材料焊接原理(于启湛)

第1篇金属材料的电弧熔化焊接原理 第1章焊缝002 1.1填充材料的熔化和熔池的形成002 1.1.1填充材料的加热和熔化002 1.1.2熔池的形成004 1.2材料焊接中的保护008 1.2.1熔渣和气体的联合保护008 1.2.2熔渣保护008 1.2.3气体保护008 1.2.4真空保护009 1.3材料电弧焊焊接中化学反应的条件009 1.3.1焊接中化学反应的分区009 1.3.2焊接工艺对化学反应的影响010 1.4焊接区内的气相和熔渣011 1.4.1焊接区内的气相011 1.4.2焊接熔渣014 1.5气体与金属的相互作用019 1.5.1焊缝中的气体含量及其对焊缝质量的影响019 1.5.2氮与金属的相互作用020 1.5.3氢与金属的相互作用022 1.5.4氧与金属的相互作用032 1.6低碳钢焊接中的氧化还原反应036 1.6.1低碳钢焊接中金属的氧化反应036 1.6.2低碳钢焊接中金属的脱氧反应039 1.7焊缝金属的脱硫、脱磷041 1.7.1硫的来源、危害及防止041 1.7.2磷的来源、危害及防止043 1.8焊缝金属的合金化043 1.8.1焊缝金属合金化的目的和方法043 1.8.2焊缝金属合金化043 1.8.3合金元素的过渡系数及其影响因素044 1.9熔池金属的结晶047 1.9.1焊接熔池结晶的特点047 1.9.2奥氏体不锈钢焊缝金属结晶057 1.9.3焊缝金属的晶界060 1.10焊缝金属的二次转变063 1.10.1低碳低合金钢焊缝金属的二次转变063 1.10.2不锈钢焊缝金属的固相转变069 1.11焊缝金属化学成分的不均匀性071 1.11.1低碳低合金钢焊缝金属的不均匀性071 1.11.2不锈钢焊缝金属结晶时的偏析072 1.12焊缝中的气孔和夹杂072 1.12.1焊缝金属中的气孔072 1.12.2焊缝中的夹杂077 1.13焊接结晶裂纹078 1.13.1焊接裂纹的种类和特征078 1.13.2结晶裂纹产生的机理080 1.13.3焊接热裂纹的断裂类型和断口形貌081 1.13.4影响结晶裂纹的因素082 1.13.5防止产生结晶裂纹的措施086 思考题089 第2章焊接部分熔化区091 2.1焊接部分熔化区的现象与形成091 2.1.1焊接部分熔化区现象091 2.1.2焊接部分熔化区的形成091 2.2焊接部分熔化区的液化091 2.2.1液化机理091 2.2.2液化金属的结晶096 2.3部分熔化区的液化裂纹099 2.3.1部分熔化区的液化裂纹的形态099 2.3.2产生部分熔化区的液化裂纹的机理099 2.3.3部分熔化区的液化裂纹的影响因素100 2.3.4产生液化裂纹的判据101 2.3.5对部分熔化区的液化裂纹的评价101 2.3.6防止液化裂纹的措施102 2.3.7液化裂纹的断口形貌103 2.4冷裂纹103 2.5异种材料焊接的部分熔化区104 2.5.1异种材料焊接的部分熔化区的特点104 2.5.2部分熔化区边界的组织形态105 2.5.3部分熔化区中的马氏体带106 2.5.4熔合区的热应力107 2.6异种钢焊接部分熔化区碳的扩散和剥离裂纹107 2.6.1异种钢焊接部分熔化区的碳扩散107 2.6.2剥离裂纹110 思考题114 第3章焊接热影响区115 3.1焊接热循环115 3.1.1焊接热循环的主要参数115 3.1.2焊接热循环的测定116 3.1.3多层焊接热循环117 3.2焊接热、力模拟技术118 3.2.1焊接热、力模拟技术原理118 3.2.2焊接热、力模拟技术的应用119 3.3焊接热循环条件下铁碳合金发生的组织转变119 3.3.1焊接热循环条件下的组织转变特点119 3.3.2焊接加热的组织转变119 3.3.3焊接加热过程的再结晶121 3.3.4快速加热冷却中的相变121 3.3.5焊接热影响区的晶粒长大与细化121 3.3.6焊接冷却过程组织转变126 3.4低碳低合金钢焊接热影响区的组织性能130 3.4.1焊接热影响区的组织分布130 3.4.2焊接热影响区的力学性能132 3.5高强钢的焊接延迟裂纹135 3.5.1焊接延迟裂纹的一般特征135 3.5.2高强钢焊接延迟裂纹的形态135 3.5.3高强钢产生焊接延迟裂纹的机理135 3.5.4高强钢防治延迟裂纹的措施139 3.5.5延迟裂纹的断口形貌140 3.6再热裂纹141 