焊接冶金原理05焊接熔合区1

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.。

第一章：冶金连接：借助物理冶金或化学冶金的方法，通过材料间的熔合、物质迁移和塑形变形等而形成的材料在原子间距水平上的连接。

焊接与连接技术按连接机理分为：熔化焊（通过母材和填充材料的熔化、融和实现材料冶金的一类方法）、固相焊（在一定的热、力耦合作用下，材料在固态下借助界面物质迁移或塑形变形实现冶金连接的一类方法）、钎焊（利用低熔点液态金属或合金对母材的润湿和毛细添缝而实现材料冶金连接的一类方法）。

焊接化学冶金：熔化焊过程中焊接高温区内物质之间的相互作用。

熔化焊的物理冶金：包括焊接过程中从焊接区到母材热影响区内的所有物理变化过程。

焊接过程中，低含量成分元素往往受控于焊接的化学冶金过程；在熔化焊中，在焊缝成分确定的条件下，焊接接头的组织结构及完整性和性能表象上取决于焊接方法及焊接工艺，实质上受控于焊接的物理冶金过程。

焊接冶金原理的研究内容：焊接冶金原理研究探讨金属材料在熔化焊条件下的冶金普遍原理——行为、规律和机理，是制定合理的焊接规范、优化焊接工艺、提高焊接接头性能、研究探索先进的焊接技术的理论基础。

第二章熔化焊：焊接过程中采用合适的热源讲需要连接的补位加热至熔化状态并且混合，在随后的冷却过程中熔化部位凝固，使彼此相互分离的工件形成牢固连接的一种焊接方法。

焊接是一种非常复杂的热过程，具有集中性，运动性，瞬时性和复合性四个方面。

当一系列热源共同作用时，热传播过程中的温度就可以看作为每一热源单独作用时温度总和，被称为叠加原理。

焊接温度场主要可以通过解析法，有限差分法和有限单元法三种方法计算。

焊接工件内各个点上的温度的集合称为焊接温度场。

温度场通常是空间坐标（x,y,z）和时间变量的函数，即T=(x,y,z,t)。

不随时间而变的温度场称为稳态温度场，然而，熔化焊热过程重要的特征是在焊件形成时变或准稳定的焊接温度场。

对焊接热源的要求是：热源高度集中，快速实现焊接过程，保证得到高质量焊缝和最小的热影响区。

焊接热源分为：集中热源：就是把焊接电弧的热能看作集中作用在某一点（点热源）、某条线（线热源）、某个面（面热源）。

实验3焊接接头组织金相分析、实验目的三、实验原理焊接过程中，焊接接头各部分经历了不同热循环，因而所得组织各异。

组织的不同, 导致机械性能的变化。

对焊接接头进行金相分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的 环节。

焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成，焊缝金属的结晶形态与焊接热影响 区的组织变化，不仅与焊接热循环有关，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。

1、焊缝的交互结晶1、 观察与分析焊缝的各种典型结晶形态。

2、 掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。

、实验装置及实验材料1、 粗细金相砂纸，从180目一 1200目2、 平板玻璃3、 低碳钢焊接接头试片4、 金相显微镜5、 抛光机6、 电吹风机7、 4%硝酸酒精溶液，无水乙醇、脱脂棉 等8、 典型金相照片（或幻灯照片）一套 一块 一个 若干 图1焊缝金属的交互结晶示意图 （一）焊缝凝固时的结晶形态e/vT图2 C 。

、 R 和G 对结晶形态的影响熔化焊是通过加热使被焊金属的联接处达到熔化状态，焊缝金属凝固后实现金属的焊接。

联接处的母材和焊缝金属具有交互结晶的特征，图1 为母材和焊缝金属交互结晶的示意图。

由图可见，焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。

这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。

当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止。

这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶。

2 、焊缝的结晶形态根据浓度过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C O、结晶速度（或晶粒长大速度）R和温度梯度G有关。

