第八章_焊接金相學(xué)

1、,第八單元 焊接金相學(xué)介紹基本金屬結(jié)構(gòu) 焊接的冶金考慮 普通材料的焊接金相學(xué) 總結(jié) 主要術(shù)語(yǔ)及其定義,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,介紹冶金是一門有關(guān)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及這些結(jié)構(gòu)與金屬所展現(xiàn)的性能之間關(guān)系的科學(xué)。涉及到焊接冶金，它所關(guān)注的是當(dāng)接頭是由焊接來(lái)完成時(shí)， 發(fā)生在金屬內(nèi)部的各種變化，特別是那些影響機(jī)械性能的變化。對(duì)于焊接檢驗(yàn)師來(lái)講對(duì)焊接冶金基礎(chǔ)知識(shí)的了解是非常有幫助的。當(dāng)然，這不等于焊接檢驗(yàn)師要

2、負(fù)責(zé)母材及焊縫金屬合金以及他們的熱處理有關(guān)的規(guī)范及技術(shù)條件。然而，了解焊接冶金基礎(chǔ)不僅對(duì)焊接檢驗(yàn)師有幫助，而且也經(jīng)常是檢驗(yàn)工作的要求。其中之一的原因是因?yàn)橛捎诤附右鸬囊苯疝D(zhuǎn)變，會(huì)影響諸如強(qiáng)度、硬度、延展性、韌性、疲勞強(qiáng)度以及耐磨等機(jī)械性能。這些性能受到各種冶金因素的影響。它包括合金的添加、熱處理以及機(jī)械處理。焊接檢驗(yàn)師了解這些特性，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中為何要采用某種制造方法有一個(gè)良好的感知。某種制造要求諸如預(yù)熱、后熱、層溫控制、熱輸入控制

3、、錘擊、熱應(yīng)力釋放以及其它的熱處理都會(huì)引起冶金變化，進(jìn)而影響機(jī)械性能。所以，本章將主要描述鐵基焊接冶金的幾個(gè)方面，并著重在控制冶金變化所需的制造方法。由于焊接冶金涉及諸多方面，本章的討論不可覆蓋所有方面，所以我們將限于那些發(fā)生于焊接過(guò)程中的較重要的方面，這些變化可以概述并分為兩個(gè)種類。第一類，包括那些由于金屬?gòu)氖覝丶訜岬捷^高溫度后冷卻至較低溫而引起的變化。第二類是溫度變化率對(duì)金屬性能的影響。最主要的是冷卻速率，既從高溫冷卻至室溫的快

4、慢。我們的討論將從金屬被均勻加熱和冷卻開(kāi)始，然而，應(yīng)該注意到由于焊接的局部加熱，將呈現(xiàn)各種不同的問(wèn)題，這種不均勻加熱/冷卻將需進(jìn)一步考慮。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,基本金屬結(jié)構(gòu)為了增加對(duì)金屬冶金性能的了解，有必要先討論組成各種物質(zhì)形式的粒子。這些組成固體、液體或氣體物質(zhì)的基本粒子叫做原子。這些原子很小，即使用最高倍數(shù)的光學(xué)顯微鏡也無(wú)法觀測(cè)到，然而，通過(guò)討論和解釋這些原子的特性以及他們的結(jié)構(gòu)，我們將能夠更好的了解

5、我們從顯微鏡或肉眼觀察到的現(xiàn)象。這些原子一個(gè)最重要的特性就是在某一溫度范圍內(nèi)，他們將形成具有特定形狀的物質(zhì)。這是因?yàn)樵又g在一定距離范圍，受彼此內(nèi)力的相互作用，這些力或相斥或相吸，原子間彼此相吸引，同時(shí)又被其它的原子推開(kāi)或排斥，所以，單個(gè)的原子由于彼此相抵消的力使其停留在他們特定的位置相對(duì)于周圍其它的原子：這些原子在其特定的位置一排排、一層層在三維方向形成對(duì)稱的晶格結(jié)構(gòu)或形式。然而他們不一定固定在某一位置，事實(shí)上，他們?cè)谝黄胶馕恢?/p>

6、上振動(dòng)，從而保持一個(gè)相對(duì)平衡的空間：在某個(gè)給定的溫度下，他們將停留在一個(gè)平衡空間，吸引力和排斥力彼此平衡，此時(shí)，我們說(shuō)金屬內(nèi)部能量呈現(xiàn)為一個(gè)穩(wěn)定水平。任何使原子靠近的力將會(huì)被排斥力抵消。而且該排斥力將隨著原子的靠近而增加。這一行為被金屬所顯示的相當(dāng)高的壓縮強(qiáng)度所證實(shí)。類似地，任何將原子分開(kāi)的力將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)相抵消的吸引力。這些吸引力將隨著原子被拉遠(yuǎn)而減小。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,后者的行為可在拉伸試驗(yàn)中得到證實(shí)，

7、在金屬屈服點(diǎn)以下，加負(fù)載拉長(zhǎng)拉伸試樣，單個(gè)原子之間的空間增大，取消負(fù)載，試樣將呈現(xiàn)彈性性能，也就是，從宏觀角度來(lái)講,它將恢復(fù)到原尺寸，這意味著原子回到它的原始平衡位置。如果加在拉伸試樣上的負(fù)荷超過(guò)了金屬的屈服強(qiáng)度：試樣將呈現(xiàn)塑性性能。此時(shí)它將不再恢復(fù)到它原來(lái)的尺寸或原子間的距離、這是因?yàn)樵颖黄缺舜诉h(yuǎn)離，以至于吸引力不足以保持原子停留在其原來(lái)的位置，隨著原子間的距離進(jìn)一步增大到晶格空間吸引力不足以保持原子在一起，金屬將失效。.如上所

8、述，金屬原子之間在給定的溫度或內(nèi)部能量下呈現(xiàn)一定的距離。由于熱是一種能量形式，當(dāng)溫度升高時(shí)，內(nèi)部能量將增加，增加的能量將導(dǎo)致原子的振動(dòng)加劇，這種振動(dòng)加劇會(huì)增加原子間的間隔，通過(guò)肉眼，我們可以觀測(cè)到這種能量增加所導(dǎo)致的結(jié)果，因?yàn)楫?dāng)原子運(yùn)動(dòng)分開(kāi)的時(shí)候，金屬件的整體尺寸將增加。相反，溫度的降低將導(dǎo)致原子間的靠攏。也就是我們所觀察到的金屬收縮。當(dāng)金屬加熱時(shí),原子的振動(dòng)不斷增加，引起原子間距增加,金屬膨脹，它增加一直到某一程度時(shí)，原子間距是如此

