焊接接头的分类.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流焊接接头的分类.精品文档.焊接接头一、焊接接头的结构用焊接方法连接的接头叫做焊接接头（简称接头）。焊接接头是由焊缝、熔合区和热影响区所组成，如图1-3-1所示。图1-3-1焊接接头示意图（a）熔焊接头（b）点焊接头（c）对焊接头1焊缝 2熔合区 3热影响区熔焊焊接接头可有多种形式，最常见的典型接头有对接接头、角接接头、丁字接头、搭接接头等。为使待焊部位满足焊接施工工艺要求（如熔透、成形及焊接电弧可达性等），以形成优质焊接接头，常需要将待焊部位预加工成一定形状，即坡口加工。常见坡口形式如I形坡口、V形坡口、U形坡口、X形坡口。（一）、焊缝焊缝是

2、指焊件经焊接后形成的结合部分。熔焊时，焊缝金属是由熔化的母材和熔化的填充金属（焊条或焊丝）按比例（决定于焊接工艺参数）混合而成，有时全部由熔化的母材构成（自熔焊接或不加填充金属的焊接方法）。1、熔合比熔焊时，被熔化的母材金属在焊缝金属中所占的比例常用“熔合比”表示。熔合比与焊接方法、焊接工艺参数、接头尺寸形状、坡口形状、焊道数目以及母材热物理性质有关。由于熔合比不同，即使采用同一焊接材料，焊缝的化学组成也不会相同，因此，性能也不同。通常，填充金属的成分与母材成分是不相同的，特别是异种金属焊接或合金堆焊时。当堆焊金属的合金成分主要来自填充金属时，局部熔化了的母材对堆焊金属的影响可以认为是稀释了堆

3、焊金属。因此，熔合比又常称为稀释率。当熔合比时，即焊缝金属完全由填充金属熔敷而成，这种焊缝金属称为熔敷金属。2、焊缝形状尺寸及焊缝成形系数（1）、焊缝宽度：焊缝表面两焊趾之间的距离（焊缝表面与母材的交界处称为焊趾）。（2）、余高：超出母材表面连线上面的那部分焊缝金属的最大高度。（3）、焊缝厚度：在焊缝横截面中，从焊缝正面到焊缝背面的距离。（4）、焊缝计算厚度：设计焊缝时使用的焊缝厚度。对接焊缝焊透时，它等于焊件的厚度；角焊缝时，它等于在角焊缝横截面内划出的最大直角三角形中从直角的顶点到斜边的垂直长度，习惯上也称喉厚，如图1-3-2所示。（5）、焊缝成形系数：熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度（

4、B）与焊缝计算厚度（H）的比值，即B/H，如图1-3-3所示，叫做焊缝的形状系数。焊缝成形系数的大小直接影响熔池中气体逸出的难易、熔池的结晶方向、焊缝中心偏析严重程序以及裂纹的产生等。一般熔焊希望1，为了控制焊缝成形系数，必须合理调整焊接参数。随电流的增大而减小，随电压增大而增大，焊接速度增大时减小。3、焊缝金属的组织和性能焊缝金属的性能是由焊缝的熔合比（母材在焊缝金属中所占的比例）、冶金反应和冷却结晶的金相组织决定的。（1）、焊接熔池的一次结晶电弧离开熔池后，熔池冷却从液态金属转变为固态的过程叫做一次结晶。焊接过程中的许多缺陷如气孔、裂纹、夹杂和偏析等大都是在一次结晶过程产生的。因此，焊接熔

5、池的一次结晶对焊缝金属的组织和性能有着极大影响。1）、焊接熔池一次结晶的特点、熔池的体积小，冷却速度大电弧焊时，熔池的体积最大不超过30cm3，重量不超过100g（单丝埋弧焊），平均冷却速度为41000C/s，比铸锭大几百到上万倍。因而对于含碳量高，含合金元素较多的钢种容易产生淬硬组织，在焊道上容易产生裂纹。、熔池中的液态金属处于过热状态过渡熔滴的平均温度达23000C，低碳钢和低合金钢的熔池平均温度为17700C1000C，熔池中的液态金属处于过热状态。因此，合金元素的烧损比较严重。、温差大熔池中心和边缘存在着很大温差，熔池中心温度高，边缘凝固界面散热快，冷却速度大，所以熔池是在很大温差条件

