷却到较低的温度下，由于收缩应变超过了材料本身的塑性储备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。的措施阻碍金属紧密接触的因素从理论上讲被焊金属工件表面接近距离于为克服阻碍因素焊接工艺应采取的措施加压破坏表面氧化膜增加表面热待焊部位使之发生熔化利用液相的相溶达到原子间的结合压力焊固相