材料焊接原理

第1篇 金屬材料的電弧熔化焊接原理
第1章 焊縫002
1.1填充材料的熔化和熔池的形成002
1.1.1填充材料的加熱和熔化002
1.1.2熔池的形成004
1.2材料焊接中的保護008
1.2.1熔渣和氣體的聯合保護008
1.2.2熔渣保護008
1.2.3氣體保護008
1.2.4真空保護009
1.3材料電弧焊焊接中化學反應的條件009
1.3.1焊接中化學反應的分區009
1.3.2焊接工藝對化學反應的影響010
1.4焊接區內的氣相和熔渣011
1.4.1焊接區內的氣相011
1.4.2焊接熔渣014
1.5氣體與金屬的相互作用019
1.5.1焊縫中的氣體含量及其對焊縫品質的影響019
1.5.2氮與金屬的相互作用020
1.5.3氫與金屬的相互作用022
1.5.4氧與金屬的相互作用032
1.6低碳鋼焊接中的氧化還原反應036
1.6.1低碳鋼焊接中金屬的氧化反應036
1.6.2低碳鋼焊接中金屬的去氧反應039
1.7焊縫金屬的脫硫、脫磷041
1.7.1硫的來源、危害及防止041
1.7.2磷的來源、危害及防止043
1.8焊縫金屬的合金化043
1.8.1焊縫金屬合金化的目的和方法043
1.8.2焊縫金屬合金化043
1.8.3合金元素的過渡係數及其影響因素044
1.9熔池金屬的結晶047
1.9.1焊接熔池結晶的特點047
1.9.2奧氏體不銹鋼焊縫金屬結晶057
1.9.3焊縫金屬的晶界060
1.10焊縫金屬的二次轉變063
1.10.1低碳低合金鋼焊縫金屬的二次轉變063
1.10.2不銹鋼焊縫金屬的固相轉變069
1.11焊縫金屬化學成分的不均勻性071
1.11.1低碳低合金鋼焊縫金屬的不均勻性071
1.11.2不銹鋼焊縫金屬結晶時的偏析072
1.12焊縫中的氣孔和夾雜072
1.12.1焊縫金屬中的氣孔072
1.12.2焊縫中的夾雜077
1.13焊接結晶裂紋078
1.13.1焊接裂紋的種類和特徵078
1.13.2結晶裂紋產生的機理080
1.13.3焊接熱裂紋的斷裂類型和斷口形貌081
1.13.4影響結晶裂紋的因素082
1.13.5防止產生結晶裂紋的措施086
思考題089
第2章 焊接部分熔化區091
2.1焊接部分熔化區的現象與形成091
2.1.1焊接部分熔化區現象091
2.1.2焊接部分熔化區的形成091
2.2焊接部分熔化區的液化091
2.2.1液化機理091
2.2.2液化金屬的結晶096
2.3部分熔化區的液化裂紋099
2.3.1部分熔化區的液化裂紋的形態099
2.3.2產生部分熔化區的液化裂紋的機理099
2.3.3部分熔化區的液化裂紋的影響因素100
2.3.4產生液化裂紋的判據101
2.3.5對部分熔化區的液化裂紋的評價101
2.3.6防止液化裂紋的措施102
2.3.7液化裂紋的斷口形貌103
2.4冷裂紋103
2.5異種材料焊接的部分熔化區104
2.5.1異種材料焊接的部分熔化區的特點104
2.5.2部分熔化區邊界的組織形態105
2.5.3部分熔化區中的馬氏體帶106
2.5.4熔合區的熱應力107
2.6異種鋼焊接部分熔化區碳的擴散和剝離裂紋107
2.6.1異種鋼焊接部分熔化區的碳擴散107
2.6.2剝離裂紋110
思考題114
第3章 焊接熱影響區115
3.1焊接熱迴圈115
3.1.1焊接熱迴圈的主要參數115
3.1.2焊接熱迴圈的測定116
3.1.3多層焊接熱迴圈117
3.2焊接熱、力模擬技術118
3.2.1焊接熱、力模擬技術原理118
3.2.2焊接熱、力模擬技術的應用119
3.3焊接熱迴圈條件下鐵碳合金發生的組織轉變119
3.3.1焊接熱迴圈條件下的組織轉變特點119
3.3.2焊接加熱的組織轉變119
3.3.3焊接加熱過程的再結晶121
3.3.4快速加熱冷卻中的相變121
3.3.5焊接熱影響區的晶粒長大與細化121
3.3.6焊接冷卻過程組織轉變126
3.4低碳低合金鋼焊接熱影響區的組織性能130
3.4.1焊接熱影響區的組織分佈130
3.4.2焊接熱影響區的力學性能132
3.5高強鋼的焊接延遲裂紋135
3.5.1焊接延遲裂紋的一般特徵135
3.5.2高強鋼焊接延遲裂紋的形態135
3.5.3高強鋼產生焊接延遲裂紋的機理135
3.5.4高強鋼防治延遲裂紋的措施139
3.5.5延遲裂紋的斷口形貌140
3.6再熱裂紋141
3.6.1發生再熱裂紋的焊接接頭141
3.6.2再熱裂紋產生的條件141
3.6.3產生再熱裂紋的機理143
3.6.4再熱裂紋的影響因素145
3.6.5防止再熱裂紋的措施146
3.7鋼結構焊接接頭的層狀撕裂146
3.7.1層狀撕裂的特徵146
3.7.2層狀撕裂的形成機理147
3.7.3影響因素和防止措施147
思考題148
第4章 鋼焊接接頭的強韌性149
4.1金屬材料的斷裂特徵及其試驗方法149
4.1.1金屬材料斷裂的類型149
4.1.2金屬材料斷口形貌150
4.1.3金屬材料脆性斷裂的特點152
4.1.4影響金屬材料脆性的因素153
4.2低碳低合金鋼焊縫金屬的組織和韌性153
4.2.1金屬的韌性和韌化153
4.2.2焊縫金屬的連續冷卻組織轉變圖（WM-CCT圖）156
4.2.3氧對焊縫金屬組織和韌性的影響157
4.2.4焊接熱迴圈對焊縫金屬組織和韌性的影響157
4.2.5合金元素對焊縫金屬組織和韌性的影響160
4.2.6低碳低合金非調質鋼焊縫金屬的組織和韌性163
4.3焊接熱影響區的組織和韌性168
4.3.1焊接熱影響區組織和韌性的影響因素168
4.3.2高強鋼的M-A組織及韌性169
思考題172

