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一、焊接基础知识 1. 焊接的特点; 焊接是通过加热(或加压)将两块金属永远连接在一起,由室温到高温在从高温到室温的一个过程。焊接冶炼过程与金属冶炼一样,是通过加热使金属熔化,在金属熔化过程中,金属---- 熔渣---- 气体之间发生复杂的化学反应和物理变化。但焊接过程不同于炼钢: ①电弧温度高, ②焊接熔池体积小,加热、冷却速度快,局部高温容易引起应力和变形, ③熔池金属不断更新, ④液态金属以滴状进入熔池,使金属与气体和熔渣的接触面大大超过炼钢时的接触面,这虽然加速了冶金反应但也增加了气体侵入液体金属的机会。 2. 焊缝金属凝固和结晶; 焊接过程中, 熔池随热源而移动, 在电弧的作用下, 熔池在运动状态下进行结晶,随着电弧向前移动,焊缝开始从半熔化区的母材上结晶,沿着散热的相反方向、朝熔池中心生长,形成柱状晶,在一定条件下也会形成颗粒状等轴晶。而低熔点的杂质被积聚到最后凝固的地方,即焊缝中心。因此焊缝中心容易产生缺陷。那什么是一次结晶和二次结晶, 由液态固态称为一次结晶。( 如柱状晶) 在多道焊接时后道对前道的再加热( 正火), 使部分柱状晶或粗晶消失形成细小的等轴晶,对一些低合金钢或合金钢焊缝,通过热处理改变一次晶的晶粒、特征或形态获得高韧性的组织,这些均属于二次结晶。 3. 焊接接头它是怎样形成的; 用焊接方法连接的接头。焊件在电弧热作用下,熔化形成熔池,热源离开后,开始结晶形成焊缝。焊接时进缝区母材受电弧热的作用,组织和性能均要发生变化,这部分变化了的母材称为热影响区。焊缝金属向热影响区过渡的区域称熔合区。焊接接头是由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。 4. 低碳钢焊缝热影响区的组织和性能; 低碳钢缝热影响区分为六个区段; 1) 半熔化区: 在固相线和液相线之间,又称熔合线,对低碳钢来说这个区段很窄,此段内的金相组织是过热组织,晶粒大,是最容易产生缺陷。 2) 粗晶区: 焊接时被加热到固相线至 1100 ℃之间,该区段晶粒粗大(有魏氏组织), 其强度、硬度比母材高, 但塑性、韧性大大降低, 焊缝中的氢向此处扩散和集聚,易产生冷裂纹,一般来说是焊接接头中最值得重视的区段。 3) 正火区: 在 1100 ℃和 AC 3 线之间,由于重结晶,相当于正火,得到均匀、细密的铁素体和珠光体组织,其强度、韧性都比较好。 4) 不完全正火区: 在 AC 3和 AC 1 线之间,由于组织转变不完全,晶粒大小不均匀,其性能不稳定。 5) 再结晶区:在 AC 1 线和 500 ℃之间, 一般组织变化不明显, 只有经受过冷压加工的钢材,才有此区段,使冷作硬化造成的晶格扭曲得以恢复,产生再结晶。此区段对力学性能影响不大。 6) 蓝脆区: 低碳钢在 200~300 ℃范围内, 强度稍有提高, 塑性有较大的下降,其金相组织看不出有什么变化。 5. 低合金高强钢在焊接热循环作用下的组织和性能变化情况; 该钢的焊接热影响区分为粗晶区、细晶区、不完全重结晶区和回火区。其中粗晶区的塑性和韧性较母材有明显下降,是最薄弱的部位,成为焊接试验研究的重点。粗晶区的组织和性能与焊接热过程有关,焊接线能量小,冷却速度快时, 容易得到板条壮马氏体。当线能量增大或采取预热、后热等措施可以得到保留着板条相位的回火马氏体+ 贝氏体组织。热影响区中略高于 AC 3 的部位为细晶区,此处金属的各项性能都较好。 AC 1和 AC 3 之间称为不完全重结晶区,由于部分组织发生转变,塑性和韧性有所下降,但此区段窄小,对整个焊接接头来讲,影响不明显。回火区内高于母材的回火温度,会形成一个软化区,这对于调质钢来说更为明显, 软化区的强度和硬度有所降低, 而塑性和韧性则趋近于母材。在多层焊接的情况下,后一道焊缝会在前道焊缝的热影响区上,叠加各种不同的二次热循环,使二道焊缝熔合线交界处的热影响区,原来的粗晶区又经受了高温,晶粒更加粗大。而其他部位的粗晶区经受稍低温度的二次热循环,使晶粒细化或回火,冲击韧性回有某些改善。多层焊接热影响去的组织状态比较复杂,但总的看来其性能比单层焊的要好的多。 6. 焊接可焊性、如何用碳当量来评定钢材的可焊性; 金属材料在一定的工艺和结构条件下进行焊接,能得到合乎要求的焊接接头, 严格的说,它包括工艺上的“可能性”使用上的“适应性”和“安全性”。但一般来讲都以工艺可焊性, 即抗裂性为主要内容。因此传统上的可焊性主要指抗裂性。金属材料对焊接加工的适应性,主要指在一定的焊接工艺条件下,获得优质焊接接头的难易程度。它包括:接合性能;金属对形成焊接缺陷的敏感性;使用性能:焊接接头在使用上的适应性。可焊性一般是通过焊接试验来决定钢材的焊接性能的。也就是说焊接工艺评定, 现执行的标准 JB4708-2000 (钢制压力容器焊接工艺评定), 还有一种方法可根据钢材本身的化学成