6、下进行结晶，促使粒状晶发展，焊缝不易得到等轴晶，只有在大断面焊缝的上部有少量等轴晶（电渣焊除外）。、熔池在运动状态下结晶一般熔化焊时，熔池以等速随热源移动，在熔池中金属的熔化和结晶过程是同时进行的。在熔池的前半部进行熔化过程，熔池的后半部进行结晶过程。此外，在焊接条件下，气体的吹力、焊条的摆动以及熔池内部的气体外逸，都会产生搅拌作用。这一点对于排除气体和夹杂是很有利的，有利于得到致密而性能良好的焊缝。（2）、焊接熔池的一次结晶过程焊接时熔池金属的结晶是通过晶核的生成和晶核长大进行的。1）、熔池中晶核的形成熔池中存在两种现成表面：一种是合金元素或杂质的悬浮质点（在一般正常情况下所起作用不大）；另

7、一种是熔合区附近加热到半熔化状态时的基本金属的晶粒表面，非自发晶核将依附在这个表面上，并以柱状晶的形态向焊缝中心成长。这种依附于母材晶粒现成表面形成共同晶粒的凝固方式，称为外延结晶或联生结晶，见图1-3-4。图1-3-4熔合区母材晶粒上成长的柱状晶焊接时，为改善焊缝金属的性能，通过焊接材料加入一定量的合金元素（如钼、钒、钛、铌等），可以作为熔池中非自发晶核的质点，从而使焊缝金属晶粒细化。2）、熔池中的晶核长大焊缝边界开始结晶后，晶体便呈柱状晶形式继续向焊缝内部成长，但长大的趋势各不相同，有的柱状晶体严重长大，一直可以成长到焊缝中心，有的晶体却只成长到半途而停止。（）焊缝金属一次结晶组织焊接熔池

8、由液态凝固后所形成的组织称一次组织，一次组织是熔池中液体金属经形核和长大两个阶段后，完成了结晶过程时的高温组织形态。二次组织是室温下焊缝的微观组织形态。一般除了没有相变的金属（如纯奥氏体不锈钢）之外，室温在显微镜下所观察到的焊缝组织都是二次组织。需观察一次组织时，必须用特殊的侵蚀方法才能显示出来。对焊缝的断面进行宏观观察时，所看到的晶体形态主要是柱状晶和少量等轴晶。在显微镜下进行微观分析时，发现每个柱状晶内还有不同的结晶形态（如平面晶、胞晶和树枝晶等），等轴晶内为树枝晶。这些柱状晶或等轴晶内部的微观形状称为亚晶。!# 焊缝一次组织形态自熔合线向焊缝中心依次按平面晶、胞状晶、胞状树枝晶、柱状树枝

9、晶与等轴树枝晶的顺序变化。但是，在实际焊缝中由于化学成分、板厚、接头形式不同，不一定具有上述全部结晶形态。1）、平面晶。结晶呈平面形态，界面平齐。这种平面晶多发生在高纯度的焊缝金属，如纯铌板氩图1-3-5焊缝金属一次结晶组织五种形态示意图（a） 平面晶；（ b）胞状晶；（c）胞状树枝晶；（d）柱状树枝晶；（e）等轴树枝晶弧焊时，就是以平面结晶的形态进行长大。）、胞状晶。它是由相互平行的棒状体组成，棒的横截面近似呈六角形，其主轴方向同成长方向一致，每一胞状晶棒体前沿中心都有稍微突前的现象。）、胞状树枝晶。胞状晶前沿深入液体内部较长的距离，从主干向横向方向伸出短小的二次横枝，由于主干的间距较小，所

10、以二次横枝也比较短。）、树枝状晶。在一个晶粒内除生长着一个主干外，还向四周生长出二次横向分枝，有时还会有三次分枝，又称柱状树枝晶。）、等轴树枝晶。在液相内直接形成长大，这些晶粒的四周不受阻碍，可以自由成长，形成等轴树枝晶也叫等轴晶。凝固组织形态主要有三种：即平面晶、胞状晶和树枝晶。胞状树枝晶、柱状树枝晶及等轴树枝晶都是树枝晶的不同过渡形态。（）一次结晶缺陷及其对焊缝性能的影响1）、焊缝中的偏析在熔池进行结晶的过程中，由于冷却速度较快，已凝固的焊缝金属中，化学成分来不及扩散，合金元素的分布是不均匀的，这种现象称为偏析。在焊缝边界处（熔合区）还会出现更明显的成分不均匀，该处常成为焊接接头薄弱地带。