9、之大以至于原子再也無(wú)法吸引在一起呈現(xiàn)為特定的結(jié)構(gòu), 此時(shí)固態(tài)金屬將轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)（見(jiàn)圖8.2）。此時(shí)的溫度叫熔點(diǎn)。進(jìn)一步的加熱最終將使液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，此時(shí)溫度即為蒸發(fā)點(diǎn)。固態(tài)金屬具有最低的內(nèi)能和最小的原子間距，液態(tài)金屬具有較高的能量和較大的原子間距，并且被認(rèn)為是無(wú)固定形狀，也就無(wú)固定結(jié)構(gòu)。氣態(tài)金屬具有最高能量和最大的原子間距，而且也是無(wú)固定結(jié)構(gòu)。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,當(dāng)然,所有這些很有趣，作為一個(gè)焊接檢驗(yàn)師

10、認(rèn)識(shí)到它為什么對(duì)你來(lái)講是重要的更有意義。很明顯，焊接和切割都對(duì)金屬輸入熱量，加熱會(huì)導(dǎo)致金屬的膨脹. 假如我們使金屬均勻受熱，我們是能夠測(cè)量到受熱金屬件在長(zhǎng)度和尺寸上的變化的，這是因?yàn)?，每種金屬都有其特定的膨脹熱值，這個(gè)數(shù)值描述了當(dāng)金屬加熱時(shí)，它會(huì)膨脹多少。然而對(duì)于焊接來(lái)講，熱量是不均勻的，這是因?yàn)?，部分金屬被加熱到一個(gè)較高的溫度時(shí)，臨近的金屬還處于較低的溫度。導(dǎo)致了焊接區(qū)域內(nèi)不同點(diǎn)熱膨脹量不同，被直接加熱的部分金屬趨于膨脹，而這種膨脹

11、又被處于較低溫度的金屬牽制著。圖8.3描述了發(fā)生在一直板條上因一端被電弧加熱而產(chǎn)生的尺寸變化（見(jiàn)圖8.3A）. 在圖8.3B中，電弧給板條加熱、被加熱的部分開(kāi)始膨脹（見(jiàn)圖8.3C），并且，受到其它未被加熱區(qū)域地限制。板條在遠(yuǎn)離熱源的兩個(gè)端部趨于彎曲。由于加熱的部分的比較弱(部分實(shí)際上已成為液體而且更弱)，不可能使板條彎曲得更多。加熱部分由于在側(cè)面限制較小使得受熱一側(cè)變得更寬。當(dāng)電弧熄滅，熱的熔化部分開(kāi)始變冷收縮. 由于熱量總是從熱的

12、區(qū)域流向冷的區(qū)域，所以在冷卻過(guò)程中，熱量流入冷的區(qū)域并使其溫度上升?，F(xiàn)在，當(dāng)熱膨脹的部分變冷，板條收縮，并把主要使板條頂部伸長(zhǎng)的變形力的方向反轉(zhuǎn)，最終引起板條兩端長(zhǎng)度變短，向上翹起，使板條呈內(nèi)凹形狀（見(jiàn)圖8.3E）。所以,焊接就像我們給部件不均勻加熱一樣, 結(jié)果是所產(chǎn)生的熱應(yīng)力引起尺寸變化，當(dāng)它冷卻時(shí)，部件變形或形成卷曲. 圖8.3表述了帶有殘余應(yīng)力的冷卻的板條，應(yīng)力源由圖中的“彈簧圈”表示。無(wú)論何時(shí)，金屬在一個(gè)小的局部區(qū)域被熔化，如焊

13、接，都會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，即使板條在加熱和冷卻循環(huán)過(guò)程中，被外部約束。冷卻的部件依然存有因這種不同的加熱和冷卻而引起的應(yīng)力，我們稱這種應(yīng)力為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力試圖使板條呈彎曲形狀。然而，板條不會(huì)彎得的更多，因?yàn)榇藭r(shí)，它已冷卻至室溫，其本身強(qiáng)于殘余應(yīng)力所施加的外力，除非采取某種方法釋放殘余應(yīng)力，否則它將保留在板條中。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,有幾種方法能夠減少或消除殘余應(yīng)力。通過(guò)加熱整個(gè)焊接部件。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保溫，該方

14、法均勻加熱金屬使金屬?gòu)?qiáng)度降低，從而允許殘余應(yīng)力得到釋放。緩慢、均勻的冷卻到室溫將使工件產(chǎn)生較低的殘余應(yīng)力。還有幾種應(yīng)力釋放的方法。如振動(dòng)、機(jī)械處理方法、這些方法都被證明是行之有效的。第三種降低應(yīng)力、并能夠與焊接同時(shí)進(jìn)行的方法叫做“錘擊”（見(jiàn)圖8.4），這也是一種機(jī)械處理方法。錘擊包括使用重汽錘（不是除渣用的錘子），錘擊多層焊的中間層的表面。這種錘擊使金屬層表面變形，并使層間厚度減小，該變形擴(kuò)展了焊縫表面的長(zhǎng)度和寬度，由于金屬被輕微的

15、擴(kuò)展，因而其殘余應(yīng)力被減小了。當(dāng)重錘錘擊用于釋放應(yīng)力時(shí)，應(yīng)注意防止由該機(jī)械處理方法引起的焊縫開(kāi)裂。不能用該方法錘擊根部焊邊，這樣很容易引起斷裂，通常，最終焊層也不能采用。某種程度上，大力的錘擊焊縫表面，會(huì)掩蓋缺陷，從而使檢驗(yàn)很困難，采用適當(dāng)?shù)腻N擊是一種有效降低殘余應(yīng)力的方法，特別是對(duì)于厚截面或者是焊縫被剛性固定的場(chǎng)合。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,晶體結(jié)構(gòu)在固態(tài)金屬中，原子自己排成有秩序的列、行和層形成三維晶體結(jié)構(gòu)

16、。金屬被定義為晶體。不討論結(jié)晶過(guò)程是不對(duì)的. 當(dāng)金屬凝固時(shí)，它總是呈晶體形式。晶體斷裂表面被錯(cuò)誤地稱為典型疲勞斷裂或脆性斷裂形貌?？梢酝暾枋鲇行蚺帕蟹绞降淖钚×吭咏凶鳌皢卧Ц瘛?，認(rèn)識(shí)到“單位晶格”并不是獨(dú)立存在，而是與三維空間方向與其它臨近的單位晶格共用原子是非常重要的。最常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)或者相是體心立方(BCC)、面心立方(FCC)、四角體心結(jié)構(gòu)(BCT)和六角密排結(jié)構(gòu)(HCP)，如圖8.5所示. 一些金屬，如鐵在室溫下以一種

