焊接冶金基本知識

       熔焊的過程就是焊接材料與靠近焊縫的母材被加熱、冷卻和焊縫金屬結(jié)晶并隨后冷卻的過程.其實質(zhì)是將焊接材料與母材熔為一體，在焊接區(qū)發(fā)生與煉鋼相似的冶金過程。但這一過程比一般的冶金過程要復(fù)雜得多。因此，掌握一定的金屬學(xué)和焊接冶金知識，對于了解焊接中的基本規(guī)律，更好地從事焊接工作是必要的。

1.1  金屬學(xué)的一般知識

1.1.1金屬的結(jié)構(gòu) 

       金屬是由原子構(gòu)成的，其內(nèi)部原子是按一定的次序有規(guī)則的排列著。因此，金屬屬于晶體，固態(tài)金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)即晶體結(jié)構(gòu)，可用描述原子排列方式的晶格來表示。由于晶格中的原子在不同方向上的距離和結(jié)合能力不同，所以晶體的性能隨著方向的不同也是不同的。金屬的內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)決定了它的性能，不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的金屬所表現(xiàn)出來的性能就有一定的差異。

       金屬的原子有一定的排列規(guī)則，形成了所謂“空間晶格”。純金屬晶格主要有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格，見圖1~1所示。

圖1-1a是從體心立方晶格中取出來的一個單位立方晶格，它的三個相互垂直的邊長彼此相等，除在立方體的八個角上各有一個原子外，立方體的中心還有一個原子；圖1-1b是從面心立方晶格中取出來的一個單位立方晶格，與體心立方晶格不同的是：立方體的 中心沒有原子，而在立方體的六個面的中心各有一個原子；圖1-1c是從密排六方晶格中取出來的一個單位密排六方晶格，在晶格的12個角上各有一個原子，構(gòu)成六方柱體，上下底面中心各有一個原子，晶格內(nèi)部還有三個原子。

有些金屬的晶體結(jié)構(gòu)會隨著溫度的變化而發(fā)生改變，即由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格，這種晶格類型的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象叫做金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，如純金屬鐵。

                                     圖1-1常見的金屬晶格類型

                  a)體心立方晶格     b)面心立方晶格     c)密排六方晶格

鐵屬于立方晶格，純鐵在室溫至912℃的溫度范圍稱為α鐵(α-Fe),晶格是體心立方晶格；在912℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣描F(-Fe)時，就變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц瘢?/span>

再升溫到1394℃時，轉(zhuǎn)變?yōu)棣蔫F(8-Fe),面心立方晶格又重新轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變都是可逆轉(zhuǎn)變，冷卻過程發(fā)生相反轉(zhuǎn)變。這些轉(zhuǎn)變可表示為：

     體心立方晶格                       面心立方晶格                          體心立方晶格

鐵的晶格的這一變化，是鋼鐵所以能夠通過不同的熱處理獲得不同性能的基礎(chǔ)，也是焊接時熱影響區(qū)中的各個區(qū)段彼此之間與母材比較具有不同的金相組織的依據(jù)之一。

鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變會引起體積的變化。從α-Fe轉(zhuǎn)變到γ-Fe時大約收縮1%,從γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe時體積反而增加，這是由于晶格變化的緣故，體積的少量變化可能引起明顯的內(nèi)應(yīng)力。

在晶格結(jié)點上的原子并不是固定不動的。原子常圍繞某一固定的位置做輕微的振動。隨著溫度的增高，振動的范圍也就增大，因而晶格有了膨脹，這就是金屬熱脹冷縮的原因。當(dāng)溫度升高到熔點后，原子的振動范圍顯著增大，而且全部脫離原有位置，這便意味著金屬己經(jīng)熔化。

鐵的晶格的這一變化，是鋼鐵所以能夠通過不同的熱處理獲得不同性能的基礎(chǔ)，也是焊接時熱影響區(qū)中的各個區(qū)段彼此之間與母材比較具有不同的金相組織的依據(jù)之一。

鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變會引起體積的變化。從α-Fe轉(zhuǎn)變到γ-Fe時大約收縮1%,從γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe時體積反而增加，這是由于晶格變化的緣故，體積的少量變化可能引起明顯的內(nèi)應(yīng)力。

在晶格結(jié)點上的原子并不是固定不動的。原子常圍繞某一固定的位置做輕微的振動。隨著溫度的增高，振動的范圍也就增大，因而晶格有了膨脹，這就是金屬熱脹冷縮的原因。當(dāng)溫度升高到熔點后，原子的振動范圍顯著增大，而且全部脫離原有位置，這便意味著金屬己經(jīng)熔化。