焊接接頭包括:焊縫 (OA)、熔合區(qū) (AB)和熱影響區(qū) (BC) 三部分,如下圖所示。
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一、焊接接頭的組成
1. 焊縫
焊縫是焊件經(jīng)焊接后形成的結(jié)合部分。通常由熔化的母材和焊材組成,有時全部由熔化的母材組成。
2. 熔合區(qū)
熔合區(qū)是焊接接頭中焊縫與母材交接的過渡的區(qū)域。它是剛好加熱到熔點與凝固溫度區(qū)間的部分。
3. 熱影響區(qū)
焊接熱影響區(qū)是焊接過程中,材料因受熱的影響(但未熔化)而發(fā)生金相組織和機械性能變化的區(qū)域。熱影響區(qū)的寬度與焊接方法、線能量、板厚及焊接工藝有關(guān),采用不同焊接方法焊接低碳鋼時熱影響區(qū)的平均尺寸見下表:
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金魯鼎過濾器封頭自動焊
二、焊接接頭的組織和性能
焊接接頭中,焊縫金屬是從高溫液態(tài)冷卻至常溫固態(tài)的。這期間經(jīng)歷了兩次結(jié)晶過程,即從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y(jié)晶過程和在固相狀態(tài)下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的二次結(jié)晶過程。
焊縫金屬的一次結(jié)晶過程如下:結(jié)晶最先發(fā)生在熔池中溫度最低的熔合線部位。隨著熔池溫度的降低,晶體逐漸長大。在長大過程中,由于相鄰晶體的阻礙,晶體只能向熔池中心生長,從而形成柱狀晶 。當柱狀晶體長大至相互接觸時,一次結(jié)晶過程即結(jié)束。
一次結(jié)晶過程中,由于冷卻速度快,焊縫金屬元素來不及擴散,會產(chǎn)生化學成分分布不均勻現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為偏析。偏析有可能使焊縫力學性能和耐腐蝕性能不均勻,還有可能產(chǎn)生缺陷,例如熱裂紋的產(chǎn)生便與偏析有關(guān)。
焊縫金屬的二次結(jié)晶的組織和性能,與焊縫的化學成分、冷卻速度及焊后熱處理有關(guān)。低碳鋼和低合金鋼在平衡狀態(tài)下的二次結(jié)晶組織是鐵素體加少量珠光體,隨著冷卻速度的加快,珠光體含量增多、鐵素體減少、焊縫的強度和硬度有所提高,而塑性、韌性則下降。含合金元素較少(鉻<5%)的耐熱鋼,在焊前預熱、焊后緩冷條件下得到珠光體和部分淬硬組織;高溫回火后可得到完全的珠光體組織。
含合金元素較多(含鉻5%~9%)的耐熱鋼,當焊接材料與母材相近似時,在焊前預熱、焊后緩冷條件下,焊縫通常為貝氏體組織,也可能出現(xiàn)馬氏體組織。高溫回火后,可得到回火索氏體組織。當采用奧氏體不銹鋼焊接材料時,焊縫組織則主要為奧氏體。奧氏體不銹鋼的焊縫組織一般為奧氏體加少量鐵素體。
由于焊縫金屬的化學成分較合理,二次結(jié)晶的晶粒較細,所以焊縫部位的金屬具有較好的力學性能。加上焊縫余高使焊縫部位的受力截面增大,所以,焊接接頭的薄弱部位不在焊縫,而在熔合區(qū)和熱影響區(qū)。
必須指出,焊縫余高并不能增加整個焊接接頭的強度,因為余高僅僅使焊縫截面增大而未使熔合區(qū)和熱影響區(qū)截面增大。相反,余高的存在恰好在熔合區(qū)和熱影響區(qū)粗晶區(qū)部位造成結(jié)構(gòu)的不連續(xù),從而導致應力集中,使焊接接頭的疲勞強度下降。
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三、熔合區(qū)和熱影響區(qū)的組織和性能
焊接過程中,熱影響區(qū)沿寬度各點被加熱,但所達到的溫度不同,因而焊后組織、性能也不相同。熱影響區(qū)某點被加熱達到的最高溫度,在最高溫度下停留的時間及隨后的冷卻速度,都將決定該點的組織情況。
從熱處理特性看,用于焊接的結(jié)構(gòu)鋼,可分為兩類。一類是在一般焊接條件下淬火傾向較小的,如低碳鋼和含合金元素很少的低合金鋼,稱為“不易淬火鋼”。另一類是含碳量較高或含合金元素較多,在一般焊接條件下淬火傾向較大,稱為“易淬火鋼”。這兩類鋼材的焊接熱影響區(qū)組織也不相同。
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