17、固態(tài)相存在，當(dāng)溫度升高時(shí)，又以另一種相存在。這種在一種固體金屬中隨著溫度的變化從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相，叫“同素異形或固態(tài)相變”，一種具有相同的化學(xué)成份，不同的晶體結(jié)構(gòu)的金屬叫做“同素異形”體。這將在以后討論。BBC（體心立方）可以描述為一個(gè)立方體的八個(gè)角和單元體的中心有一個(gè)原子，如鐵、碳鋼、鉻、鉬和鎢。 FCC（面心立方）可以想象為在立方體的八個(gè)角和其六個(gè)面的中心均有一個(gè)原子。如鋁、銅、鎳和奧氏體不銹鋼。BCT單位晶格就像基本BC

18、C一樣，只是沿一軸線方向伸長(zhǎng)變?yōu)榫匦?，并在中心有一原子。由迅速淬火形成的鋼的一種相態(tài)馬氏體就是BCT結(jié)構(gòu)。而HCP單位晶格是六方棱體。它可以想像為在棱體的上下頂面有二個(gè)六角形（六邊形），而中心有一原子，并在每個(gè)六角點(diǎn)上均有一原子。每個(gè)頂上的各有一個(gè)原子的三角形位于上下六角形頂之間。通常具有HCP結(jié)構(gòu)的金屬為鋅，鎘及鎂。圖8.5-金屬和合金的普通晶體結(jié)構(gòu),第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-

19、11-12,金屬的固化金屬是由眾所周知的晶核成形并增長(zhǎng)的過(guò)程凝固成晶狀結(jié)構(gòu)的。一旦冷卻，原子簇在晶格摻雜處或液固交界處，如熔化焊接金屬與冷卻的未熔化的熱影響區(qū)之間的交界處凝固。這些原子簇稱為晶核并大量出現(xiàn)。在焊縫金屬中，核試圖附著在焊縫交界處的熱影響區(qū)中已有的顆粒上。原子繼續(xù)凝固，并附著到晶核上。每個(gè)晶核沿著可能的方向長(zhǎng)大，同時(shí)原子按照一定的晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列并形成不規(guī)則形狀的晶?；蚓w。圖8.6所示的是當(dāng)焊縫金屬凝固時(shí)焊縫金屬晶粒形

20、成的過(guò)程。在圖8.6A中可見(jiàn)，最初的晶體是在焊縫交界處形成的。圖8.6B隨著初始晶核的長(zhǎng)大，固相晶粒形成。因?yàn)榫Ш巳∠蚍轿徊煌?dāng)相近晶粒長(zhǎng)在一起時(shí)，就形成了顆粒的邊界。圖8.6C是焊縫金屬完成了固化。晶粒邊界可以被認(rèn)為是不連續(xù)。因?yàn)樗碓咏y(tǒng)一排列的中斷。從前面的討論中我們可知，殘余應(yīng)力存在于固化的金屬中。金屬機(jī)械性能取決于晶粒的大小，小晶粒的金屬將會(huì)有更高的室溫拉伸強(qiáng)度。因?yàn)楫?dāng)材料受應(yīng)力時(shí)，晶格邊界會(huì)試圖阻止單個(gè)晶粒的變形。然而

21、當(dāng)溫度升高，在邊界上的原子更容易移動(dòng)，并滑過(guò)另一個(gè)原子。造成了高溫下材料強(qiáng)度下降。所以，細(xì)小晶粒的材料更適用于室溫和底溫環(huán)境。而粗晶粒材料適用于高溫條件?？偟膩?lái)說(shuō)，細(xì)晶粒金屬具有更好的延伸性，缺口韌性及疲勞性能。在進(jìn)一步討論前，讓我們迅速回顧一下。金屬就是由原子以有秩序排列形成的晶狀結(jié)構(gòu)。這種有序形式或排列就是我們所知的“相”，可由一單位晶格來(lái)描述。金屬?gòu)脑S多位置迅速固化，并且以可能的方向長(zhǎng)大并形成晶粒。單個(gè)晶粒間的結(jié)合處被稱為晶界。

22、晶粒的大小決定了晶粒邊界區(qū)的數(shù)量，進(jìn)而某種程度上決定了金屬機(jī)械性能。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,合金化金屬的特性可因其它元素的加入而改變。這些其它元素可以是也可以不是金屬。這種技術(shù)叫合金化。這種技術(shù)產(chǎn)生的金屬稱為合金。例如，金屬元素鋅加入金屬銅，形成銅合金。非金屬碳是加入鐵中形成鋼合金的一種合金元素。 合金元素根據(jù)原子相對(duì)尺寸以各種方式包含在母材晶格點(diǎn)陣中（單個(gè)原子的

23、普通排列）。小的原子如碳，氮及氫會(huì)在占居原子間的位置。這就是間隙合金化。在圖8.7中以二維空間圖顯示。少量碳占居鋼中的鐵原子的間隙就是這樣的例子。如果合金元素的原子與母材原子在大小上接近，合金元素就會(huì)占居并取代。就是說(shuō)它們?nèi)〈覆脑诰Ц顸c(diǎn)陣上的原子，這稱為替代合金化。如圖8.8所示，銅在鎳中及鎳在銅中就是這種合金的例子。就象晶粒邊界一樣，合金元素的加入在晶格點(diǎn)陣中形成不規(guī)則。如圖8.7和8.8所示，由于合金元素的存在使得原子的吸引和

24、排斥在某種程度上變化，導(dǎo)致了晶格排列的變形。這使得金屬內(nèi)部的能量增加，并能改善金屬的機(jī)械性能。幾乎所有的工程金屬都是合金，都是由一主要元素加入不同量的一種或幾種元素形成的。通常，合金由許多任意方向的晶粒組成，每一個(gè)晶粒以其特定的方式排列并且含有一個(gè)或幾個(gè)特有的相，如果有多個(gè)相存在，每個(gè)相將會(huì)有其自己的特有的晶體結(jié)構(gòu)。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,碳鋼的微觀組織構(gòu)成呈現(xiàn)在

25、金屬合金中的晶粒的排列、晶界和存在的各種相叫微觀組織，微觀組織是形成合金性能的主要因素。該組織受合金的成份及含量以及其它因素，如成型和熱處理的影響、焊接操作極大地影響微觀組織，從而影響合金的性能。雖然，所有金屬呈現(xiàn)不同的微觀結(jié)構(gòu)，本章僅討論發(fā)生在普碳鋼中的變化，普碳鋼是鐵與碳的合金，它也可能包括其它合金元素，但在微觀組織中它們產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)不及碳那么大。為了介紹本章，了解鐵和鋼在他們結(jié)晶過(guò)程中由于溫度改變所經(jīng)歷的變化是非常重要的。即，