图2为C O、R和G对结晶形态的影响。

由图2可见，当结晶速度R和温度梯度G不变时，随着金属中溶质浓度的提高，浓度过冷增加，从而使金属的结晶形态由平面晶变为胞状晶，胞状树枝晶，树枝状晶及等轴晶。

当合金成分一定时，结晶速度越快，浓度过冷越大，结晶形态由平面晶发展到胞状晶、树枝状晶，最后为等轴晶。

焊接冶金原理知识点总结一、焊接的概念和分类1. 焊接的概念焊接是利用热或压力，或两者的联合作用，在接头表面形成一层永久性连接的材料，使毗邻金属连接，在一定程度上具有熔融结合或压力结合作用，从而使接头处的材料成为一个整体的金属连接工艺。

2. 焊接的分类（1）按焊接方式分类：手工焊、气体保护焊、电弧焊、搅拌摩擦焊、激光焊等；（2）按焊接材料分类：金属焊接、非金属焊接、金属与非金属焊接等；（3）按焊接方法分类：熔化焊接和压力焊接；（4）按焊接环境分类：气氛焊、真空焊等。

二、熔化焊接的冶金原理1. 熔化焊接的工艺熔化焊接是利用焊条、焊丝或焊粉，在熔化的金属表面形成永久连接的工艺。

通常分为气焊、电弧焊、氩弧焊和激光焊等。

2. 熔化焊接的冶金原理（1）熔化焊接中金属熔池的形成：熔化焊接时，焊接热能使金属焊件熔化，产生熔池；（2）熔化焊接中金属熔池的流动：在熔池形成后，金属熔池受到表面张力的影响，会形成流动；（3）熔化焊接中金属熔池的凝固：熔化焊接过程中，金属熔池冷却，从而形成焊缝。

三、压力焊接的冶金原理1. 压力焊接的工艺压力焊接是在金属材料表面施加压力，使得其表面产生剪切位移，从而实现永久连接的工艺。

2. 压力焊接的冶金原理（1）压力焊接中金属材料的塑性变形：在压力作用下，金属材料表面发生塑性变形；（2）压力焊接中金属材料的分子力作用：在压力作用下，金属材料表面分子间产生相互吸引，并使得金属材料形成永久连接；（3）压力焊接中金属材料的冷却：压力焊接过程中，金属材料冷却，并形成焊缝。

四、焊接质量控制1. 焊接质量的检测方法（1）焊缝外观检查：检查焊缝表面是否有裂纹、气孔、夹渣等缺陷；（2）X射线检测：用X射线透射技术检查焊接接头内部是否有气孔、夹渣、非金属夹杂等；（3）超声波探伤：利用超声波穿透焊缝进行波阵面扫描，检测焊缝内部是否有夹杂、裂纹等；（4）磁粉探伤：在焊缝表面施加可磁化的粉末，然后利用磁粉检测设备检测焊缝是否有裂纹等。

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。

绪论一、焊接过程的物理本质1.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问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。

物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）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？从理论来讲，就是当两个被焊好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氮化膜、油污和水分等吸附层。

这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。

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：1)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。

2)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，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。

二、焊接热源的种类及其特征1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。

2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。

3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。

4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。

如高频焊管等。

5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。

6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。

7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。

8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。

焊接冶金学（基本原理）部分习题及答案绪论一、什么是焊接，其物理本质是什么1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用，使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺。

2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。

二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件1、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。

2、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，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。

三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别钎焊母材不溶化，熔焊母材溶化。

1.温度场定义，分类及其影响因素。

1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态。

2、分类：1)稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动；2)非稳定温度场——温度场各点随时间而变动；3)准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。

3、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a.热导率b.比热容c.容积比热容d.热扩散率e.热焓f.表面散热系数4)焊件厚板及形状第一章二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点1、药皮反应区：指焊条受热后，直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。

(100-1200℃)1) 水分蒸发：100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高温度下析出2)某些物质分解:形成Co ，CO2，H2O ，O2等气体 3) 铁合金氧化 ：先期氧化，降低气相的氧化性2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池1)温度高：1800－2400℃ 2)与气体、熔渣的接触面积大 ：1000－10000 cm2/kg 3) 时间短速度快：；熔渣和熔滴金属进行强烈的搅拌,混合.3、熔池反应区1) 反应速度低熔池T 1600~1900℃低于熔滴T ；比表面积，接触面积小300~1300cm2/kg ；时间长，手工焊3~8秒埋弧焊6~25s 2) 熔池温度不均匀的突出特点熔池前斗部分发生金属熔化和气体的吸收,利于吸热反应熔池后斗部分发生金属凝固和气体的析出,利于放热反应3) 具有一定的搅拌作用促进焊缝成分的均匀化，有助于加快反应速度，有益于气体和夹渣物的排除。

