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焊接物理冶金_第一章课件

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第一章 焊接的基本概念ppt课件

第一章 焊接的基本概念ppt课件
3
前言 1） 熔焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊
接方法称为熔焊。 2） 压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力，以
完成焊接的方法称为压焊。 3） 钎焊 钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比
焊件熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热 到高于钎料熔点、低于焊件熔点的温度，利用液态 钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实 现连接焊件的方法。
8
焊接接头的组织与性能
焊缝金属区
焊缝金属区指在焊接接头横截 面上测量的焊缝金属的区域。
熔合区
焊缝与母材交接的过渡区，即熔合 线处微观显示的母材半熔化区域。
热影响区
是焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未 熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。
9
焊接接头的组织与性能
熔池
焊接时在焊接热源的作用下，焊件上
28
29
临界碳当量
30
使用美国焊接学会推荐的Ceq(AWS)：应根据Ceq(AWS) 值再结合焊件厚度，先根据图1查出该钢种焊接性的优 劣等级，再根据表1-3确定出其焊接的最佳工艺措施。
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2 (%)
表1-3 钢材焊接性等级不同时的最佳焊接工艺措施
23
24
使用因素指焊接结构的工作温度、负荷条件(动 载、静载、冲击、高速等)和工作环境(化工区、沿 海及腐蚀介质等)。一般来讲环境温度越低钢结构 越易发生脆性破坏，承受交变载荷的焊接结构易 发生疲劳破坏。
25
金属材料焊接性分析方法
金属材料特性分析焊接性方法 从焊接工艺条件分析焊接性
金属材料特性分析焊接性方法

焊接化学冶金知识概述PPT(89张)

焊接化学冶金知识概述PPT(89张)
化学成分。 （3）防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔。
焊接化学冶金的首要任务就是对焊接区内的金属加强保护，以免 受空气的有害作用。
(二) 保护的方式和效果
1 埋弧焊：是利用焊剂及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属 的，焊剂保护效果取决于焊剂的粒度和结构。
2 气体保护焊：保护效果取决于保护气的性质与纯度。惰性气体(氩、 氦等)保护效果好，用于合金钢和化学活性金属及其合金。
平均熔敷速度 ：单位时间内熔敷在焊件上的金属质量称为平均熔 敷速度。gD=GD/t=αpI
损失系数： 在焊接过程中，由于飞溅、氧化、蒸发损失的一部分 焊条金属(或焊丝)质量与熔化的焊芯质量之比称焊条损失系数。
G G DgMgD1 H
G
gM
P
熔敷速度才是反映焊接生产率指标 H(1 ) P
目前还不能从理论上精确地计算出熔滴温度，只能作为定性的参 考。
●随焊丝直径的增大，熔滴的温度降低。
●低碳钢熔滴的平均温度在2100~2700 K的范围内。
（二）熔池的形成
熔池：焊接热源作用在焊件上所形成的具有一定几何形状的液态 金属部分就是熔池。
熔池是由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的。 若用非熔化极进行焊接时，熔池仅由局部熔化的母材所组成。
均匀的焊缝金属。
b) 有利于气体和非金属夹杂物外逸，加速 冶金反应，消除焊接缺陷(如气孔)，提 高焊接质量。
图1-5 TIG焊 钛合金时熔池 中金属的流向
二 焊接过程中对金属的保护
(一) 保护的必要性 （1）防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中
氧和氮的含量。 （2）防止有益合金元素的烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的
(2)熔滴的比表面积和相互作用时间 熔滴的比表面积:表面积与质量之比：