26、當(dāng)鐵-碳合金被加熱或冷卻時(shí)、相變發(fā)生了。這一現(xiàn)象的發(fā)生使我們知道了某些合金的機(jī)械性能可通過(guò)不同的熱處理來(lái)改變。為了解所發(fā)生的相變，金屬學(xué)家用一個(gè)圖表或者是相圖、圖解展示了鐵-碳系統(tǒng)各種微觀結(jié)構(gòu)的范圍，也叫“鐵-碳相圖”。如圖8.9所示。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,觀看相圖，會(huì)注意到豎線代表溫度變化而橫線表示碳含量。所以，對(duì)于一給定的含碳量，一條垂直線可以在橫軸的交叉點(diǎn)拉出并向上延伸，可以確定不同溫度下的各種微觀結(jié)構(gòu)。

27、如橫軸下的標(biāo)注所示。鋼包括含碳量從0.008％到2％的鐵-碳合金，在此范圍內(nèi)，以共析點(diǎn)（0.8%的碳含量）為分界線，鋼又分為低碳亞共析體，共析體和過(guò)共析體。亞共析體是那些含碳量低于0.8％的鋼，在室溫下以珠光體和鐵素體的共熔體存在，與之相對(duì)應(yīng)的過(guò)共析體是含碳量大于0.8％的鋼，在室溫下以珠光體和滲碳體形式存在。共析鋼（準(zhǔn)確的0.8%碳含量）室溫均衡微觀組織為純珠光體，珠光體是滲碳體和鐵素體層狀混合物，通過(guò)拋光和酸蝕技術(shù)揭示了圖8.10

28、-8.12所示的微觀組織。圖8.10 為典型的工業(yè)純鐵的結(jié)構(gòu)，幾乎不含碳。圖8.11為典型的珠光體的外貌特征。拋光，酸蝕后，在高倍顯微鏡（1500℉X）下觀察，亮的區(qū)域?yàn)殍F素體，黑的為滲碳體，,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,發(fā)生在鋼中的一個(gè)重要轉(zhuǎn)變就是室溫下各種相（鐵素體，珠光體，滲碳體或混合物）轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，它是鐵和碳的面心立方結(jié)構(gòu)。一旦被加熱，這種轉(zhuǎn)變將在1333°F開(kāi)始。代表相變溫度的橫線為A1，除含

29、碳量為0.8%的共析百分點(diǎn)外，這種相變發(fā)生在溫度超出一定范圍時(shí)。而且，相變只有在超出稱為A3線斜線以上才能全部完成。工業(yè)純鐵，轉(zhuǎn)變?cè)?670°F完成，而共析鋼將在1333°F完成。一旦很慢地冷卻，相同轉(zhuǎn)變將會(huì)反向發(fā)生，這一轉(zhuǎn)變的存在允許我們利用各種熱處理方法硬化或軟化鋼材。當(dāng)鋼被加熱到奧氏體范圍時(shí)，然后緩慢地冷卻，通過(guò)這個(gè)相變區(qū)域，最終形成的微觀組織將會(huì)有珠光體。這種結(jié)構(gòu)只有當(dāng)時(shí)間充足，使原子擴(kuò)散到晶格排列中才能形

30、成。擴(kuò)散是原子在固態(tài)金屬結(jié)構(gòu)中的簡(jiǎn)單遷移。溫度越高，原子在晶格點(diǎn)陣中的移動(dòng)越容易。當(dāng)從奧氏體以足夠慢的速度冷卻，珠光體將形成。被熱處理產(chǎn)生珠光體的鋼，通常都比較軟且延展性好。當(dāng)從奧氏體區(qū)域以較快速度冷卻時(shí)，對(duì)給定的合金將會(huì)有一個(gè)重要的相變。首先，這一轉(zhuǎn)變將發(fā)生于較低的溫度。其次，微觀組織發(fā)生劇烈的變化，導(dǎo)制鋼的硬度和拉伸強(qiáng)度明顯增加，相應(yīng)地延展性降低。在較快的冷卻速度下，所產(chǎn)生的基本微觀組織包括細(xì)珠光體、貝氏體和馬氏體。冷卻速度的輕微

31、增加，相變溫度有某種程度的下降。產(chǎn)生一種較細(xì)的、層次距離較近的珠光體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)比粗大的珠光體硬度高，而延展性有某種程度地降低。冷卻速度繼續(xù)增加，相變溫度更低，珠光體不再形成，代之為貝氏體，這種結(jié)構(gòu)是針狀碳化鐵以羽毛狀排列于鐵素體的混合物。貝氏體具有明顯的高強(qiáng)度、硬度和較低的延展性，并且很難在顯微鏡下觀察到。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,一旦冷卻速度很快或者是淬火，沒(méi)有足夠的時(shí)間發(fā)生擴(kuò)散。導(dǎo)制一些碳原子被網(wǎng)格所捕獲。

32、如果冷卻速度足夠地快，碳含量足夠地高，將形成馬氏體：馬氏體的形成是一種非擴(kuò)散過(guò)程。（冷卻速度是如此之快，以至于原子沒(méi)有時(shí)間向周圍運(yùn)動(dòng)）。奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變是由于剪切型的或機(jī)械作用的結(jié)果。所導(dǎo)致的晶格結(jié)構(gòu)叫做四角體心結(jié)構(gòu)。它是體心立方扭曲成為直角的結(jié)果，由于這種網(wǎng)格扭曲排列的存在，馬氏體呈現(xiàn)出較高的內(nèi)能或應(yīng)變，從而引起非常高的硬度和拉伸強(qiáng)度，同時(shí)，馬氏體具有低的延展性和韌性。圖8.12顯示了在高倍放大鏡（500X）下的形貌。,第八單元

33、焊接金相學(xué) 2011-11-12,為了在不明顯降低硬度和拉伸強(qiáng)度的情況下改善馬氏體的延展性和韌性。一種叫做回火的工藝被采用，這種熱處理方法由下列步驟組成。重新加熱淬過(guò)火的馬氏體結(jié)構(gòu)到低于低相變點(diǎn)的溫度（1333?F），這種工藝使碳通過(guò)沉淀形成碳微粒，使淬火態(tài)的不穩(wěn)定的馬氏體轉(zhuǎn)變成回火態(tài)馬氏體。控制回火溫度和時(shí)間可以得到理想的強(qiáng)度和延展性，較高的回火溫度導(dǎo)致較軟的和更具延展性的特性。淬火和回火熱處理經(jīng)常用于增強(qiáng)工具鋼的性能，與軋制、退火

34、或正火的特性比較，因?yàn)樗岣吡饲?qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度比，并改善了缺口沖擊韌性。 對(duì)于特殊的合金鋼，回火溫度不同產(chǎn)生的影響在圖8.13中說(shuō)明。為了幫助確定快速冷卻所導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)，冶金學(xué)家用另外一種叫做TTT圖，或是叫時(shí)間-強(qiáng)度-相變曲線。他們也叫做絕熱相變圖（IT）。顧名思義，它描述了特定的鋼的成分在特定溫度下經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間產(chǎn)生的微觀產(chǎn)物。類似的圖CCT或者叫連續(xù)冷卻相變曲線，顯示了從奧氏體區(qū)域連續(xù)冷卻所發(fā)生的變化。