11、焊缝中的偏析直接影响焊缝金属的性能，而且也是产生裂纹、气孔和夹杂等缺陷的主要原因之一。焊缝中偏析主要有以下三种：、显微偏析。在一个晶粒内部或晶粒之间的化学不均匀现象称显微偏析。熔池结晶时，先结晶的固相比较纯，含溶质浓度较低，而后结晶的固相含溶质浓度较高，并富集了较多的杂质。由于焊接过程冷却速度较快，固相内的化学成分来不及扩散均匀化，从而保留了由于结晶有先后而造成的化学成分不均匀。当焊缝结晶以胞状晶成长时，先结晶的胞状晶中心含溶质浓度最低，而在相邻胞状晶边界上溶质浓度最高。影响显微偏析的因素：a 金属的化学成分。金属的化学成分决定金属结晶区间的大小，结晶区间越大，越容易产生显微偏析。低碳钢因其结

12、晶区间不大，所以显微偏析不严重。而高碳钢和合金钢，由于合金元素较多，结晶区间增大，所以焊接时产生较严重的显微偏析。严重时甚至会引起热裂纹，所以焊后一般需要进行扩散和细化晶粒热处理。细化晶粒可使晶界增多，使偏析元素分散，减轻偏析程度。b 冷却速度。当冷却速度极其缓慢时，溶质原子有充分的时间进行扩散，偏析现象大大减轻；当冷却速度极大时，成分均匀的液相被瞬时冷却下来，固相金属中甚至没有偏析存在，尽管焊接熔池冷却速度很大，但还达不到使熔池瞬时凝固的程度，所以在焊态下，焊缝金属中总是或多或少地有显微偏析存在。c 焊缝的一次结晶形态。焊缝的一次结晶形态不同，其偏析程度也不同。、区域偏析。熔池结晶时，由于柱

13、状晶体的不断长大和推移，杂质被推向熔池中心，使熔池中心的杂质比其它部位多，这种现象称为区域偏析。区域偏析与焊接速度和焊缝形状系数有关。当焊接速度较大时，成长的柱状晶最后都在焊缝中心附近相遇，使溶质和杂质都聚集在那里，凝固后在焊缝中心附近出现区域偏折。在应力作用下，焊缝容易产生纵向裂纹。窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在焊缝中心，较多的杂质聚集在焊缝中心。这时在焊缝中心线易形成热裂纹。宽而浅的焊缝，杂质聚集在焊缝上部，这种焊缝具有较高的抗热裂性能。、层状偏析。层状偏析是在焊缝横断面上出现的分层组织。不同的分层，化学成分分布是不均匀的，故称层状偏析。产生层状偏析的原因是由于热的周期性作用而引起的。层状

14、偏析常集中一些有害元素（碳、硫、磷等），因此，焊缝缺陷也往往出现在偏析层中。2）、焊缝中的气孔和夹杂气孔和夹杂是焊缝中常见的焊接缺陷，它不仅影响焊缝的致密性，而且会削弱焊缝的有效工作断面，并造成应力集中，显著降低焊缝的强度、塑性和韧性。特别对动载强度和疲劳强度更为不利，在个别情况下，气孔和夹杂还会引起裂纹。焊缝中的气孔。形成气孔的气体分为两类：第一类高温时某些气体溶解于溶池金属中，当凝固结晶时，气体的溶解度突然下降，若来不及逸出，将残留在焊缝金属中成为气孔，这类气体有氢和氮。第二类由于冶金反应产生的不溶于金属的气体，如CO和H2等。由于形成气孔的气体不同，因此，气孔的形态和特征也有所不同。、氢