焊接物理冶金-第一章课件

焊接物理冶金-第一章课件
焊接物理冶金
授课内容
第一章 绪论 第二章 焊接热过程 第三章 焊缝金属 第四章 焊接热影响区 第五章 焊接裂纹 第六章 焊接结构 第七章 焊接界面
主要参考书：
1. 张文钺 编著. 焊接物理冶金，天津大学出版社， 1991年。
2. 张文钺 编著. 焊接冶金学，机械工业出版社， 1996年。
3. 中国焊接学会编. 焊接手册（材料的焊接），机械工业 出版社，2001年。
焊接化学冶金：基本任务是研究焊接过程中焊接区各种 物质之间在高温下相互作用的过程和规律（如焊接区内 金属、气体与熔渣三相间的相互作用，焊缝金属的合金 化及其成分控制等）。研究过程的规律。
焊接物理冶金：这门科学的基本任务在于对材料受焊后的化 学成分、组织、性能的变化和产生缺陷的原因进行深入的分 析，找出内在的规律，探明材料受焊过程和受焊之后物理、 化学及微观的变化行为，为进一步提高焊接质量、防止各种 缺陷提供理论依据。研究过程结果影响的规律。
构件焊接性分析 与“材料焊接性”相比，构件焊接性的含义更广泛，它可以包 含:
“材料的焊接适应性”、 “设计的焊接可靠性” 和 “制造的焊接可行性” 。
如图1-1所示。
焊接残余应力和焊接变形是焊接性 的重要组成部分，它影响到冷、热裂纹的 产生，影响使用性能并妨碍制造过程。
图1-1构件焊接性的定义
影响构件焊接性的因素
1 焊接的定义及特点
焊接的定义：
被焊工件(同材质或者不同材质)通过加热或 加压(或两者并用), 采用或不用填充金属, 使被焊 工件达到原子间结合而形成永久性连接的工艺 过程。
金属焊接的条件：
只有两块金属的距离d达到（3~5）×10-10m时， 金属原子之间便形成了金属键，实现焊接。
1 焊接的定义及特点

焊接电弧及冶金知识(PPT125页)

焊接电弧及冶金知识(PPT125页)

2.焊接电弧
8)焊缝接头形式
焊接电弧及冶金
<1>焊接接头的组成
焊接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区组成
熔焊焊接接头的组成
对接接头的断面图
搭接接头的断面图
2.焊接电弧
焊缝 熔合区 热影响区 母材区
焊接电弧及冶金
低
合
金
焊趾 结
构
焊根
钢 焊
接
接
头
宏
观
形
貌
2.焊接电弧
<2>焊接接头的基本形式
焊接电弧及冶金
手
直
弧
流
焊
电
机 弧焊整流器(ZXG-300)
焊接电弧及冶金
按 照 电 流 性 质
2.焊接电弧
6)电弧热效率
焊接电弧的热 效率就是电弧 中用于熔化焊 条与焊件的功 率与整个电弧 功率的比率。
焊接电弧及冶金
பைடு நூலகம்
2.焊接电弧
焊接电弧及冶金
7）电弧偏吹
• 电弧轴线偏离焊条轴线方向的现象，称它为电弧的偏吹。
• < 1>焊接电弧产生偏吹的原因
对接焊缝的典型坡口形式
13 38 3 26 20 60
12 60
12
2.焊接电弧
焊接电弧及冶金
②T形接头
一焊件端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的 接头，称为T形接头 。
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，用于船体。
过
渡 的
电磁力
作 用
斑点压力
力
气体的吹力

山大焊接物理冶金PPT

山大焊接物理冶金PPT
焊接技术的主体内容：
涵盖熔化焊接、钎焊和固相焊接几部分。
Part I 焊接的基本概念
2 焊接的分类——熔化焊
熔化焊——液相焊 钎焊——液固相焊
固 相 焊
压力焊——固相焊
Part I 焊接的基本概念
2 焊接的分类——熔化焊
熔化焊：是指焊接过程中，对于紧密贴在一
起的被焊工件，将焊接接头加热至熔化状态，
22/11 12
26/11 12
19/11 13 3/12 6/12 13 14
)
10/12 14
材料成型基础
Part I
焊接基本概念
焊接的基本概念
1、 焊接的定义及特点 2、 焊接技术的发展 3、 焊接的分类
4、 焊接应用
5、 焊接专业及其研究领域
1 焊接的定义及特点
连接技术的历史与发展
连接技术是伴随着材料的应用而产生的。 在人类还只能使用天然材料时，就产生了 捆绑、镶嵌、缝纫等连接技术。 当人类可以制造材料后，现代意义上的连 接技术就开始萌生了。 除机械方法以外，钎焊或许是最古老的连 接金属的技术。 焊接技术属于连接技术的范畴
Part I 焊接的基本概念
2 焊接的分类——压力焊
压力焊
焊接有两种形式，一是将被焊金属接触部分加 锻 扩 摩 搅 高 电 电 冷 超 爆 接 散 擦 拌 频 阻 阻 压 声 炸 热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定 焊 焊 摩 电 点 对 焊 波 焊 擦 阻 、 焊 焊 的压力，以使金属原子间相互结合形成牢固的 焊 焊 缝 焊 焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊、气压焊 等就是这种类型的压力焊方法。二是不进行加 热，仅在被焊金属接触面上施加足够大的压力， 借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相 互接近而获得牢固的压挤接头，这种压力焊的 方法有冷压焊、爆炸焊等