35、這兩種圖吻合地很好。圖8.14描述了8630鋼的連續(xù)冷卻相變特性。此圖表示了溫度和時(shí)間共同作用下的微觀產(chǎn)物。圖中所顯示的不同的冷卻速率說(shuō)明了怎樣使用曲線圖，最終的相變產(chǎn)物依賴于冷卻曲線所經(jīng)過(guò)的區(qū)域以及冷卻曲線通過(guò)此區(qū)域所需的時(shí)間。例如，曲線“A”僅通過(guò)奧氏體到馬氏體區(qū)域，所以最終微觀組織為100％的馬氏體。較慢的冷卻曲線“D”顯示了最終微觀產(chǎn)物組成是鐵素體加上少量的貝氏體和馬氏體。 因?yàn)轳R氏體只能從奧氏體轉(zhuǎn)變而成，任何由奧氏體轉(zhuǎn)變成的

36、鐵素體和貝氏體不能轉(zhuǎn)變成馬氏體。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,焊接冶金的考慮因?yàn)楹附訉?dǎo)致母材溫度升高以及冷卻速率的變化，了解焊接過(guò)程會(huì)導(dǎo)至怎樣的微觀產(chǎn)物是很重要的。 圖8.15描述了焊縫各個(gè)區(qū)的峰值溫度與鐵-碳化鐵相圖之間的關(guān)系。正如所見(jiàn)的，根據(jù)靠近或在焊縫上點(diǎn)的位置，將產(chǎn)生各種不同的金相組織，在焊縫中的最高溫度區(qū)，金屬能夠從液態(tài)經(jīng)過(guò)如前所述各種不同的相區(qū)冷卻下來(lái)，臨

37、近焊縫的地方，在熱影響區(qū)，雖然沒(méi)有熔化發(fā)生，但可以達(dá)到的高溫。熱影響就是這樣一個(gè)區(qū)域，它靠近焊縫金屬并且溫度升高從低于相變點(diǎn)到低于鋼的熔點(diǎn)。由于眾所周知的接觸淬火現(xiàn)象，熱影響區(qū)的冷卻速度處于最快冷卻速率之中。焊接條件的改變對(duì)各種相的形成具有很大的影響，由于不同的焊接條件對(duì)焊縫的冷卻速度有明顯的影響，一些焊接條件如熱輸入量、預(yù)熱的使用、母材的碳當(dāng)量以及母材厚度都可能導(dǎo)致金相組織改變。隨著熱輸入的增加、冷卻速度的減小. 使用較小直徑的焊條

38、、較低的焊接電流、快的運(yùn)行速度將會(huì)降低熱輸入. 對(duì)任何弧焊工藝，熱輸入是可以計(jì)算的，它只要有電流、電壓和行走速度、沿接頭的縱向軸線測(cè)得的熱輸入的公式如下：熱輸入=焊接電流 x 焊接電壓 x 60 / 焊接速度 (in/min)對(duì)于這個(gè)公式，熱輸入以J/in表達(dá)。如果焊接速度以in/分計(jì)，焦?fàn)柨梢砸酝?秒來(lái)表示。所以，橫線上方的60將焊接的分轉(zhuǎn)換成了秒，焊接檢驗(yàn)師可以通過(guò)監(jiān)測(cè)焊接熱輸入從而達(dá)到最終控制發(fā)生在熱影響區(qū)微觀組織特性的目的。

39、,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,另一項(xiàng)顯著影響最終熱影響區(qū)微觀產(chǎn)物的因素是預(yù)熱，通常來(lái)講，使用預(yù)熱將減小焊接熱影響區(qū)的冷卻速度，并改善延展性， 當(dāng)不使用預(yù)熱，熱影響區(qū)相對(duì)變窄，并顯示高的硬度，在某種情況下，依靠添加合金可以形成馬氏體。然而采用預(yù)熱時(shí)，熱影響區(qū)變寬，同時(shí)由于較低的冷卻速率允許形成鐵素體，珠光體甚至貝氏體代替馬氏體最終導(dǎo)致硬度明顯下降。所以，對(duì)特定焊接過(guò)程，焊接檢

40、驗(yàn)師需監(jiān)測(cè)預(yù)熱，這一要求主要是為了降低熱影響區(qū)的冷卻速度，并產(chǎn)生具有理想性能的微觀結(jié)構(gòu)。另一個(gè)有關(guān)焊接的重要因素是碳當(dāng)量，因?yàn)樘紝?duì)鋼的硬化能力具有顯著的影響（淬硬性既 金屬?gòu)膴W氏體溫區(qū)冷卻硬化或形成馬氏體的能力），我們最關(guān)心的是在特殊合金中硬化的概率，鋼中碳含量越高越容易硬化。從某種程度上，其他合金元素，也會(huì)促進(jìn)淬硬性，因此，碳當(dāng)量成為一種經(jīng)驗(yàn)性的表達(dá)方式，用來(lái)確定合金元素對(duì)鋼的淬硬性的綜合影響，碳當(dāng)量公式如下 ：C.E. =

41、%C + %Mn/6 + %Ni/15 + %Cr/5 + %Cu/13 + %Mo/4這一公式適用于碳和合金元素不超0.5％的碳、1.5％的錳、3.5％的鎳、1％的銅和0.5％的鉬的碳鋼及合金鋼，,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,一旦碳當(dāng)量確定，我們可以預(yù)測(cè)一個(gè)合適的預(yù)熱范圍，從而得到最佳的焊接效果。下面的表列出了針對(duì)各種范圍的碳當(dāng)量所建議的預(yù)熱溫度。碳當(dāng)量建議預(yù)熱溫度到0.45可選0.45 到

42、0.60 200到400?F0.60以上400到700?F參考上述數(shù)據(jù)和公式，焊接工程師會(huì)粗步?jīng)Q定采用多大的預(yù)熱溫度達(dá)到目的，雖然其它因素也會(huì)影響這一決定，但至少提供了一個(gè)起點(diǎn)。母材厚度對(duì)冷卻速度也有影響，一般來(lái)講，厚板中的焊縫其冷卻速度大于薄板，較大的熱容量或熱衰退與較厚的截面對(duì)焊道產(chǎn)生快速冷卻，所以當(dāng)焊接較厚截面時(shí)，各種焊接要求，如預(yù)熱被用來(lái)減小冷卻速度，改善最終的熱影響區(qū)的機(jī)械性

