下载文档原格式
焊接冶金学基本原理引言：焊接冶金学是研究焊接过程中金属材料的物理和化学变化的学科。
它涉及到金属的熔化、凝固、晶体生长和相变等过程。
本文将介绍焊接冶金学的基本原理，包括焊接过程中的热力学、动力学和金相学等方面。
一、热力学原理焊接过程中的热力学原理是理解焊接过程中金属材料的熔化和凝固行为的基础。
焊接过程中，金属材料受到加热而达到熔点，然后在熔融状态下进行熔化和混合。
热力学原理研究了焊接过程中的相变行为，包括熔化、凝固和晶体生长等过程。
通过控制焊接过程中的温度和冷却速率，可以影响焊缝的组织和性能。
二、动力学原理焊接过程中的动力学原理研究了焊接过程中金属材料的相变速率和晶体生长行为。
焊接过程中，金属材料经历了熔化、凝固和晶体生长等过程。
动力学原理研究了这些过程中的相变速率和晶体生长速率，以及它们与焊接参数（如焊接速度、焊接电流等）的关系。
通过控制焊接参数，可以调节焊缝的组织和性能。
三、金相学原理焊接过程中的金相学原理研究了焊接过程中金属材料的组织和相变行为。
金相学是研究金属材料的组织和结构的学科，通过显微镜观察和分析焊接接头的金相组织，可以了解焊接过程中的相变行为和组织演变规律。
金相学原理对于评估焊接接头的质量和性能具有重要意义。
结论：焊接冶金学的基本原理包括热力学、动力学和金相学等方面。
热力学原理研究了焊接过程中的相变行为，动力学原理研究了相变速率和晶体生长行为，金相学原理研究了焊接接头的组织和相变行为。
通过深入理解焊接冶金学的基本原理，可以优化焊接过程，提高焊接接头的质量和性能。
参考文献：[1] Smith W F. Principles of Materials Science and Engineering[M]. McGraw-Hill, 2006.[2] Kou S. Welding Metallurgy[M]. Wiley, 2003.。
绪论1、什么是焊接，其物理本质是什么？答：（1）被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。
（2）物理本质a、宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的不可拆卸性（永久性）。
b、微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。
2、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？答：（1）从理论来讲，就是当两个被焊的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。
然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氧化膜、油污和水分等吸附层。
这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。
（2）为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施：a、对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。
b、对被焊材料加热（局部或整体）对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原子的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
3、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？答：熔焊：使两个被焊材料之间（母材与焊缝）形成共同的晶粒。
钎焊：只是钎料熔化，而母材不熔化，故在连接处一般不易形成共同的晶粒，只是在钎料与母材之间形成有相互原子渗透的机械结合。
4、温度场定义，分类及其影响因素。
答：（1）定义：焊接时焊件上的某瞬时的温度分布称为温度场。
（2）分类：稳定温度场、非稳定温度场、准稳定温度场。
（3）影响因素：热源的性质、焊接线能量、被焊金属的热物理性质（热导率λ、比热容c、容积比热容cρ、热扩散率a、热焓H、表面散热系数α）、焊件的板厚及形状。