15、气孔。低碳钢及低合金钢焊缝中，氢气孔的断面形态呈螺丝状，从焊缝表面看呈圆喇叭口形，气孔内壁光滑。氢气孔有时也会出现在焊缝内部。若焊条药皮中含有较多的结晶水，使焊缝中的含氢量过高，在结晶时来不及上浮，将残存在焊缝内部成为气孔，这种氢气孔以小圆球形存在。铝、镁合金的氢气孔常出现在焊缝内部。氢气孔是在熔池结晶过程中形成的。氢主要来源于焊条药皮、焊剂中的水分、药皮中的有机物、焊件及焊丝表面的油污和铁锈、空气中的水分等。、氮气孔。氮主要来自焊接区周围的空气，如气体保护焊时，保护气体受风的影响，或因飞溅物堵塞喷嘴等因素，破坏了气体的保护效果，使空气进入溶池；又如手工电弧焊时，电弧拉得过长，也会使空气进入熔

16、池，焊缝中的氮主要来自空气。氮气孔多出现在焊缝表面，呈蜂窝状密集分布。氮是焊缝中产生气孔的原因之一，并降低了焊缝金属的塑性和韧性，因此，它是有害元素。控制焊缝含氮量的主要措施是加强对焊接区域的保护，手工焊时采用短弧焊，防止空气侵入熔池。、CO气孔。这类气孔主要是焊接碳钢时，由于冶金反应产生了大量CO，CO在结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部，形成气孔，气孔沿结晶方向分布，形如条虫状，内表面光滑。焊缝中的夹杂。焊缝中有夹杂物存在时，不仅降低焊缝金属的韧性，增加低温脆性，同时增加了热裂纹倾向。焊缝中常遇到的夹杂物有氧化物夹杂、氨化物夹杂和硫化物夹杂，这些都是焊后残留在焊缝金属中的非金属夹杂物。、

17、氧化物夹杂。在用手工电弧焊和埋弧自动焊焊接低碳钢时，氧化物夹杂的主要成分是SiO2，其次是MnO、TiO2和Al2O3等，它们多以硅酸盐形式存在。硅酸盐的熔点一般低于金属的熔点。因此，在焊缝结晶后期，易形成低熔点夹层而引起热裂纹。氧化物夹杂主要是在熔池进行脱氧反应时产生的，焊接时熔池的脱氧越完善，焊缝中的氧化物夹杂越少，其危害越小。少量夹杂物是由于焊工操作不当而混入焊缝中的。、氮化物夹杂。空气是焊缝中氮的惟一来源，因此，只有在保护不良时，才会出现较多的氮化物夹杂。焊接低碳钢和低合金钢时，焊缝中氮化物夹杂的主要是Fe4N，它是焊缝在时效过程中从过饱和的固溶体中析出的，并以针状分布在晶内和晶界。由

18、于Fe4N是一种脆硬相，因此，当其含量较高时，会使焊缝的硬度提高，塑性、韧性急剧下降。一般焊接条件下，焊缝中很少存在氨化物夹杂，只有在焊接区保护不好时才可能发生。、硫化物夹杂。硫化物主要来源于焊条药皮和焊剂，经冶金反应后转入熔池。当母材和焊丝中的含硫量偏高时，也会产生硫化物夹杂。焊缝中的硫化物夹杂主要以MnS和FeS形态存在。当以MnS形式存在时，由于MnS主要呈细小颗粒状，所以对焊缝金属的性能影响不大；当以FeS形式存在时，由于FeS极易与Fe和FeO形成低熔点共晶，并沿晶界析出，促使形成热裂纹，故危害性很大。上述三类夹杂物对焊缝质量都有不利的影响，它们不仅会导致焊接缺陷，而且还会恶化焊缝金

19、属的力学性能，使塑性、韧性急剧降低。夹杂物的危害程度与其数量、大小、形态及分布状态有关。当夹杂物以细小的显微颗粒呈均匀弥散分布时，对塑性、韧性影响较小，而且还可提高焊缝金属的强度。因此，焊接时应特别注意防止宏观的大颗粒和片状夹杂出现。防止焊缝中产生夹杂物的措施是正确选择焊条和焊剂，使之更好的脱氧、脱硫，并注意操作工艺方法，如选择合适的焊接工艺参数，以利于夹杂从熔池浮出。多层焊时注意清除前层焊缝的熔渣，焊条角度和摆动要适当，促使熔渣浮出，操作时注意保护熔池，防止空气侵入熔池中。（2）、焊缝金属的二次结晶焊接熔池一次结晶后，已转变为固态焊缝。焊缝金属从高温冷却到室温时，要经过一系列相变过程，称为焊