43、能。所以，當(dāng)焊接厚截面時(shí)，通常增加預(yù)熱和層間溫度的要求有助于降低最終冷卻速度。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,熱處理前面已提到的一些金屬的熱處理方法，他們可以在焊接前用于母材，也可以用于已完成的焊縫從而達(dá)到特定機(jī)械性能，作為一個(gè)焊接檢驗(yàn)師，工作之一就是監(jiān)測(cè)熱處理的操作并保證時(shí)間和溫度要求可以被監(jiān)測(cè)到?；镜臒崽幚戆ㄍ嘶稹⒄?、淬火、回火、預(yù)熱、焊后熱處理和應(yīng)力釋放熱處理。退火是一種軟化處理用于增加金屬的延展性，但

44、要損失強(qiáng)度，為了完成退火，金屬被加熱到奧氏體區(qū)域，保溫按1小時(shí)/英寸（工件厚度）或最低1小時(shí)，然后緩慢地冷卻。，冷卻通常是通過(guò)關(guān)掉能源，讓工件保留在爐內(nèi)冷卻到室溫。正火也是軟化金屬，但不如退火明顯，它被認(rèn)為是均勻化熱處理，即使工件的金屬結(jié)構(gòu)均勻，正火處理通過(guò)提高金屬溫度到其奧氏體區(qū)域，保溫較短的時(shí)間，然后讓其在靜止的空氣中冷卻，這種冷卻比爐冷快，所以最終的性能與退火相比，硬度和強(qiáng)度稍高一些而延展性有所降低，正火處理的碳鋼和低合金鋼通常

45、可焊性是較好的。淬火處理與退火和正火不同點(diǎn)主要是前者最終的機(jī)械性能中強(qiáng)度和硬度明顯增高，而延展性有所降低。這種硬化處理是通過(guò)加溫到奧氏體區(qū)，保溫一段時(shí)間，然后馬上將部件浸入一淬火介質(zhì)，諸如水、油、鹽水，使其快速冷卻，淬火產(chǎn)物主要是馬氏體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有高的硬度、強(qiáng)度和低的延展性，為了改善延展性，同時(shí)不明顯降低金屬的強(qiáng)度，通常采用回火處理，回火是通過(guò)加熱工件到低相變點(diǎn)，保溫短暫時(shí)間，讓高應(yīng)力馬氏體結(jié)構(gòu)有某種程度上應(yīng)力釋放，然后冷卻。采

46、用預(yù)熱，正如前面所討論的，降低了鄰近焊縫的母材的冷卻速度，讓一個(gè)非馬氏體結(jié)構(gòu)成分得以生成。預(yù)熱是在焊接前適用。焊后熱處理是用減小殘余應(yīng)力并使在冷卻和淬火過(guò)程中產(chǎn)生的硬的、脆的相得到緩和，焊后熱處理在焊后采用，一般地講其溫度高于預(yù)熱。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,剩下的熱處理是應(yīng)力釋放熱處理，屬于后熱處理的種類，這是前面所討論的一種降低殘余應(yīng)力的方法，熱應(yīng)力釋放是在低于相變點(diǎn)（1333°F）溫度下進(jìn)行的，通過(guò)逐

47、步地并均勻地提高焊縫和母材的溫度。將焊接過(guò)程中因局部加熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力得以釋放。當(dāng)溫度提高時(shí)，金屬?gòu)?qiáng)度降低，應(yīng)力因而得到釋放。讓殘余應(yīng)力得到釋放，并使金屬性能得到恢復(fù)，部件在應(yīng)力在得到適放后以適中的速率冷卻，這種方法有助于消除變形所帶來(lái)的問(wèn)題。還有兩個(gè)有關(guān)焊接冶金方面的問(wèn)題，應(yīng)該進(jìn)行討論，這對(duì)焊接檢驗(yàn)師了解各種冶金變化的基本物理原理很有幫助，這就是擴(kuò)散和固溶。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,擴(kuò)散我們知道，原子在液態(tài)下

48、更容易運(yùn)動(dòng)，然而在某種情況下，原子即使在固態(tài)中也能改變位置，事實(shí)上，任何原子都可以從其原來(lái)的位置一步步地漫游離開(kāi)，在固態(tài)中原子位置的改變叫擴(kuò)散。一個(gè)擴(kuò)散的例子可以觀測(cè)到，如果光滑，扁平的鉛和金的板條被緊密地夾在一起（見(jiàn)圖8.16），如果他們?cè)谑覝叵卤粖A在一起幾天時(shí)間，當(dāng)夾子去掉后，這兩個(gè)金屬薄板依然還粘附在一起，這種粘附是由于鉛、金兩種原子彼此遷移擴(kuò)散到對(duì)方并形成了很弱的金屬鍵的結(jié)果，這種鍵很弱，在其結(jié)合面上使勁吹一下就會(huì)使其分開(kāi)，如

49、果兩種金屬溫度增加，，擴(kuò)散也會(huì)增加，當(dāng)溫度高于兩者的熔點(diǎn)，完全的混合就會(huì)發(fā)生。另一種擴(kuò)散發(fā)生在當(dāng)含氫氣體，存在于熔化金屬的附近時(shí)，如焊縫，通常的氫來(lái)自于潮濕空氣（H2O），或者是被焊接的表面上的有機(jī)物質(zhì)，金屬上發(fā)現(xiàn)的許多污染物通常是有機(jī)化合物，像油、脂等等。他們的化學(xué)組成中含有氫，焊接產(chǎn)生的熱會(huì)打破水或有機(jī)污染物成為單個(gè)的原子，其中包括氫原子（H+）。氫原子很小，很容易擴(kuò)散到母材金屬結(jié)構(gòu)中，當(dāng)他們進(jìn)入母材中，氫原子重新組合成氫分子（

50、H2），兩個(gè)原子的結(jié)合大于單個(gè)氫原子，這些大的氫分子常會(huì)被金屬中的不連續(xù)，諸如晶界或夾雜捕獲，氫分子由于尺寸較大，因而在金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較高的應(yīng)力，這對(duì)于低延展性的金屬很容易產(chǎn)生裂紋，氫致裂紋常叫做焊道下裂紋或延遲裂紋?？朔渲铝鸭y的主要方法是消除氫的來(lái)源，首先要清理所有焊接表面，其次是規(guī)定低氫焊條用于碳鋼和合金鋼，這些低合金鋼焊條通常含很低的氫，但他們也需要進(jìn)一步處理，避免在密封包裝箱內(nèi)打開(kāi)后吸潮，在消除吸氫的方法中，預(yù)熱也是一種有

51、效的方法，因?yàn)闅湓?00° ~450°F時(shí)會(huì)從金屬中逸出，這些方法對(duì)于降低裂紋敏感性以及鋼中的氫致裂紋有所幫助。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,固熔我們大多數(shù)人都知道一般的固體溶于液體的現(xiàn)象，加入一勺鹽到一杯水中攪拌，鹽會(huì)溶于水中，然而，我們大多數(shù)人對(duì)一種固體溶入另一種固體并不熟悉，如前面舉的鉛和金例子，兩種金屬通過(guò)擴(kuò)散，從而彼此固溶。返回到我們所舉的水