3.6.1发生再热裂纹的焊接接头141 3.6.2再热裂纹产生的条件141 3.6.3产生再热裂纹的机理143 3.6.4再热裂纹的影响因素145 3.6.5防止再热裂纹的措施146 3.7钢结构焊接接头的层状撕裂146 3.7.1层状撕裂的特征146 3.7.2层状撕裂的形成机理147 3.7.3影响因素和防止措施147 思考题148 第4章钢焊接接头的强韧性149 4.1金属材料的断裂特征及其试验方法149 4.1.1金属材料断裂的类型149 4.1.2金属材料断口形貌150 4.1.3金属材料脆性断裂的特点152 4.1.4影响金属材料脆性的因素153 4.2低碳低合金钢焊缝金属的组织和韧性153 4.2.1金属的韧性和韧化153 4.2.2焊缝金属的连续冷却组织转变图（WM-CCT图）156 4.2.3氧对焊缝金属组织和韧性的影响157 4.2.4焊接热循环对焊缝金属组织和韧性的影响157 4.2.5合金元素对焊缝金属组织和韧性的影响160 4.2.6低碳低合金非调质钢焊缝金属的组织和韧性163 4.3焊接热影响区的组织和韧性168 4.3.1焊接热影响区组织和韧性的影响因素168 4.3.2高强钢的M-A组织及韧性169 思考题172 第2篇材料组合的焊接原理 第5章材料组合焊接概论174 5.1材料组合焊接的特点174 5.1.1元素之间的相互作用174 5.1.2焊接接头界面反应的复杂性175 5.2材料组合之间的焊接性176 5.2.1材料组合焊接之间的润湿性176 5.2.2材料组合之间热物理性能的差异178 5.2.3陶瓷材料与金属的结合界面179 5.3材料组合的焊接方法179 5.3.1材料组合焊接适用的焊接方法179 5.3.2材料组合焊接的一些典型案例179 思考题185 第6章材料表面改性焊接186 6.1材料表面金属化186 6.1.1热喷涂表面金属化186 6.1.2材料表面进行电刷镀金属化187 6.1.3其它表面涂镀金属化法189 6.2烧结粉末金属化法192 6.2.1Mo-Mn法陶瓷烧结粉末金属化法192 6.2.2其它烧结粉末金属化技术195 6.2.3烧结金属化层的缺陷197 思考题197 第7章表面活性化焊接198 7.1活性金属法焊接的机理198 7.2焊接中的活性金属200 7.2.1焊接适用的活性金属的种类200 7.2.2活性金属中间层材料的形态201 7.2.3活性金属化的应用202 7.3活性金属焊接法焊接接合界面的显微结构203 7.3.1被焊材料与金属焊接接合界面的显微结构203 7.3.2反应生成物的成长动力学203 7.4活性金属焊接加工工艺204 思考题205 第8章加中间层的焊接206 8.1材料焊接中中间层的意义206 8.1.1焊接材料之间的适应性206 8.1.2材料焊接中的中间层206 8.2材料焊接中中间层的应用207 8.2.1用活性金属作中间层207 8.2.2用氧化物组成复合盐作为中间层208 8.2.3用复合中间层的扩散焊208 8.3采用中间层方法进行固相扩散焊接质量的影响因素209 8.3.1焊接温度的影响209 8.3.2焊接时间的影响210 8.3.3压力的影响211 8.3.4其它因素的影响212 8.4用超塑性陶瓷作中间层焊接陶瓷213 8.4.1超塑性陶瓷作中间层焊接陶瓷的特性213 8.4.2用超塑性陶瓷作中间层焊接陶瓷的焊接机理213 思考题214 第9章过渡液相扩散焊接215 9.1过渡液相扩散焊接概述215 9.1.1过渡液相扩散焊接的分类215 9.1.2过渡液相扩散焊接215 9.1.3局部过渡液相焊接216 9.2中间层材料217 9.2.1中间层材料的选择217 9.2.2中间层材料的设计218 9.2.3中间层添加的形式219 9.2.4多层复合中间层的应用219 9.2.5中间层对接头性能的影响220 思考题223 附录224 附录1焊接传热学224 附录2焊接材料229 附录3材料组合的焊接方法264 附录4采用金属粉末烧结法进行陶瓷表面金属化的配方和工艺274 附录5金属化法焊接的母材、金属化方法、焊接材料、焊接工艺参数和接头强度283 附录6活性金属法焊接的母材、活性材料、焊接工艺参数和接头强度286 附录7采用中间层焊接的母材、中间层材料、焊接工艺参数和接头强度295 附录8过渡液相焊接的母材、中间层材料、焊接工艺参数和接头强度306 参考文献310