20、缝金属的二次结晶。焊缝的一次结晶组织一般都是奥氏体。当焊缝金属连续冷却到低于相变温度时，奥氏体组织进一步转变或分解，转变后的组织，将根据焊缝的化学成分、冷却条件及焊后热处理等因素而决定。1）、低碳钢焊缝的二次组织低碳钢焊缝金属因含碳量低，二次相变组织大部分是铁素体加少量珠光体。铁素体首先沿原奥氏体边界析出，这样就勾划出一次组织的柱状轮廓称柱状铁素体，其晶粒十分粗大，甚至一部分铁素体还具有魏氏组织的形态。魏氏组织的特征是铁素体在奥氏体晶界呈网状析出，也可从奥氏体晶粒内部沿一定方向析出，具有长短不一的针状或片条状，可直接插入珠光体晶粒之中。魏氏组织主要出现在晶粒粗大的过热的焊缝之中。魏氏组织是一种

21、性能较差的过热组织。多层焊或经热处理的焊缝金属可获得细小的铁素体和少量珠光体组织一般使钢中柱状晶消失的临界温度约在Ac3点以上200C300C。低碳钢在9000C以上短时加热即可使柱状组织消失。相同成分的焊缝金属，由于冷却速度不同，也会使焊缝的组织有明显的不同。冷却速度越大，焊缝金属中珠光体含量越高。铁素体越少，焊缝组织的晶粒越细，焊缝的硬度和强度有所提高，而塑性、韧性下降。如果冷却速度减慢，高温停留时间增长，铁素体可呈粗大的魏氏组织，使焊缝金属韧性下降。2）、低合金钢焊缝的二次组织低合金钢焊缝金属二次组织可能出现的形态如图1-3-6所示。图1-3-6低合金钢焊缝二次组织形态分类（ *低合金钢

22、焊缝不存在这种组织）低合金钢焊缝的二次组织随焊缝金属的化学成分和冷却条件的不同，可出现以下四种转变：、铁素体转变低合金钢焊缝中铁素体的形态大体可分为四类：粒界铁素体、侧板条铁素体、针状铁素体、细晶铁素体。这四种类型的铁素体形态为低合金钢焊缝中的主要组成，其它珠光体、贝氏体、马氏体等组织转变占次要地位。低合金钢焊缝焊态组织主要是粒界铁素体和侧板条铁素体，并有一定量的贝氏体。如果缓慢冷却可得到块状铁素体和珠光体，冷却快时可得针状铁素体、细晶铁素体和马氏体。、珠光体转变一般低合金钢焊缝由于处在非平衡条件下进行组织转变，很少能得到珠光体组织，除非在更为缓慢的冷却条件下（预热、缓冷等）才有少量珠光体转变

23、。、贝氏体转变在焊接条件下，焊缝金属的贝氏体转变较为复杂，出现许多非平衡条件下的过渡组织。按贝氏体生成的温度区间来分，可分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体的特征为在光学显微镜下观察时呈羽毛状，一般沿奥氏体晶界析出。下贝氏体在光学显微镜下观察时，其特征有些与回火针状马氏体相似。、马氏体转变当焊缝的含碳量偏高或合金元素较复杂时，在快速冷却的条件下，奥氏体过冷到Ms温度以下将发生马氏体转变。根据含碳量的不同，可形成不同形态的马氏体。板条马氏体。低碳低合金焊缝金属，在连续冷却条件下，常出现板条马氏体。它的特征是在奥氏体晶粒的内部形成几束马氏体板条，束与束之间具有一定的交角。由于这种马氏体含碳量低，故也称

24、低碳马氏体。低碳马氏体具有较高的强度和良好的韧性。片状马氏体。当焊缝中含碳量较高（C20.4），将会出现片状马氏体，它与低碳板条马氏体在形态上的主要区别是马氏体片不互相平行。初始形成的马氏体片较粗大，往往贯穿整个奥氏体晶粒，使以后形成的马氏体片受到限制。透射电镜薄膜试样表明，片状马氏体内部的亚结构存在许多细小平行的带纹，称为孪晶带，故片状马氏体又称孪晶马氏体。这种马氏体的含碳量较高，属于高碳马氏体，硬度很高，且很脆。所以焊接时一般都要尽可能降低焊缝的含碳量，对于某些中高碳钢的焊接，甚至要采用奥氏体不锈钢焊条，使焊缝中不会出现孪晶马氏体。只有含碳较高的焊接热影响区，如预热温度不足，才会出现孪晶马