52、和鹽例子中，如果鹽加多了，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)論我們?nèi)绾螖嚢?，一部分鹽都不會(huì)溶解。這是因?yàn)?，那些體積的水在當(dāng)時(shí)的溫度下，已經(jīng)達(dá)到了臨界溶解極限，無(wú)論怎樣攪拌也不會(huì)溶解更多的鹽，為了溶解更多的鹽，無(wú)論是水的體積還是溫度都需要增加，這就是我們所看到的，對(duì)于固體溶解于液體，其臨界溶解度依賴于液體濃度和溫度，金屬的屬性與其相似，除了通過(guò)擴(kuò)散，兩種固體會(huì)彼此互溶。但是就象鹽和水，一種固體溶解于另一固體也有限度，并且該限度也受影響、金屬溫度越 高，溶解

53、的第二種元素越多，這樣，我們可以得到兩種金屬結(jié)合而成的合成金屬，當(dāng)然，隨著增加擴(kuò)散和溶解都會(huì)增加。我們利用固體相溶的例子是利用它來(lái)增加鋼的表面硬度，如果鋼被置入碳顆粒的床中，然后加熱到大約1600°~1700°F，這一溫度低于碳和鋼的熔點(diǎn)，一些碳滲入（溶解）鋼的表面，增加的碳使鋼的表面變硬、提高耐磨性，這一工藝叫滲碳，達(dá)到硬化的目的，同上，在與滲碳相同溫度時(shí)，如果鋼被暴露在氨水環(huán)境中，氨水被分解成獨(dú)立的氮和氫原子，

54、氮原子進(jìn)入鋼表面，這一工藝叫滲氮，這兩種工藝均顯示了金屬的擴(kuò)散和固溶。擴(kuò)散和固溶的知識(shí)可以幫助焊接檢驗(yàn)師了解焊前清理的重要性，以及焊接中適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)的重要性。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,常用材料的焊接金相學(xué)針對(duì)這一點(diǎn)，主要以碳鋼和低合金鋼來(lái)進(jìn)行討論，最后一部分將回顧三種常用材料的焊接冶金：不銹鋼，鋁、銅和彼此間的合金。不銹鋼“不銹”一詞用于不銹鋼的分類有點(diǎn)用詞不當(dāng)，因?yàn)橥ǔＶ傅氖强垢g，然而在嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境下，

55、許多不銹鋼腐蝕的很厲害。不銹鋼指的是具有至少12％的鉻。有許多種不銹鋼，焊接檢驗(yàn)師討論他們的時(shí)候應(yīng)該認(rèn)識(shí)到使用適當(dāng)?shù)呐铺?hào)，主要有五種不銹鋼：鐵素體、馬氏體、奧氏體、沉淀硬化和雙相鋼，頭三種指的是穩(wěn)定的室溫相，第四種通常叫“PH”不銹鋼，指的是通過(guò)時(shí)效熱處理使之硬化，沉淀強(qiáng)化機(jī)理相對(duì)于淬火和回火叫相變硬化。最后一種雙相鋼，在室溫下是近似相等的半鐵素體半奧氏體，是一種改良型耐氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的鋼種。不銹鋼中穩(wěn)定的室溫相依賴于鋼的化學(xué)成分

56、，一些不銹鋼可以包含不同相的組合，最常用的是奧氏體不銹鋼，標(biāo)識(shí)為“200” “300”系列，304和316不銹鋼是奧氏體。A416是馬氏體，430是鐵素體，常用的“PH”鋼有17-4PH。常用的雙相鋼是AL-6XN?？上攵@些類別的可焊接性大不相同，對(duì)奧氏體來(lái)講，目前的填充金屬具有良好的可焊性，當(dāng)金屬溫度很高時(shí)，這些鋼種易產(chǎn)生微型熱裂紋，這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)控制母材和填充金屬化學(xué)成分，促使?鐵素體的形成，這樣可以幫助消除熱裂紋。當(dāng)選取

57、的填充金屬的?鐵素體含量在4~10％時(shí)，可以避免奧氏體不銹鋼裂紋的產(chǎn)生，這個(gè)百分比常稱為鐵素體含量，可以用磁性探測(cè)儀測(cè)量。因?yàn)?鐵素體是體心立方并帶有磁性，用磁性探測(cè)儀可以測(cè)量。奧氏體是面心立方無(wú)磁性。鐵素體不銹鋼也具有可焊性，只要選用適當(dāng)?shù)奶畛浣饘佟ｑR氏體不銹鋼是最難焊的，經(jīng)常需要預(yù)熱及焊后熱處理?！癙H”和雙相不銹鋼鋼也是可焊的，但是要注意焊接過(guò)程中引起的機(jī)械性能的改變。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,奧氏體不銹

58、鋼焊接中一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是碳化物沉淀或叫敏化，當(dāng)工件被加熱到焊接溫度，部分母材被加熱到800°~1600°F。在此范圍內(nèi)，碳和鉻結(jié)合形成碳化鉻，形成這一產(chǎn)物最敏感的溫度大約在1250°F，并且這一溫度在每一個(gè)焊接熱循環(huán)中被出現(xiàn)兩次、一次在加熱過(guò)程，一次在冷卻過(guò)程。這些碳化鉻主要在微觀結(jié)構(gòu)的晶界中出現(xiàn)，碳化鉻的形成使晶粒內(nèi)臨近晶界部分的鉻含量減少，這一現(xiàn)象叫“貧鉻”導(dǎo)致鉻含量低于抗腐蝕所需的含量，最終結(jié)果降低

59、了晶粒的耐腐蝕性，在一定的腐蝕環(huán)境下，晶粒的邊界腐蝕率較高，叫作晶間腐蝕開(kāi)裂，或IGA（見(jiàn)圖8.17）。有幾種方法可以防止奧氏體不銹鋼由于焊接而產(chǎn)生的敏化。第一種方法是重新加熱已完成的結(jié)構(gòu)至1950°~2000°F，這種固溶退火打破了碳化鉻。從而允許碳重新溶解于結(jié)構(gòu)，然而，該熱處理會(huì)引起結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重變形，緊跟著，工件必須快速在水中淬火避免碳化鉻的再次形成（見(jiàn)圖8.18）。第二種方法是增加母材和填充金屬的穩(wěn)定性。兩種