第一章焊接化学冶金1、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点？答：（1）药皮反应区:温度范围100～1200℃a、水分的蒸发b、某些物质的分解（有机物、碳酸盐、高价氧化物）c、铁合金的氧化（2）熔滴反应区：温度范围1800～2400℃a、熔滴的温度高b、熔滴与气体和熔渣的接触面积大c、各相之间的反应时间（接触时间）短d、熔滴与熔渣发生强烈的混合（3）熔池反应区：温度范围1600～1900℃a、反应速度低b、熔池温度分布极不均匀c、具有一定的搅拌作用2、为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？答：（1）电弧中受激的氮分子，特别是氮原子的溶解速度比没受激的氮分子要快得多。
绪论焊接：被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。
焊接实质：当两个被焊的固体金属表面接近到相距r时，就可以在接触表面上A进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。
为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，两种措施：1.对被焊接的材质施加压力2.对被焊材料加热（局部或整体）焊接热源：1.电弧热2.化学热3.电阻热4.高频感应热5.摩擦热6.等离子焰7.电子束8.激光束焊接接头的形成：一般要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头提高焊缝韧性:加入微量合金元素（Ti、Mo、Nb、V、Zr、B和稀土等）排除焊缝杂质（S、P、O、N、H等）焊缝缺陷:偏析、夹杂、气孔、热裂纹、冷裂纹、脆化等第一章焊接化学冶金1.1熔池：母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定几何形状的液体金属叫做熔池熔池中流体的运动：1.原因1）温度分布不均匀由液态金属的密度差造成自由对流运动2）表面张力差所引起的强对流运动3）热源的各种机械力所产生的搅拌作用 2.作用：1）使熔池中焊丝金属和母材金属混合均匀，使冶金反应顺利进行2）获得成分均匀的焊缝金属，有利于气体和非金属夹杂逸出1.2焊接过程中对金属的保护熔渣:埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接。
利用焊剂以及其熔化以后形成的熔渣隔离空气保护金属的，焊接的保护效果取决于焊剂的粒度和结构、混合气体）中焊接。
保护效气体：气焊、在惰性气体和其他保护气体（如CO2果取决于保护气的性质与纯度、焊炬的结构、气体的特性等因素熔渣和气体：具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接。
一般由造气剂、造渣剂和钛合金等组成的。
造渣剂融化以后形成熔渣，覆盖在熔滴和熔池表面上将空气隔开。
熔渣凝固以后，在焊缝上面形成渣壳，可以防止处于高温的焊缝金属与空气接触。
第一章绪论及焊接化学冶金零、绪论部分焊接：通过加热或加压或两者并用，且用或不用填充材料，使被焊工件（同质或异种材质）的材料达到原子间结合而形成永久性连接的工艺过程。
比热流：单位时间内通过单位面积传入焊件的热能。
线能量：热源功率Q与焊接速度v之比，q=Q/v （J/cm）热输入：熔焊时焊接能源输入给单位长度焊缝上的热能。
焊接温度场：焊件上某一瞬时温度的分布，T=f（x, y, z, t）2、焊接过程的物理本质（怎样才能实现焊接）：（1）金属：形成金属键结合，共同的晶粒；（2）塑料：形成共同的分子链。
3、焊接热源的种类：电弧热、化学热、电阻热、高频感应热、摩擦热、等离子焰、电子束、激光束、超声波一、焊接化学冶金焊条的平均熔化速度：在单位时间内熔化的焊芯质量或长度，g M=G/t=αP I (g/h)平均熔敷速度：在焊接过程中并非所有熔化的焊条金属都进入熔池形成焊缝，平均熔敷速度指单位时间内真正进入焊缝金属的那部分金属的质量，g D=G D/t=αH I (g/h)损失系数：在焊接过程中由于飞溅、氧化和蒸发损失的那部分金属质量与熔化的焊芯质量之比，Ψ=(G-G D)/G=(g M-g D)/g M=1-αH/αP注：αP焊条熔化系数（g/A·h）单位电流、单位时间内焊芯（或焊丝)的熔化量。
αH焊条熔敷系数（g/A.h）单位电流，单位时间内，焊芯（或焊丝）熔敷在焊件上的金属量。
它标志着焊接过程的生产效率。
1.4、熔滴过渡：熔滴在各种力的作用下，通过电弧空间向熔池的转移过程。
1.5、熔滴比表面积：熔滴(假设为球体)表面积A g与其质量ρV g之比即：S=A g/ρV g=4πR2/(4/3 π R3ρ)=3/Rρ（cm2/kg）1.6、熔合比：焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。
