焊接冶金
正文
研究在熔化焊接過程中所發生的“氣體- 熔渣- 金屬”之間的物理、化學變化，熔化金屬的結晶凝固，以及由於焊接熱循環造成的焊接熱影響區內金屬的組織和性能的變化。運用冶金學的知識研究焊接過程，促進了焊接的發展；同時焊接冶金的發展也促使出現了新的冶金工藝──二次重熔。焊接化學冶金 焊接化學冶金反應的特點是溫度高而時間短促；相間反應界面的比表面積大；因此，反應極為激烈。焊接化學冶金過程是分區域（或階段）連續進行的；以手工電弧焊為例，可分為藥皮反應區、熔滴反應區和熔池反應區（圖1）。
焊接冶金完善的脫氧可提高焊縫金屬（如鋼）的綜合機械性能。焊接時的脫氧過程可分為兩類：①先期脫氧，即焊條藥皮或焊劑中的脫氧劑(Mn、Si、Al、Ti等)與高價氧化物和碳酸鹽類在焊接的熔池中早期發生還原反應。②沉澱脫氧，溶於液態金屬（如鋼液）中的脫氧劑直接與金屬液體中的FeO發生脫氧反應；各種鋼焊接時,利用Si、Mn聯合脫氧能取得較好的脫氧效果。沉澱脫氧在脫氧過程中起最後的決定性作用。
焊縫金屬的凝固 焊接熔池的凝固條件不同於一般鑄錠。焊接熔池體積小、溫度高而不均勻，中心溫度近於沸點，而周圍都是未熔化的被焊接金屬（母材），因此溫度梯度大、冷卻速度快。焊縫凝固結晶始於熔池邊緣的最低溫度處，以半熔化的母材金屬晶粒為非自發晶核，開始結晶生長，即所謂“聯生結晶”。另一特點為由於冷卻速度快，所以結晶從半熔化的晶粒表面開始後，沿著與散熱相反的方向，以柱狀晶的形態向熔池中心迅速生長，直到柱狀晶互相接觸為止。同時，由於柱狀晶的生長速度很快，熔池中即使存在著難熔質點，也很難作為晶核長大成等軸晶粒。這樣，焊縫就具有柱狀晶特徵（圖2）。
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焊接冶金焊接熱影響區的範圍和組織變化 加熱峰值溫度低於材料的熔化溫度(Ts)而又高於材料能發生組織變化的臨界溫度(Tcr)的母材區域,即為熱影響區。對大多數非調質鋼常取其Ac1為其Tcr；而對調質鋼，其實際回火溫度即為其Tcr。在焊接熱循環的作用下,熱影響區內實質上在進行著一種特殊形式的熱處理，其結果往往是使焊前的熱處理效果受到破壞，在不同的局部位置會產生種種組織變化，從而引起硬化、軟化以及脆化現象，甚至還會產生焊接裂紋。
一般說來，對調質鋼而言,凡超過Ac1的部位可能產生淬火組織,而溫度介於Ac1和原始溫度之間的部位將進行回火過程。對非調質鋼而言,在超過Ac1的部位由於發生相變,隨溫度不同而使其晶粒粗細差別很大。例如圖5為正火處理的15MnVNb鋼埋弧自動焊時的熱影響區組織變化特徵。
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