中科大焊接冶金学课件00绪论

焊接冶金及金属焊接性

0绪论焊接冶金与金属焊接性

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焊接Welding连接工程MaterialsJoiningEngineering重要的材料加工工艺独立学科石油化工电力航空航天海洋工程核动力工程微电子技术桥梁船舶潜艇…几乎所有的金属结构件

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焊接物理化学冶金0绪论

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InthecaseofT*γ>T*δ

InthecaseofT*δ>T*γFAmodeAFmodethesolidificationmodeshiftcanbepredictedifthedendritetiptemperatureofeachphaseisknown.可不可以预测与控制呢？0绪论

成分相图TTT、CCT曲线冷却曲线qt1V

W组织生长热冲击作用针状铁素体焊接性能MS,BS,WS,Th,TI微观组织奥氏体参数0绪论

Prof.ZSUN，smse焊接结构设计0绪论

Prof.ZSUN，smse0绪论

Prof.ZSUN，smse叶片轧制之前的叶片形状与尺寸3,25°10mm~8m0绪论

Prof.ZSUN，smse30°30°30°30°30°焊接前的准备0绪论

Prof.ZSUN，smse0绪论

Prof.ZSUN，smseESAB风塔组合生产线HITSAUSLEIKKAUS24600HEADSTOCKTAILSTOCKSAWInsideremotecontrollerWarninglight4mOutsideremotecontrolleronpodest40mRoundingjigWarninglightSafetybumpers0绪论

Prof.ZSUN，smse焊接组装设备与工装0绪论

Prof.ZSUN，smse焊接材料与焊接工艺0绪论

金属的焊接性，准则Ceq

普碳钢的焊接，合金钢的焊接有色金属的焊接异种金属的焊接金属与非金属的焊接0绪论

Prof.ZSUN，smse焊接材料焊条、焊丝、焊料焊芯

药皮、保护气氛C,Mn,Si,Ni,Cr,Mo,V,Co,B,N,O…..金属的热力学工艺特性焊接耗材焊接工艺参数后续热处理焊接性能试验与焊接质量评价0绪论

现代焊接技术0绪论

Prof.ZSUN，smse焊接技术及其发展电子束焊接设备ElectronBeamWeldingEquipment

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激光焊接设备与机器手LaserWeldingEquipmentandARobot

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摩擦螺旋焊接FrictionStirWelding

ofaluminumalloy0绪论

FSWdemonstration(316Lstainlesssteel)CreatedbyHitachiforUniversityofCambridge数字化焊接电源与焊接自动化0绪论

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课程目的：研究金属材料在熔焊条件下的有关化学冶金和物理冶金方面的普遍规律，在此基础上分析各种条件下金属材料的焊接性，为制订合理的焊接工艺、探索提高焊接质量的新途径提供理论依据。焊接冶金与金属焊接性

课程目标：1）掌握金属材料在熔焊条件下和物理冶金的基本原理，能够分析各种条件下金属材料的焊接性；焊接冶金与金属焊接性

2）掌握影响金属熔焊质量的主要因素，焊接质量评价（试验）方法，焊接缺陷的类型和形成机理，能够正确分析和评价焊接接头质量；3）了解各种焊接的基本特性，能够初步进行焊接结构和焊接工艺设计。参考书目：1、张文钺主编，焊接冶金学（基本原理），机械工业出版社，20012、周振丰主编，焊接冶金学（金属焊接性），机械工业出版社，

20023、编写组，焊接手册，1-9卷，机械工业出版社，20034、石德珂主编，材料学基础，机械工业出版社，20025、焊接学会，焊接金相图谱，机械工业出版社，19886、俞尚知主编，焊接工艺人员手册，上海科学技术出版社，19857、孙智等编著，现代钢铁材料及其工程应用，机械工业出版社，

20078、孙智等编著，失效分析-基础与应用，机械工业出版社，20069、ASMINTERNATIONAL,MetalHandbook,9thEd.USA10、焊接学报、焊接、金属热处理、机械工程学报等期刊焊接冶金与金属焊接性

焊接冶金与金属焊接性

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Prof.ZSUN，smse一、焊接过程的物理本质为什么要正确理解焊接过程的物理本质？保证焊接质量、提高焊接技术的水平、开发新的焊接方法

焊接——被焊工件材质达到原子间的结合而形成永久性连接加热/加压，填充材料/不填充材料

原子间的结合——焊接的材料之间形成共同的晶粒，界面（母材/填充金属/母材）上有原子扩散

钎焊、粘接等方法，都不可能形成界面上的共同晶粒，没有原子扩散。0绪论

二、焊接热源的种类及其特性要实现两个金属界面之间的原子扩散，必须给予足够的能量

热能/机械能热能为主焊接热源的发展过程

1885年碳弧焊1891年金属极电弧焊——焊接的革命20世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊20世纪30年代厚皮焊条电弧焊和氢原子焊20世纪40年代埋弧焊和电阻焊20世纪50年代CO2气体保护焊和电渣焊20世纪60年代电子束焊接和等离子弧焊/切割20世纪70年代-80年代激光能源的应用-激光焊接，摩擦焊接（机械能）目前，离子束、微波、太阳能的利用热源