25、氏体。低合金钢焊缝二次组织比较复杂，随着化学成分和强度级别的不同，可出现不同的组织，甚至可出现几种组织混合存在。3）、改善焊缝二次组织的方法改善焊缝二次组织是提高焊缝性能的重要途径，生产上常用的方法简要介绍如下：、焊后热处理焊后热处理不仅改善了焊缝性能，同时也改善了整个焊接接头的性能，是充分发挥焊接结构潜在性能的有效措施。根据结构及被焊材料的不同，采用的热处理方法也不同，如珠光体耐热钢电站设备，焊后一般进行回火热处理；电渣焊厚板结构，焊后要进行正火处理；中碳调质钢的飞机起落架，焊后须进行调质处理，以提高接头的强度和韧性。、多层焊焊接相同厚度的钢板，采用多层焊可以提高焊缝金属的性能。该法一方面由

26、于每层焊缝变薄，改善了一次结晶条件；另一方面前层焊缝对后层焊缝起预热作用可降低焊缝的冷却速度，而后层焊缝对前层焊缝起热处理作用，从而改善了焊缝的二次组织。、锤击焊道表面锤击焊道表面既能改善一次组织，又可改善二次组织。因为锤击可使前一层焊缝（或坡口表面）不同程度地晶粒破碎，使后层焊缝晶粒细化，这样逐层锤击焊缝就可以改善二次组织的性能，产生塑性变形，降低残余应力，从而提高焊缝金属的韧性。一般采用风铲锤击，锤头圆角约1.01.5mm为宜，锤痕深度约为0.51.0mm，锤击的方向及顺序应先中央后两侧，依次进行。有专用锤击焊缝用的针束状风铲。、跟踪回火处理每焊完一层后，立即用气焊火焰加热焊道表面，温度控

27、制在9000C10000C 。如果手工电弧焊焊道的平均厚度约为3mm，则跟踪回火对前三层焊缝都有不同的热处理作用。最上层焊缝（03mm）相当于正火处理；对中层焊缝（36mm）承受约7500C左右的高温回火处理；对下层焊缝（39mm）进行了6000C左右的回火处理。所以采用跟踪回火对每道焊缝在焊接过程中将经受两次正火处理和若干次回火处理，不仅改善了焊缝的二次组织，同时也改善了整个焊接接头的组织性能和力学性能。（二）、熔合区熔合区是母材到焊缝的过渡区，它包括未混合熔化区与半熔化区。实际熔合线位于未混合熔化区与图1-3-7熔合区结构示意图以熔敷金属为主的焊缝区以母材为主的焊缝区半熔比区真正的熔合区定

28、义的熔合区实际熔合线焊缝金属区熔合线（假定） 热影响区半熔化区之间，它是焊接热影响区与焊缝的边界线，如图1-3-4所示。熔合区的温度处于固相线和液相线之间，温度梯度很大，该区很窄，金属处于部分熔化状态，晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀。冷却后的组织为过热组织。由于熔合区产生过热组织，晶粒粗大或产生不利的组织带，使该区的塑性、韧性下降，性能恶化，成为焊接接头中的薄弱地带，这往往是产生脆断和焊接裂纹的根源。对于碳钢、低合金钢，一般电弧焊条件下，熔合区宽度为0.1330.50mm，对于奥氏体钢电弧焊时，熔合区宽度为0.060.12mm。熔合区的特征熔合区性能下降的主要原因是由于这个地区存在着严重

29、的化学不均匀性，成为焊接接头中的一个薄弱地带。脆性断裂和焊接裂纹都容易在此部位发生和发展。对于绝大多数钢材而言，同一合金元素在液相中的溶解度大于其在固相中的溶解度，熔合区是固液两相的交界处，溶质原子会从固相向液相扩散。在焊接条件下，这个过程尽管十分短促，但在熔合区元素的扩散转移是十分激烈的，特别是硫、磷、碳、硼、氧和氮等。1、凝固过渡层的形成凝固过程中由于母材与焊条熔敷金属未能很好混合，便形成未混合区（或不完全混合区），焊后可以立即发现。这是一种具有化学不均匀性的过渡层，由于与凝固过程有关，故称“凝固过渡层”。异种金属焊接时，凝固过渡层最明显。实际焊缝成分总是与母材有一定差别，但一般并不称为异