山大焊接物理冶金PPT

山大焊接物理冶金PPT

提。
时还需要考虑生产效率和经济性等因素。
焊接缺陷的形成与防止
焊接缺陷是指在焊接过程中或焊接后出现 的各种不符合设计要求或技术标准的问题 ，如裂纹、气孔、夹渣、未熔合等。
为了防止焊接缺陷的产生，需要采取一系列 措施，如提高材料质量、加强工件加工和装 配质量的控制、选择合理的焊接工艺参数等 。
焊接缺陷的形成与多种因素有关，如 材料质量、加工精度、装配质量、焊 接工艺参数等。
焊接结构的使用性能与安全评定
01
焊接结构是指通过焊接方法连接而成的结构件，广泛应用于机械、建筑、船舶 、化工等领域。
02
焊接结构的使用性能是指其承受载荷的能力、工作稳定性和耐久性等方面，这 些性能需要通过试验和计算进行评价。
03
安全评定是指对焊接结构的承载能力进行评估，以确保其在正常工作条件下能 够安全可靠地工作。安全评定需要考虑多种因素，如载荷大小和分布、材料特 性、结构形式和尺寸等。
焊接结构的安全评定与寿命预测
焊接结构的完整性评估
通过无损检测、力学性能试验等方法对焊接结构的完整性进行评 估，确保其安全可靠。
寿命预测与可靠性分析
基于焊接接头的疲劳性能、断裂力学等理论，对焊接结构的寿命进 行预测和可靠性分析。
环境因素对焊接结构的影响
研究环境因素（如温度、湿度、腐蚀等）对焊接结构的影响，为其 在各种环境下的安全使用提供保障。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
焊接物理冶金的重要性
提高焊接质量
通过深入理解焊接过程中的物理 和化学现象，可以更好地控制焊 接质量，减少焊接缺陷，提高结
构的可靠性和安全性。
促进新材料的应用
焊接物理冶金为新材料的应用提供 了理论基础和技术支持，有助于推 动新材料在工程领域的发展。

第一章 焊接化学冶金

第一章 焊接化学冶金

图1-5 TIG焊 钛合金时熔池 中金属的流向
二 焊接过程中对金属的保护
(一) 保护的必要性 （1）防止熔化金属与空气发生激烈的相互作用，降低焊缝金属中
氧和氮的含量。 （2）防止有益合金元素的烧损和蒸发而减少，使焊缝得到合适的
化学成分。 （3）防止电弧不稳定，避免焊缝中产生气孔。
焊接化学冶金的首要任务就是对焊接区内的金属加强保护，以免 受空气的有害作用。
6Fe2O3＝4Fe3O4＋O2； 2Fe2O3＝6FeO＋O2 4Mn2O3＝2Mn3O4＋O2；6Mn2O3＝4Mn3O4＋O2
cp

(m0

1 2
mtr
)
/(mtr
/ )
mcp熔滴平均质量，mcp=m0+1/2 mtr，m0 熔滴脱落后在焊条端部剩余液体量；mtr 单个熔滴质量； τ熔滴长大时间；
cp [(m0 / mtr ) 1/ 2]
gcp熔滴过渡一个周期内焊芯的平均熔化 速度，gcp=mtr/τ
图1-1 焊条端部熔滴质量随时间的变化(低氢碱性焊条，反接)
图1-10：熔敷金属中含硅量随电压增大和焊接电流减小而增大。 图1-11中：f↑→I↑→反应时间τ ↓→Si损失率↓
f↓→U↑ 相反
五 焊接化学冶金系统的不平衡性
焊接化学冶金系统是复杂的高温多相反应系统。由物理化学可 知，多相反应是在相界面上进行的，并伴随着物质的迁移过 程。
焊接区不等温条件排除了整个系统平衡的可能性，在系统中的 局部可能出现某个反应的短暂平衡状态。
●与熔滴相比，熔池的平均温度较低，约为1600~1900℃；比表面 积较小，约为3~130cm2/kg；反应时间稍长些，如手工电弧焊时 通常为3~8s，埋弧焊时为6~25s。
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熔化焊：是指焊接过程中，对于紧密贴在一
起的被焊工件，将焊接接头加热至熔化状态，
在温度场、重力等的作用下，在不加压力条
件下，两个工件熔融的液态金属混合，待温
度降低后将两被焊工件牢固地凝结在一起，
完成焊接的方法。
Hybrid welding Laser beam welding 激 光 焊 Electron beam welding Electroslag welding Thermit welding 熔化焊 Air-acetylene welding 气焊 Oxy-acetylene welding Oxy-hydrogen welding 等 离 子 弧 焊 Plasma arc welding Atomic hydrogen welding Argon tungsten arc welding 电弧焊 Stud welding Shielded metal arc welding 熔化极 Submerged arc welding, Argon arc welding (or MIG) CO2 CO2 arc welding( or MAG) 电 弧 焊 惰 性 气 体 保 护 电 弧 焊 埋 弧 焊 焊 条 电 弧 焊 螺 柱 焊 钨 极 氩 弧 焊 原 子 氢 焊 氧 氢 焊 氧 乙 炔 焊 空 气 乙 炔 焊 铝 热 焊 电 子 束 焊
材料连接的方法 及其基本特征