60、最常用的增加穩(wěn)定性的方法是添加鈦和鈮，在300系列中加入相當(dāng)于8~10倍碳含量的鈦和鈮，這些合金穩(wěn)定劑優(yōu)先與碳結(jié)果從而減少了形成碳化鉻的碳含量。加入鈦后，奧氏體不銹鋼成為321。加入鈮后成347（見(jiàn)8.19）。第三種方法是減少母材及焊材中的碳含量，最后這些低碳奧氏體不銹鋼叫超低碳，或叫ELC。今天，它們被冠以字母“L”，意思是碳含量小于0.03％（標(biāo)準(zhǔn)鋼級(jí)小于0.08％）通過(guò)減小合金碳含量，較少的碳與鉻結(jié)合，焊接引起的敏感性降低了（圖

61、8.19）。這些低碳鋼級(jí)，由于較低的碳而輕微地降低機(jī)械性能，因此在選擇這些合金時(shí)間要注意，特別是使用于高溫情況下。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,鋁及鋁合金鋁合金在其表面有一層堅(jiān)硬的氧化膜，這是當(dāng)裸露的鋁暴露于空氣中快速形成的。當(dāng)工件處于腐蝕環(huán)境時(shí)，這些氧化膜提供了保護(hù)。 這些氧化物防礙了焊接，為了進(jìn)行釬焊這些合金，焊劑被用來(lái)破壞氧化膜，以使部件能夠被焊接。焊接時(shí)，一般選用交流電源，并利用交流焊接的反極性破壞氧化膜，并

62、且用氦或氬氣保護(hù)防止進(jìn)一步形成氧化膜的交流焊接方法有時(shí)又叫作表面清理方法。鋁及鋁合金的金屬冶金很復(fù)雜，特別是針對(duì)于大量的合金和熱處理。 對(duì)大多數(shù)可焊的系列和熱處理狀態(tài)，與之相配合的填充金屬可在AWS 5.10。鋁及鋁合金焊條和焊棒技術(shù)條件中查到。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,銅及其合金純銅和其許多合金無(wú)法象鋼一樣通過(guò)淬火和回火來(lái)硬化，這些合金經(jīng)常在成形過(guò)程中，產(chǎn)生的冷作被加強(qiáng)和硬化。焊接行為軟化了冷作硬化的材料

63、，而且在焊接冷作硬化的銅合金之前必須考慮這一點(diǎn)，一系列銅合金被時(shí)效強(qiáng)化－一種類似于用于“PH”不銹鋼的沉淀硬化處理。當(dāng)焊接這些合金時(shí)，通常要規(guī)定焊后熱處理以恢復(fù)原來(lái)的機(jī)械性能。焊接銅及銅合金的一個(gè)主要問(wèn)題是由于他們相對(duì)低的熔點(diǎn)和高的導(dǎo)熱能力。大量的熱要用于克服熱散失由于高速的熱傳導(dǎo)，而相對(duì)低的融點(diǎn)又使其早于預(yù)期時(shí)間熔化而流出接頭，多數(shù)銅合金在采用適當(dāng)?shù)墓に嚭图记傻那闆r下是可焊的。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,總結(jié)

64、焊接冶金是焊接任何部件都必須考慮的一個(gè)重要因素，因?yàn)檫@些冶金變化對(duì)焊縫和母材的最終性能有著極大的影響。由于冶金專家和焊接工程師希望控制焊縫的最終性能。因而存在許多焊接工藝要求。所以，焊接檢驗(yàn)師要監(jiān)測(cè)這些要求并保證最終的生產(chǎn)是滿足要求的。金屬加熱量或金屬降溫速率，都會(huì)使金屬性能發(fā)生改變，你已經(jīng)了解這些因素是怎樣影響金屬性能的改變。所以，現(xiàn)在可以明白哪些焊接變素是重要的并且為什么要在焊接過(guò)程中進(jìn)行控制。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-

65、11-12,主要名詞及術(shù)語(yǔ)“α鐵”碳固溶于鐵中形成的體心立方結(jié)構(gòu)。在室溫下是穩(wěn)定的，又叫鐵素體。退 火 一種熱處理方法，它用來(lái)軟化和降低金屬材料強(qiáng)度。奧氏體當(dāng)材料被加熱A3相變線以上時(shí)，碳固溶在鐵中形成的面心立方結(jié)構(gòu)。 也是300系列不銹鋼室溫穩(wěn)定相，又叫 ? 鐵。自熔式在焊接過(guò)程中，焊縫不用填充金屬而是靠熔化部分母材作填充而形成的。貝氏體鐵的種相。與珠光體比較，它形成于冷卻過(guò)程。在光學(xué)

66、顯微鏡下，它的細(xì)小晶粒結(jié)構(gòu)很難被分離。BCC 體心立方。BCT 體心正方。碳當(dāng)量由單個(gè)或多個(gè)不同比式相加的一組計(jì)算，用于確定所須預(yù)熱溫度。滲碳 一種硬化工藝，通過(guò)加熱與含碳材料接觸的金屬使碳元素滲入鐵合金中。有兩種形式的滲碳工藝：固體滲碳和氣體滲碳。滲碳體碳化鐵，F(xiàn)e3C傳導(dǎo) 在熱傳導(dǎo)過(guò)程中，粒子之間熱的傳遞。對(duì)

67、流 在傳熱過(guò)程中，通過(guò)大量被加熱粒子運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)熱過(guò)程。晶體 或叫晶粒，獨(dú)立的單位存在于凝固過(guò)程中，并與其它晶粒之間由晶界分隔。δ鐵素體不銹鋼中的一種相，高溫下抗裂。脫氧劑元素或化合物，他們很容易被氧化，從而使氧與被加熱的母材或焊縫反應(yīng)。露點(diǎn) 濕氣開(kāi)始冷凝的溫度，用于檢測(cè)氣體的干臊程度。,第八單元 焊接金相學(xué) 2011-11-12,擴(kuò)

68、散 溶液中原子的運(yùn)動(dòng)，它可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。不連續(xù)任何存在于均質(zhì)的金屬中的間斷。雙相 金屬中一種近似地含有50％鐵素體和50％奧氏體的不銹鋼。共析鋼鋼類，碳含量剛好等于0.8％的合金鐵素體固溶于r鐵中的體心立方結(jié)構(gòu)，又叫α鐵。FCC 面心立方結(jié)構(gòu)。r鐵 碳固溶在鐵中的面心立方結(jié)構(gòu)，也叫奧氏體。晶粒

69、 金屬在凝固狀態(tài)下的一個(gè)單一的晶體。見(jiàn)晶體。HAZ 熱影響區(qū)，臨近焊縫的金屬，雖然沒(méi)被熔化，但受到焊接熱量的影響。HCP 六角密方排列。熱缺陷當(dāng)高溫時(shí)（1800?F），晶界中由于含有硫化鐵而導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生。過(guò)共析體鋼類，碳含量超過(guò)0.8％的合金。亞共析體鋼類，碳含量低于0.8％的合金。IGA 由于不銹鋼