30、种金属接头。通常所指的异种金属接头，主要是指组织结构或物理性能相差较大的金属材料间的焊接接头。或者是母材与母材不同，如钢与铜焊接或铜与铝焊接等的接头，或者是母材与焊条金属不同，如用纯镍或铜镍焊条焊铸铁的接头。这类情况下最易在熔合区见到凝固过渡层。当焊条金属和母村金属化学成分相差很大时，不完全混合的程度越大，凝固过渡层也越明显。而在焊条金属一定时，母材的熔合比或稀释率越大，凝固过渡层越明显。在熔合比一定时，熔合区在液态存在的时间越长或熔融金属流动性越好，越有利于母村金属与焊条金属的混合，凝固过渡层将会减小。2、碳迁移过渡层的形成碳迁移过渡层的形成是类钢（体心立方的珠光体钢）与类钢（面心立方的奥氏

31、体钢）焊接时出现的一种熔合区碳迁移现象。碳含量在实际熔合线（焊缝边界）处有突变，在母材一侧出现脱碳层，在焊缝一侧出现增碳层。不仅类钢与 类钢焊接时会见到碳迁移现象，即使是同类钢焊接，只要母材与焊缝的合金化程度不同，也可能发生碳迁移现象。3、残余应力的形成熔合区不仅存在化学不均匀性，还有物理性质（导热系数和膨胀系数）的不均匀性和力学性能（屈服强度和弹性模量）的不均匀性，这些都会在熔合区引起较大的残余应力。尤其是对于!与这样异种钢的接头，这种残余应力还很难消除。一般来说，回火处理应当发生应力松弛过程，使应力消除，对干低碳钢或低合金， 6500C回火可以比较有效地消除接头残余应力，至于奥氏体钢，85

32、00C 回火时消除接头残余应力也有一定效果。（三）、热影响区与焊缝相邻的母材金属因受到焊接热循环的作用，从而引起组织和性能的变化。这一区域称为热影响区。由于热影响区内各部位所经受的热循环不同，所以组织和性能的变化也不同。由此可见，焊接热影响区是一个组织与性能极不均匀的区域，其中那些组织和性能变坏了的部位，往往成为整个焊接接头中的最薄弱的环节。1、焊接热影响区的组织分布（1）、不易淬火钢的组织分布不易淬火钢是指在焊后空冷条件不易形成马氏体的钢材，如低碳钢、16Mn等。对于这类钢，按照热影响区中不同部位加热的最高温度和组织特征的不同，可分为以下四个区域。1）、熔合区。焊缝与母材相邻的部位又称半熔化

33、区（温度处于固液相线之间），此区范围虽然很窄，但由于化学成分和组织性能上存在较大的不均匀性，所以对焊接接头强度、韧性都有较大影响。在很多情况下熔合区是产生裂纹、脆性破坏的发源地。2）、过热区。此区的温度范围在固相线以下到11000C之间，金属处于过热状态，奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到粗大的组织（低碳钢焊后晶粒为13级）。在埋弧焊和电渣焊时，常出现魏氏组织。此区的韧性很低，通常比母材低2030 。因此，焊接刚度较大的结构时，常在过热区产生脆化和裂纹。过热区的大小与焊接方法、线能量和板厚等有关，电渣焊较宽，手弧焊较窄。3）、相变重结晶区（正火区）。焊接时母村金属被加热到11000C以下，Ac3以

34、上的部位将发生重结晶（铁素体和珠光体全部转变为奥氏体），空冷后得到均匀而细小的珠光体和铁素体（相当于热处理时的正火组织）。此区的综合力学性能一般比母材还好，是热影响区中组织和性能最好的区域。4）、不完全重结晶区。该区的加热温度范围在Ac1Ac3之间。在加热过程中，原来的珠光体全部转变为细小的奥氏体，而铁素体仅部分溶入奥氏体，剩余部分继续长大，成为粗大的铁素体。冷却时奥氏体转变为细小的铁素体和珠光体，粗大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，力学性能也不均匀。（1）、易淬火钢的组织分布易淬火钢是指在焊后空冷条件下，容易淬火形成马氏体的钢种，这类钢焊接热影响区组织分布与母材