熔合比= M b/(M b+M s)1.7、熔渣的碱度：(1)根据分子理论碱度的定义为：碱度B的倒数称为酸度，从理论上讲，当B>1时为碱性渣；B<1时为酸性渣；B＝1时为中性渣。
焊接冶金学基本原理绪论1)焊接：焊接是指被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。
2)焊接、钎焊和粘焊本质上的区别:焊接：母材与焊接材料均熔化，且二者之间形成共同的晶粒；钎焊：只有钎料熔化，而母材不熔化，在连接处一般不易形成共同晶粒，只有在母材和钎料之间形成有相互原子渗透的机械结合；粘焊：既没有原子的相互渗透而形成共同的晶粒也没有原子间的扩散，只是靠粘接剂与母材的粘接作用。
3)熔化焊热源：电弧热、等离子弧热、电子束、激光束、化学热。
压力焊和钎焊热源：电阻热、摩擦热、高频感应热。
4)焊接加热区：可分为活性斑点区和加热斑点区5)焊接温度场：焊接时焊件上的某瞬时的温度分布称为焊接温度场。
表示方法：等温线或者等温面。
特点：焊接时焊件上各点的温度在每一瞬时都在有规律的变化。
影响因素：（1）热源的性质；（2）焊接线能量；（3）被焊金属的热物理性质；<热导率，比热容容积比热容，热扩散率，热焓，表面散热系数>;（4）焊件的板厚和形状。
6)稳定温度场：当焊件上温度场各点温度不随时间变化时，称之7)准稳定温度场：恒定功率的热源作用在焊件上做匀速直线运动时，经过一段时间后，焊。
，件传热达到饱和状态，温度场会达到暂时稳定状态，并可随着热源以同样速度移动。
8)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。
9）焊接热传递的三种形式：传导、对流和辐射。
由热源传热给焊件的热量以辐射和对流为主，而母材和焊丝获得热能后热的传播以传导为主。
10）焊接线能量：热源功率q与焊接速度v的比值。
热输入：在单位时间内，在单位长度上输入的热能。
第一章焊接化学冶金1）平均熔化速度：单位时间内熔化焊芯质量或长度。
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。
(真正反应焊接质量的指标)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。
焊接冶金学（基本原理）李慕勤佳木斯大学材料工程学院二000年3月15日结论一、焊接过程的物理本质1、焊接定义被焊工件的材质通过加热或加压或二者并用，用或不用添充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。
定义掌握三个要点：一是材料，可以是金属、非金属；可以是同种材料、异种材料。
二是达到原子间的结合。
三是永久性。
2、金属连接的障碍1）金属表面只有个别微观点接触；2）材料表面存在着氧化膜、油、杂质、污物、锈等。
3、解决的方法1）加热加热到熔化状态——熔化焊2）加压（加热或不加热）——压力焊4、分类1）冶金角度分：液相焊接：指熔化焊，利用热源加热侍焊部位，使之发生熔化，利用液相的相溶，达到原子间的结合。
它包括电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、激光焊等。
固相焊接：指压力焊，是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。
它包括电阻焊、磨擦焊、超声波焊等。
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。
2）从焊接方法上分：一是熔化焊：a、电弧焊：手工电弧焊、埋弧焊、气电焊。
b、气焊c、电渣焊d、等离子焊e、真空电子束焊f、激光焊二是压力焊：a、磨擦焊、b、接触焊：点焊、对焊、闪光焊、缝焊等。
c、超声波焊d、扩散焊三是钎焊：真空钎焊、火焰钎焊、感应钎焊等。
二、焊接热源种类及其特性1、热源的发展上个世纪80年代发现碳弧焊；1891年金属极电弧焊；本世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊；30年代，厚皮焊条电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊；40年代，埋弧焊和电阻焊；50年代，CO2气体保护焊和电渣焊；60年代，电子束焊和等离子弧焊与切割；70年代，激光焊焊接与切割；80年代，逐步完善电子束焊接和激光焊接工程；90年代，寻找新能源，如太阳能、微波等。
