焊接工艺问答之熔焊原理（四）

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　　13 什么是偏析？焊缝中会产生哪几种偏析现象？

　　合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。焊接熔池一次结晶过程中，由于冷却速度快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，造成分布不均，产生偏析。

　　焊缝中的偏析现象有以下三种：

　　⑴显微偏析 熔池一次结晶时，最先结晶的结晶中心金属最纯，后结晶部分含其它合金元素和杂质略高，最后结晶部分，即结晶的外端和前缘所含其它合金元素和杂质最高。在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分分布不均现象称为显微偏析。

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　　⑵区域偏析 熔池一次结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，会把杂质“赶”向熔池中心，使熔池中心的杂质含量比其它部位多，这种现象称为区域偏析。焊缝的断面形状对区域偏析的分布影响很大。窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在其焊缝的中心，因此焊缝中心聚集有较多的杂质，这种焊缝在其中心部位极易产生热裂纹。宽而浅的焊缝，杂质则聚集在焊缝的上部，见图1b，这种焊缝具有较高的抗热裂能力。

　　⑶层状偏析 熔池在一次结晶的过程中，要不断地放出结晶潜热，当结晶潜热达到一定数值时，熔池的结晶就出现暂时的停顿。以后随着熔池的散热，结晶又重新开始，形成周期性的结晶，伴随着出现结晶前沿液体金属中杂质浓度的周期变动，产生周期性的偏析称为层状偏析。层状偏析集中了一些有害元素，因此缺陷往往出现在层状偏析中。由层状偏析所造成的气孔。

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　　14 如何改善焊缝一次结晶组织？什么是变质处理？

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　　通过焊接材料(焊条、焊剂)向熔池中加入某些合金元素如V、Mo、Ti、Nb、A1、B、N等，可以细化晶粒，得到细晶组织，从而既可保证强度和塑性，又能提高抗裂性，这种方法称为变质处理。变质处理对改善焊缝的一次结晶组织十分有效。例如，E5015MoV焊条，就是在原来E5015焊条的基础上，在药皮中再加入少量的钼铁和钒铁，它具有更高的抗裂性能。

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　　15 什么是焊缝金属的二次结晶？

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　　一次结晶结束后，熔池就转变为固体的焊缝。高温的焊缝金属冷却到室温时，要经过一系列的组织相变过程，这种相变过程称为焊缝金属的二次结晶。

　　低碳钢焊缝金属二次结晶结束时，其组织为铁素体加珠光体。由铁碳合金状态图可知，其中铁素体约占82%，珠光体约占18%，焊缝金属的硬度约为83HBS。但铁碳合金状态图是在材料极缓慢的冷却条件下获得的，实际上焊缝金属二次结晶时的冷却速度相当快，因此组织中的珠光体含量会增加，冷却速度越高，珠光体含量也越多，焊缝的硬度和强度也随之增加，例如，当焊缝金属的冷却速度为110℃s时，其硬度可达96HBS，这就是为什么当焊缝金属为低碳钢，冷却时尽管并未出现淬火组织，但其硬度仍会增加的原因。

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　　16 多层多道焊为什么可以提高焊缝金属的塑性？

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　　多层多道焊可以提高焊缝金属的质量，特别是塑性，这是因为后层(道)焊缝对前层(道)焊缝具有热处理的作用，相当于对前层(道)焊缝进行了一次正火处理，因而改善了二次组织。对最后一道焊缝，可在其焊缝上再施焊一条退火焊道。有的工厂，当焊接接头的弯曲试样试验不合格时，采取改变原来的焊接工艺参数的措施，将单层焊缝改成多层焊缝，用小电流进行快速施焊，对提高弯曲试样的试验合格率(塑性指标)有一定效果。

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　　应当指出，多层多道焊对提高手弧焊的质量效果较好。埋弧焊时，由于每层焊道厚度可达6～10mm，但次一层焊缝的热作用只达3～mm，所以热处理效果较差。

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　　17 什么是焊接热循环？焊接热循环的主要参数有哪些？

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　　在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程称为该点的焊接热循环。

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　　当热源向该点靠近时，该点的温度随之升高，直到达到最大值；随着热源的离开，温度又逐渐降低，整个过程可以用一条曲线来表示，

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　　这种曲线称为焊接热循环曲线，见图3。显然，在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的热循环并不相同，距焊缝越近的各点，加热达到的最高温度越高，越远的各点加热的最高温度越低。

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　　焊接热循环的主要参数是加热速度、加热所达到的最高温度、在组织转变温度以上停留的时间和冷却速度。

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　　18 什么是焊接线能量？如何计算？

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　　熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量，称为焊接线能量，用下式表示为

* {& L/ P5 r; Y+ e) j+ e3 o

　　IU

0 `3 A: |0 q- y( j1 e

　　q=───

$ l9 W P. b. I9 x : {6 t" L: j% d1 d; W2 n

　　υ

: M4 Q' S5 i: \7 V) U9 K8 O; u 8 k: N) P3 X, ^* g# ~

　　式中 I——焊接电流(A)；

/ O/ P. W: V9 r* y' Z0 j ?

　　U——电弧电压(V)；

* s/ J& f% G9 G: e# _4 o" v

　　υ——焊接速度(cm/s)；

　　q——线能量(J/cm)。

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　　例如，板厚12mm，进行双面开Ⅰ形坡口埋弧焊，焊丝ф4mm，I=650A，U=38V，υ=0.9cm/s。，则焊接线能量q为

5 N- k" K2 R: v7 a$ t/ {: j$ B: e

　　IU 650×38

~( K& S* q( D9 H

　　q=─── = ────── = 27444 J/cm

　　υ 0.9

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　　线能量综合了焊接电流、电弧电压和焊接速度三大焊接工艺参数对焊接热循环的影响。线能量增大时，热影响区的宽度增大，加热到高温的区域增宽，在高温的停留时间增长，同时冷却速度减慢，

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