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二、焊接热源的种类及其特性电弧热如：手工电弧焊，埋弧焊，惰性气体保护焊

活性气体保护焊化学热如：气焊，热剂铸焊．电阻热如电阻焊，电渣焊高频感应热如；高频焊管．摩檫热如：摩檫焊．等离子焰如：等离子焊接，切割，喷涂．电子束如：电子束焊接激光束如：激光焊0绪论

三、熔焊加热特点及焊接接头的形成热量足够、集中热源提供热量>>金属熔化能+热量散失（一）焊件上加热区的能量分布（1）活性斑点区

（2）加热斑点区

（3）影响热能分布的因素热能的集中交换区

热辐射和对流形成

焊接方法，热源种类

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（一）焊件上加热区的能量分布（1）活性斑点区

（2）加热斑点区

A

q(r)

f

0

dH

r

单位时间内通过单位面积传入焊件的热能，即比热流的分布可以近似用高斯分布模型描述，距斑点中心任意点A的比热流:图0-4电弧作用的加热区

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图0-5加热斑点的比热流分布

立体高斯锥体下面的全部热能为：

在一定条件下

是常数。受多种因素的影响：焊接方法，焊接材料，焊接工艺参数，焊接操作等。0绪论

图0-7电流、电压对热能分布的影响（碳弧试验）图0-6焊接方法对热能分布的影响a)碳弧焊b)金属极明弧焊c)埋弧焊

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（二）焊接接头的形成加热熔化冶金反应凝固结晶固态相变焊接接头的形成和质量

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（1）焊接热过程

（2）焊接化学冶金过程

十分重要

焊接传热学添加微量合金元素，Ti、Mo、Nb、V、Zr、B、稀土（RE）

降低碳含量，净化金属，排除杂质S、P、O、N、H等

金属、熔渣与气相之间的一系列化学冶金反应

保证焊缝的强韧性

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（3）金属凝固结晶和相变过程凝固后持续降温的相变过程，不均匀的一次晶、焊接接头拘束应力的作用，十分复杂焊缝相邻未熔化区的相变过程，由于温度不均匀和存在较大的拘束应力，材料的相变特点不同，对焊接接头质量影响很大在焊接过程中，在焊缝和热影响区会形成冶金和热处理缺陷，偏析、夹杂、气孔、裂纹、脆化等连续凝固过程，动态凝固，不同于一般的铸造凝固过程，更复杂0绪论

（二）焊接接头的形成加热熔化冶金反应凝固结晶固态相变焊接接头的形成和质量

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四、焊接温度场（一）焊接传热的基本形式传导、对流、辐射热源传给焊件辐射和对流获得热能的母材和焊条则以热传导为主

初始重点研究0绪论

（二）焊接温度场的一般特征焊接温度场的每一点每一瞬时都在变化，而且是有规律的变化。重要特点：可以表示为：

T=f（x，y，z，t）

温度场位置因数时间因数可以用等温线和等温面来表示

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图0-10等温线和温度梯度

等温线或等温面：把焊件上瞬时温度相同的各点连接起来形成的线或面。

等温线（面）之间的温度差:温度梯度某一个方向的温度梯度0绪论

某一个方向的温度梯度

各个方向的温度梯度不同

增加为正，降低为负

稳定温度场——温度场各点温度不随时间而变动非稳定温度场——温度场各点随时间而变动准稳定温度场——温度随时间暂时不变动，热饱和状态；或随热源一起移动。三维温度场——空间传热厚大件二维温度场——平面传热薄板，一次焊透一维温度场——线性传热线材电阻焊、摩擦焊，焊条、焊丝0绪论

图0-12温度场的分类0绪论

（三）影响温度场的主要因素（1）热源的性质热源越集中，温度场越小。激光束、离子束、电子束很小，电弧较大，气焊大。0绪论

（2）焊接线能量电弧焊热源功率q/焊接线速度v

——

温度场分布当q=常数时，随v的增加，等温线的范围变小，温度场的形状变的细长；当v=常数时，随q增加，温度场的范围随之增大；当q/v保持定值，等比例改变q及v时，等温线拉长——温度场的范围拉长。0绪论

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（3）被焊金属的热物理性质热导率（

）

比热容（c）

容积比热容（c

）

热扩散率（a）

热焓（H）

表面散热系数（

）

温度场0绪论

1）热导率（

）热导率与材料的成分和温度有关在室稳时差别很大，800oC以上，差别不大，介于0.250.34W/cm.oC

2）比热容（c）比热容与材料、种类温度有关。在磁性变态附近变化大。可以取平均值。钢铁材料在20

1500oC之间，平均比热容为0.67