35、焊前的热处理状态有关。如母材焊前是正火或退火状态，则热格响区组织可分为：1）、完全淬火区。该区的加热温度处于固相线到Ac3之间，它包括了相当于低碳钢焊接热影响区中的过热区和正火区（重结晶区）两部分。过热区和正火区虽然在易淬火钢中都属于淬火区，但由于加热到的峰值温度不同，由此引起的晶粒度、合金碳化物和氧化物的溶入以及奥氏体成分的均匀化程度等都不同，因此，奥氏体的稳定性也不同。过热区热到的峰值温度最高，接近熔点，所以该区内晶粒长得很粗大，一些难熔的合金碳化物和氮化物质点都溶入奥氏体。因此，奥氏体成分的均匀化程度高，提高了过热区奥氏体的稳定性。另外，该区的冷却速度最大，所以过热区淬火倾向大于正火区，

36、冷却后的组织为粗大马氏体。峰值温度处于正火区的部分则得到细小马氏体，根据冷却速度和线能量的不同，还可能出现贝氏体，形成了马氏体和贝氏体混合组织。这两个区的组织同属马氏体类型，只是粗细不同，因此，统称为完全淬火区。2）、不完全淬火区。相当于不易淬火钢热影响区的不完全重结晶区。母材被加热到Ac1Ac3温度之间，在快速加热条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体。在随后冷却时，奥氏体转变为马氏体，原铁素体保持不变，并有不同程度长大，最后形成马氏体铁素体组织，故称为不完全淬火区。如含碳量和合金元素不高，或冷却速度较小时，也可能出现索氏体和珠光体。如果母材焊前为调质状态，焊接

37、热影响区的组织分布除上述完全淬火区和不完全淬火区外，还存在一个回火软化区（低于Ac1以下区域）。在回火区内组织与性能变化程度取决于焊前母材调质时的回火温度，低于此温度的部位，其组织性能不发生变化，高于此温度的部位，组织性能将发生变化，出现过回火软比。综上所述，金属在焊接热循环作用下，热影响区组织分布是不均匀的，熔合区和过热区晶粒严重长大，是整个焊接接头的薄弱地带。对于含碳量高，合金元素较多，淬硬倾向较大的钢种，还出现淬火组织马氏体，降低期性和韧性，容易产生裂纹。2、热影响区的性能（1）、在热影响区中硬度和强度最高，塑性最差的部位是过热区，它是焊接接头的薄弱地带。在焊接热影响区的熔合线附近硬度最

38、高，远离熔合线，硬度降低，逐渐接近母材的硬度水平。（2）、热影响区的脆化1）、粗晶脆化。粗晶脆化主要出现在过热区，是由于奥氏体晶粒严重长大造成的，一般晶粒越粗，韧性越低。2）、淬火脆化。3）、析出相脆化。某些金属或合金，在焊接冷却过程中或是在焊后回火或时效过程中，从过饱和固溶体中析出氮化物、碳化物或金属间化合物时，引起金属或合金脆性增大的现象，称为析出相脆化。4）、热应变时效脆化。钢材因经受塑性变形产生时效过程而发生脆化的现象叫应变时效脆化。二、选取焊接接头时应考虑的问题（一）、焊接时便于焊工操作焊条电弧焊、点焊接头示例如图1-3-所示。（二）、焊缝不应过分集中焊缝集中情况示例如图1-3-所示。（三）、焊缝应避开应力集中处和加工面其示例如图1-3-10所示。（四）、钎焊接头形式以搭接和套接为好如图1-3-11所示。（五）、接头焊后不宜采用的处理(形、搭接、套接等接头，焊后不宜采用电镀及其它化学处理。图1-3- 接头形式选择a）不合理 b）合理 c）焊条电弧焊操作要求图1-3- 焊缝集中情况示例a）不合理 b）合理图1-3-10 应力集中处和加工面示例a）不合理 b）合理图1-3-11 钎焊接头形式