连接技术已经出现了多种方法： 捆绑、镶嵌、焊接、铆接、粘接 连接过程中涉及到的能量类型： 光、电、声、化学、机械 结合性质： 机械结合、化学结合和材质结合 焊接方法处于绝对主导地位 过程最复杂、发展最迅速 应用最广泛
1 焊接的定义及特点
焊接的定义：
被焊工件(同材质或者不同材质)通过加热或 加压(或两者并用), 采用或不用填充金属, 使被焊 工件达到原子间结合而形成永久性连接的工艺 过程。
2 焊接的分类——钎焊
钎焊 Saltbath dip brazing 炉 中 钎 焊 Furnace brazing 感 应 钎 焊 Induction brazing 火 焰 钎 焊
Torch brazing( soldering)
盐 浴 钎 焊
电 子 束 钎 焊
电 弧 钎 焊 Arc brazing
1 焊接的定义及特点
连接技术的历史与发展




连接技术是伴随着材料的应用而产生的。在人 类还只能使用天然材料时，就产生了捆绑、镶 嵌、缝纫等连接技术。 当人类可以制造材料后，现代意义上的连接技 术就开始萌生了。 除机械方法以外，钎焊或许是最古老的连接金 属的技术。 焊接技术属于连接技术的范畴
1 焊接的定义及特点
1 焊接的定义及特点

焊接与机械连接（如铆接）和粘接的差异：
被焊接的材料不仅在宏观上建立了永久性 的联系，而且在微观上建立了组织之间的内在 联系。

焊接技术的主体内容：
涵盖熔化焊接、钎焊和固相焊接几部分。
2 焊接的分类——熔化焊
熔化焊——液相焊 钎焊——液固相焊
固 相 焊
压力焊——固相焊
2 焊接的分类——熔化焊
2 焊接的分类——压力焊
压力焊：典型的固相焊接方法，利用压力使待 焊部位的表面在固态下直接紧密接触，并使待 焊接部位的温度升高，通过调节温度、压力和 时间，使待焊表面充分进行扩散而实现原子间 结合，形成焊接接头的方法。
2 焊接的分类——压力焊
压力焊
焊接有两种形式，一是将被焊金属接触部分加 锻 扩 摩 搅 高 电 电 冷 超 爆 接 散 擦 拌 频 阻 阻 压 声 炸 热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定 焊 焊 摩 电 点 对 焊 波 焊 擦 阻 、 焊 焊 的压力，以使金属原子间相互结合形成牢固的 焊 焊 缝 焊 焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊、气压焊 等就是这种类型的压力焊方法。二是不进行加 热，仅在被焊金属接触面上施加足够大的压力， 借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相 互接近而获得牢固的压挤接头，这种压力焊的 方法有冷压焊、爆炸焊等
3 焊接技术的历史与发展
现代焊接生产对于焊接热源的要求主要是： (1) 能量密度高，并能产生足够高的温度。高 能量密度和高温可使焊接加热区域尽可能小，热 量集中，并实现高速高效焊接生产。 (2) 热源性能稳定，易于调节和控制。热源性 能稳定是保证焊接质量的基本条件。 (3) 高的热效率，降低能源消耗。尽可能提高 焊接热效率，节约能源消耗有着重要技术经济意 义。
图0-10 摩擦焊接头
图0-11 钎焊接头
2. 焊接接头的表征
焊接区包括焊缝区、熔合区和热影响区 — 焊接接头 （Welded joint） 1. 焊缝区 (a) 不加焊接材料：焊缝区（Weld zone）- 熔合区（Fusion zone） 、焊缝金属（Weld metal） (b) 加焊接材料: 焊缝区（Weld zone）、焊缝金属 （Weld metal）、熔合比（ Fusion ratio） (c) 不包括母材的影响：熔敷金属（Deposited metal） 2. 热影响区（Heat-affected zone, HAZ） 焊缝区周围的母材受热作用引起组织和性能变化的区域。 3. 熔合区（Fusion zone） 在焊缝区与热影响区之间尺寸非常小的过渡区。 4. 焊缝金属深/宽比
Forge-welding, Blacksmith welding Diffusion welding Friction welding Friction stir welding High frequency resistance welding Resistance spot, seam welding Upset butt welding Cold pressure welding, Ultrasonic welding Explosive welding
焊接化学冶金：基本任务是研究焊接过程中焊接区各种 物质之间在高温下相互作用的过程和规律（如焊接区内 金属、气体与熔渣三相间的相互作用，焊缝金属的合金 化及其成分控制等）。研究过程的规律。 焊接物理冶金：这门科学的基本任务在于对材料受焊后的化 学成分、组织、性能的变化和产生缺陷的原因进行深入的分 析，找出内在的规律，探明材料受焊过程和受焊之后物理、 化学及微观的变化行为，为进一步提高焊接质量、防止各种 缺陷提供理论依据。研究过程结果影响的规律。 焊接力学冶金：基本任务是研究焊接过程中及焊后焊接接头 应力场的变化规律及其对接头组织和性能的影响规律。
3、 构件焊接性
构件焊接性分析 与“材料焊接性”相比，构件焊接性的含义更广泛，它可以包 含: “材料的焊接适应性”、 “设计的焊接可靠性” 和 “制造的焊接可行性” 。
如图1-1所示。
焊接残余应力和焊接变形是焊接性 的重要组成部分，它影响到冷、热裂纹的 产生，影响使用性能并妨碍制造过程。
图1-1构件焊接性的定义
2 焊接的分类
熔化焊、钎焊、压力焊特点的比较
工艺 熔化焊 钎焊 热源 外加 外加 压力 无 母材 熔化 填充材料 有或无 有 无
有（压力低使工 不熔化 件紧密接触） 有 不熔化
外加或内 压力焊 部
2 焊接的分类
熔化焊、钎焊、压力焊特点的比较
3 焊接技术的历史与发展