名词解释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.熔敷金属：焊接得到的没有母材成分的金属。

3.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。

（当焊件上温度场各点温度不随时间变化时，称之稳定温度场）4.熔合区：焊缝金属中，局部熔化的母材所占的比例。

5.焊接热循环：焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低到高，达到最高值后，又由高到低随时间的变化。

6.HAZ：热源作用下焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。

7.熔滴过渡：当熔滴长大到一定尺寸时，在各种力的作用下脱离焊条，以熔滴的形式过渡到熔池中去的过程。

8.合金过渡系数η：焊接材料的合金元素过渡到焊缝金属中的数量与其原始含量的百分比。

9.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，电弧熄灭。

同时在各种力的作用下熔滴过渡到熔池中，电弧重新引燃。

10.熔合比：焊缝金属中，局部熔化的母材所占的比例。

11.➹侧板条铁素体：它是从奥氏体晶界先共析铁素体的侧面以板条状向晶内生长，从形态上看如镐牙状。

12.粒状贝氏体：M-A组元以粒状分布在块状铁素体上。

（以条状分布称为“条状贝氏体”）13.孪晶马氏体：（？）焊缝含碳量高时出现的片状M。

初始形成的马氏体较粗大，贯穿整个奥氏体晶粒，由于片状M亚结构存在许多细小的孪晶带，故又称孪晶M。

14.过热粗晶区：温度范围在固相线以下到1100℃左右，金属处于过热状态，A晶粒发生严重长大现象，冷却后得到粗大组织。

15.相变重结晶区：焊接时母材金属被加热到A c3以上的部位将发生重结晶，然后在空气中冷却得到均匀细小的的P和F，相当于热处理时的正火组织。

16.不完全结晶区：焊接时处于Ac1—Ac3之间范围内的热影响区。

焊接冶金学1 焊接化学冶金反应区：手工电弧焊：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区熔化极气体保护焊：熔滴反应区、熔池反应区不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊只有熔池反应区1） 药皮反应区温度范围：100℃—药皮熔点主要物化反应：水分的蒸发；某些物质的分解；铁合金的氧化2） 熔滴反应区：从焊条端部到熔滴形成、长大到过渡至熔池中均属于熔滴反应区。

特点：①熔滴温度高；②比表面积大；③各相之间的反应时间（接触时间）短；④熔滴与熔渣发生强烈的混合。

物化反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化和还原、焊缝金属的合金化。

3） 熔池反应区：熔滴、熔渣、被焊金属特点：反应速度慢（平均温度较低，比表面积较小）；反应不同步；具有一定搅拌性。

2、焊接区内气体种类：N 2，H 2，O 2，金属蒸汽，熔渣蒸汽，分解、合成的物质3、气体来源：1）有机物的分解和燃烧；2）碳酸盐和高价氧化物的分解；3）材料的蒸发；4）侵入焊接区内的气体4、单原子气体在金属中的溶解：X=[X] S(X)=K(X )P(X)双原子气体在金属中的溶解：X 2=2[X] S(X 2)=K(X 2))2(X P5、氮对焊接质量的影响：1）氮是促进焊缝产生气孔的主要原因之一。

2）降低接头力学性能：①氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度，降低塑性和韧性的元素。

②氮是促进焊缝金属时效脆化的元素。

6、氢对焊接质量的影响：氢脆、白点、形成气孔、产生冷裂纹。

7、金属氧化还原反应方向的判据：{po 2}>po 2 金属被氧化 {po 2}：氧的分压 po 2：金属氧化物的分解压 {po 2}=po 2 处于平衡状态{po 2}<po 2 金属被还原8、熔渣在焊接过程中的作用：①机械保护作用②改善焊接工艺性能的作用③冶金处理作用9、熔渣分类：盐型熔渣：如CaF2-NaF ，氧化性很小，主要用于焊接铝、钛和其他化学活性金属及其合金。

