熔焊过程控制与焊接工艺 节选

《熔焊过程控制与焊接工艺》是教育部高职高专材料类专业教学指导委员会工程材料与成形工艺类专业规划教材。《熔焊过程控制与焊接工艺》系统讲述了金属熔焊时的温度、化学成分、组织及性能变化的规律和特点，常用焊接材料的组成、性能及选用，常见焊接缺陷的产生原因、影响因素和防止措施，金属的焊接性试验方法及常用金属材料的焊接工艺等内容。全书共分十三个模块，包括焊接化学冶金基础、焊接凝固冶金基础、焊接热影响区、焊接缺陷、焊接材料、金属焊接性及其试验方法、碳钢的焊接、低合金钢的焊接、不锈钢的焊接、耐热钢的焊接、异种钢的焊接、铸铁的焊接、常用有色金属的焊接。《熔焊过程控制与焊接工艺》在编写中，力求体现"以就业为导向，突出职业能力培养"的精神，以突出应用性、实践性为原则重组课程结构，教材内容与国家职业标准、职业技能鉴定及职业岗位有机衔接，实现了理论与实践相结合，以满足"教学做合一"的教学需要。本教材内容简明扼要、条理清晰、层次分明、图文并茂、通俗易懂。为利于职业技能鉴定，每个模块后均附有相应的综合训练。《熔焊过程控制与焊接工艺》可作为高职高专焊接技术及自动化专业教材和各类成人教育焊接专业教材或培训用书，还可供从事焊接工作的工程技术人员参考。

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插图：（1）氢在焊缝中的溶解。在焊接过程中，氢往往因为焊接材料、焊件表面的杂质等被带入焊接区，并在高温下溶人焊接熔池中。氢在金属中的溶解度随温度的变化很大，在液态铁中的溶解度远远高于固态铁。这样，在熔池冷凝过程中，凝固点氢的溶解度会发生突变，由于熔池的体积小，冷却速度快，因溶解度下降而过饱和的氢就会来不及逸出而存在于焊缝中。（2）氢在焊缝金属中的扩散。焊缝中过饱和的氢处于不稳定状态，在浓度差的作用下会自动地向周围热影响区和大气中扩散。这种扩散速度与温度有关，当温度很高时，氢的扩散速度很快而从焊缝金属中逸出；当温度很低时，氢的扩散速度很慢，不会产生聚集，这两种情况都不会产生裂纹。只有在一定的温度范围内，氢来不及扩散逸出且又在焊缝金属中聚集，才会形成冷裂纹。（3）焊缝金属结晶过程中氢的溶解与扩散。在焊接低碳低合金钢时，焊缝与母材的成分并不完全相同，为了防止焊缝产生焊接缺陷，常控制焊缝金属的含碳量低于母材。由于焊缝的含碳量低于母材，因此焊缝在较高温度时先于母材发生相变，即由奥氏体分解为铁素体、珠光体、贝氏体以及低碳马氏体等（根据焊缝化学成分和冷却速度而定）。此时，母材热影响区因含碳量较高，发生相变滞后，仍为奥氏体。焊缝进行奥氏体分解时，氢的溶解度突降，扩散速度突升，过多的氢必然通过熔合线向尚未转变的热影响区扩散。氢扩散到母材后，由于奥氏体溶解度大而扩散速度低，在快冷时就不可能继续向母材内部扩散，而聚集在熔合线附近形成了富氢区。随后，此处的奥氏体向马氏体等转变，氢就以过饱和的形式残留于马氏体（或贝氏体）中，并扩散到应力集中或晶格缺陷处结合成分子，形成了较高的局部应力，加上热应力、组织应力的共同作用，就可能造成开裂。2.钢的淬硬倾向焊接接头的淬硬倾向主要取决于钢种的化学成分，其次是焊接工艺、结构板厚及冷却条件等。一般来说，钢的淬硬倾向越大，出现马氏体的可能性也越大，裂纹也越容易产生。当材料一定，冷却速度不同时接头的组织将相应改变，冷却速度越高，马氏体的含量就越高，从而使裂纹率上升。这个规律对各种钢都是适用的，只是钢种的化学成分不同，因马氏体的形态不同而产生冷裂纹的临界马氏体含量不同。总之，钢种的淬硬倾向决定了接头中硬脆组织的数量，是促使冷裂纹形成的重要因素之一。但是不同化学成分和形态的马氏体组织对冷裂纹的敏感性不同。如果出现的是板条状低碳马氏体，则因M1较高，转变后有自回火过程使其既有较高的强度又有足够的韧性，从而抗裂性能优于碳含量高的片状孪晶马氏体。

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