1950s： CO2气体保护焊、电渣焊、高频电阻焊、摩擦焊 、超声波焊 1960s： 电子束焊、等离子弧焊接与切割、爆炸焊 1970s： 激光焊接与切割 1980s： 离子束、太阳能、微波焊接 1990s： 搅拌摩擦焊FSW、复合热源焊接
焊接物理冶金

授课内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 绪论 焊接热过程 焊缝金属 焊接热影响区 焊接裂纹 焊接结构 焊接界面

主要参考书：
1. 张文钺 编著. 焊接物理冶金，天津大学出版社， 1991年。 2. 张文钺 编著. 焊接冶金学，机械工业出版社， 1996年。 3. 中国焊接学会编. 焊接手册（材料的焊接），机械工业 出版社，2001年。 4. 周振丰 主编. 焊接冶金学（金属焊接性），机械工业出 版社，1993年。 5. 周振丰主编. 焊接冶金及金属焊接性，机械工业出版社 1987年。 6. 陈伯蠡主编. 焊接冶金原理，清华大学出版社，1989年。 7. H.H. 雷卡林著. 焊接热过程计算， 中国工业出版社， 1961年。
焊接工艺 及设备
焊接装备
焊接结构
图0-1 手工电弧焊
图0-2 手工电弧焊接头
图0-3 气体保护焊
图0-4 气体保护焊接头
图0-5 埋弧焊
图0-6 埋弧焊接头
图0-7 电子束焊接头
图0-8 45钢与W4Cr4V2高速钢扩散焊接头组织
图 瞬间液相扩散焊（Cu-Mg共晶温度485℃）
图0-9 电阻焊接头
1）连接性能好，密封性好，承压能力高 ； 2）省料，重量轻，成本低； 3）加工装配工序简单，生产周期短 ； 4）易于实现机械化和自动化。
焊接的特点——缺点：
1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便 ；
2）焊接接头的组织和性能发生变化，往往是变坏； 3）要产生焊接残余应力和焊接变形；
4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。
复 合 热 源 焊
2 焊接的分类——熔化焊
GMAW or MIG/MAG
GTAW or TIG
非熔化极
高能束焊接
电 渣 焊
2 焊接的分类——钎焊
钎焊：利用熔点比母材低的填充金属充接头间隙并与母材相互扩散，实 现连接的焊接方法。
Electron beam brazing 激 光 钎 焊 Laser brazing
影响构件焊接性的因素
母材和填充材料的类型（化 学）成分和显微组织 结构形状、尺寸、支撑条件和 负载、焊缝类型、厚度和配置 焊接方法、焊速、焊接操作、 坡口形状、焊接顺序、多层焊、 定位焊、夹紧、预热和焊后热 处理