盐—氧化物型熔渣：如CaF2-CaO-Al2O3，氧化性较小，用于焊接合金钢及合金。

焊接冶金与焊接性绪论焊接的本质和途径:焊接：通过加热, 加压或两者共同作用, 使所焊材料达到原子间结合, 实现永久性连接的工艺。

焊接途径: 1加热2加压1，焊接本质: 原子间结合焊接的结果: 永久性连接1）焊接接头的组成: 是指被焊材料经焊接后, 发生组织和性能变化的区域, 焊缝；融合区；热影响区。

2）焊缝: 是由被焊材料和添加材料经融化凝固后形成。

热影响区: 是指受焊接热循环的作用, 使母材发生微观组织和性能变化的区域。

融合区: 是部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域。

3焊接热循环: 1）概念: 在焊接过程中, 某点工件上的温度随时间由低到高达到极值后, 又由高到低的变化过程。

2）主要参数: 加热速度Vh, 描述工件温度上升快慢。

峰值温度Tm, 是热循环曲线上对应的最高温度。

3）高温停留时间Th, 在某一较高温度以上的停留时间。

4）冷却速度或冷却时间Vc, T8、5第一章热循环的特点：1, 加热速度非常快；2, 峰值温度高；3, 高温停留时间短；4, 冷却速度快；5, 加热具有局部性和移动性。

第二章焊接化学冶金1，焊接化学冶金的反应区1）药皮反应区: 指开始化学反应的温度到药皮溶解（100——1200）, 主要反应有水分的蒸发, 某些物质的分解及铁合金氧化。

2）溶滴反应区: 溶滴形成, 长大, 过度到熔池的过程。

主要反应有气体的溶解和分解, 金属的蒸发, 金属和合金的氧化还原, 以及焊缝金属的合金化。

溶滴反应区特点：1, 反应温度高；2, 反应时间短；3, 相接触面积大；4, 溶滴金属与熔渣发生强烈的混合。

熔池反应区：特点：1, 反应温度略低；2, 反应时间增长；3, 反应具有不同步性；4, 熔池反应具有搅动作用。

2焊接熔渣及其性质1）熔渣的作用: 1, 机械保护作用；2, 冶金处理作用；3, 改善焊接工艺性能。

熔渣的种类和成分: 1盐型熔渣: 由金属的卤化物和不含氧的化合物组成。

2盐——氧化物型熔渣: 由金属的氟化物和氧化物组成。

焊接冶金原理
焊接是一种常见的金属加工方法，它通过加热金属至熔点并使其相互融合，从
而实现金属件的连接。

而焊接的成功与否，很大程度上取决于焊接冶金原理的理解和应用。

焊接冶金原理是指在焊接过程中，金属材料的熔化、凝固和结构变化等现象的
规律性原理。

首先，焊接时金属材料会受到高温的影响，金属在高温下会发生熔化，形成液态金属。

这种液态金属在接触面上相互融合，形成焊接接头。

其次，金属在冷却过程中会发生凝固，形成焊缝。

在这个过程中，金属的晶体结构会发生变化，从而影响焊接接头的性能。

在焊接冶金原理的指导下，焊接过程中需要控制好焊接温度、焊接速度和焊接
压力等参数，以确保焊接接头的质量。

同时，还需要选择合适的焊接材料和焊接方法，以满足不同金属材料的焊接需求。

除了焊接过程中的控制，对焊接接头的检测和分析也是焊接冶金原理的重要内容。

通过金相分析、力学性能测试和断口分析等方法，可以了解焊接接头的组织结构、力学性能和断裂原因，从而为焊接质量的改进提供依据。

总之，焊接冶金原理是焊接技术的基础和核心，它对于提高焊接质量、确保焊
接接头性能和推动焊接技术的发展具有重要意义。

只有深入理解和应用焊接冶金原理，才能够更好地进行焊接工作，满足不同行业的需求。