第2篇 材料組合的焊接原理
第5章 材料組合焊接概論174
5.1材料組合焊接的特點174
5.1.1元素之間的相互作用174
5.1.2焊接接頭介面反應的複雜性175
5.2材料組合之間的焊接性176
5.2.1材料組合焊接之間的潤濕性176
5.2.2材料組合之間熱物理性能的差異178
5.2.3陶瓷材料與金屬的結合介面179
5.3材料組合的焊接方法179
5.3.1材料組合焊接適用的焊接方法179
5.3.2材料組合焊接的一些典型案例179
思考題185
第6章 材料表面改性焊接186
6.1材料表面金屬化186
6.1.1熱噴塗表面金屬化186
6.1.2材料表面進行電刷鍍金屬化187
6.1.3其它表面塗鍍金屬化法189
6.2燒結粉末金屬化法192
6.2.1Mo-Mn法陶瓷燒結粉末金屬化法192
6.2.2其它燒結粉末金屬化技術195
6.2.3燒結金屬化層的缺陷197
思考題197
第7章 表面活性化焊接198
7.1活性金屬法焊接的機理198
7.2焊接中的活性金屬200
7.2.1焊接適用的活性金屬的種類200
7.2.2活性金屬中間層材料的形態201
7.2.3活性金屬化的應用202
7.3活性金屬焊接法焊接接合介面的顯微結構203
7.3.1被焊材料與金屬焊接接合介面的顯微結構203
7.3.2反應生成物的成長動力學203
7.4活性金屬焊接加工工藝204
思考題205
第8章 加中間層的焊接206
8.1材料焊接中中間層的意義206
8.1.1焊接材料之間的適應性206
8.1.2材料焊接中的中間層206
8.2材料焊接中中間層的應用207
8.2.1用活性金屬作中間層207
8.2.2用氧化物組成複合鹽作為中間層208
8.2.3用複合中間層的擴散焊208
8.3採用中間層方法進行固相擴散焊接品質的影響因素209
8.3.1焊接溫度的影響209
8.3.2焊接時間的影響210
8.3.3壓力的影響211
8.3.4其它因素的影響212
8.4用超塑性陶瓷作中間層焊接陶瓷213
8.4.1超塑性陶瓷作中間層焊接陶瓷的特性213
8.4.2用超塑性陶瓷作中間層焊接陶瓷的焊接機理213
思考題214
第9章 過渡液相擴散焊接215
9.1過渡液相擴散焊接概述215
9.1.1過渡液相擴散焊接的分類215
9.1.2過渡液相擴散焊接215
9.1.3局部過渡液相焊接216
9.2中間層材料217
9.2.1中間層材料的選擇217
9.2.2中間層材料的設計218
9.2.3中間層添加的形式219
9.2.4多層複合中間層的應用219
9.2.5中間層對接頭性能的影響220
思考題223

附錄 224
附錄1 焊接傳熱學224
附錄2 焊接材料229
附錄3 材料組合的焊接方法264
附錄4 採用金屬粉末燒結法進行陶瓷表面金屬化的配方和工藝274
附錄5 金屬化法焊接的母材、金屬化方法、焊接材料、焊接工藝參數和接頭強度283
附錄6 活性金屬法焊接的母材、活性材料、焊接工藝參數和接頭強度286
附錄7 採用中間層焊接的母材、中間層材料、焊接工藝參數和接頭強度295
附錄8 過渡液相焊接的母材、中間層材料、焊接工藝參數和接頭強度306
參考文獻310