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第一篇 绪论3

第1章 熔化焊接工艺方法3

1.1 概述3

1.1.1 熔化焊接工艺方法3

1.1.2 焊接热源的能量密度4

1.1.3 焊接方法和材料6

1.1.4 焊缝接头和焊接位置的种类7

1.2 氧乙炔焊8

1.2.1 焊接过程8

1.2.2 三种类型火焰9

1.2.3 氧乙炔焊的优缺点10

1.3 焊条电弧焊10

1.3.1 焊接过程10

1.3.2 药皮的作用11

1.3.3 优缺点12

1.4 钨极气体保护焊12

1.4.1 焊接过程12

1.4.2 极性13

1.4.3 钨极14

1.4.4 保护气体14

1.4.5 优缺点15

1.5 等离子弧焊16

1.5.1 焊接过程16

1.5.2 引弧17

1.5.3 穿孔17

1.5.4 优缺点18

1.6 熔化极气体保护焊18

1.6.1 焊接过程18

1.6.2 保护气体20

1.6.3 熔滴过渡模式20

1.6.4 优缺点21

1.7 药芯焊丝电弧焊21

1.8 埋弧焊22

1.8.1 焊接过程22

1.8.2 优缺点23

1.9 电渣焊23

1.9.1 焊接过程23

1.9.2 优缺点25

1.10 电子束焊接26

1.10.1 焊接过程26

1.10.2 优缺点27

1.11 激光束焊接28

1.11.1 焊接过程28

1.11.2 反射率30

1.11.3 保护气体30

1.11.4 激光-电弧复合焊接31

1.11.5 优缺点31

参考文献32

拓展阅读文献33

思考题33

第2章 焊接过程中的热传导35

2.1 热源35

2.1.1 热源效率35

2.1.2 熔化效率41

2.1.3 热源的功率密度分布43

2.2 焊接过程中热传导分析45

2.2.1 Rosenthal方程45

2.2.2 Adams方程49

2.2.3 计算机模拟49

2.3 焊接参数的影响50

2.3.1 熔池形状50

2.3.2 冷却速度和温度梯度51

2.3.3 功率密度分布53

2.3.4 工件的散热影响54

2.4 焊接热模拟54

2.4.1 设备54

2.4.2 应用55

2.4.3 局限性56

参考文献56

拓展阅读文献59

思考题59

第3章 焊接中的化学反应61

3.1 概述61

3.1.1 氮、氧和氢的影响61

3.1.2 避免空气有害作用的保护措施62

3.2 气体-金属反应64

3.2.1 化学反应的热力学64

3.2.2 氮66

3.2.3 氧68

3.2.4 氢71

3.3 熔渣-金属反应76

3.3.1 热化学反应76

3.3.2 焊剂对焊缝金属成分的影响77

3.3.3 焊剂的类型、碱度指数和焊缝金属性能79

3.3.4 碱度指数80

3.3.5 电化学反应83

参考文献86

拓展阅读文献88

思考题88

第4章 焊接中的流体流动和金属蒸发91

4.1 电弧中的流体流动91

4.1.1 流体流动的驱动力92

4.1.2 钨极端部几何形状的影响92

4.2 熔池中的流体流动97

4.2.1 流体流动的驱动力97

4.2.2 浮力对流98

4.2.3 洛伦兹力驱动的强制对流99

4.2.4 Marangoni对流100

4.2.5 等离子射流驱动的强制对流105

4.2.6 紊流的影响106

4.3 金属蒸发107

4.3.1 合金元素的损失107

4.3.2 金属熔滴的爆破108

4.4 活性剂钨极气体保护焊108

参考文献109

拓展阅读文献112

思考题112

第5章 残余应力、变形与疲劳115

5.1 残余应力115

5.1.1 残余应力的形成过程115

5.1.2 残余应力分析117

5.2 变形120

5.2.1 原因120

5.2.2 预防措施121

5.3 疲劳123

5.3.1 机理123

5.3.2 断口124

5.3.3 S-N曲线125

5.3.4 接头几何形状的影响127

5.3.5 缺口效应的影响127

5.3.6 腐蚀的影响128

5.3.7 防止措施128

5.4 实例129

5.4.1 钢管道组件的失效129

5.4.2 球磨机失效131

参考文献132

拓展阅读文献133

思考题133

第二篇 熔化区137

第6章 凝固过程的基本概念137

6.1 凝固过程中的溶质再分配137

6.1.1 相图137

6.1.2 在固相和液相中的完全扩散139

6.1.3 固相无扩散与液相完全扩散141

6.1.4 固相中无扩散与液相中有限扩散143

6.2 凝固方式和成分过冷146

6.2.1 凝固方式146

6.2.2 成分过冷148

6.3 显微偏析和区域偏析150

6.3.1 显微偏析150

6.3.2 区域偏析152

6.4 冷却速率的影响153

6.5 凝固路径155

参考文献157

拓展阅读文献158

思考题158

第7章 焊接金属凝固Ⅰ：晶粒结构159

7.1 熔化边界的外延生长159

7.1.1 形核理论159

7.1.2 焊接过程中的外延生长161

7.2 熔化边界的非外延生长163

7.3 熔化区的竞争生长164

7.4 焊接参数对晶粒结构的影响165

7.5 焊缝金属形核机制168

7.5.1 枝晶破碎170

7.5.2 晶粒分离170

7.5.3 异质形核171

7.5.4 表面形核174

7.5.5 焊接参数对异质形核的影响174

7.6 晶粒组织的控制176

7.6.1 变质处理176

7.6.2 外能作用178

7.6.3 受激表面形核181

7.6.4 柱状晶的控制182

7.6.5 重力183

参考文献183

拓展阅读文献185

思考题185

第8章 焊缝金属凝固Ⅱ：晶粒的显微组织189

8.1 凝固方式189

8.1.1 温度梯度和生长速率190

8.1.2 焊缝金属生长方式的演变192

8.2 枝晶和胞晶间距195

8.3 焊接参数的影响196

8.3.1 凝固方式196

8.3.2 枝晶和胞晶间距197

8.4 晶粒内部细化的微观结构199

8.4.1 电弧摆动200

8.4.2 电弧脉动203

参考文献203

拓展阅读文献204

思考题204

第9章 焊缝金属的固态相变207

9.1 奥氏体不锈钢焊接中的铁素体向奥氏体的转变207

9.1.1 基本的凝固模式207

9.1.2 铁素体的形成机制212

9.1.3 铁素体含量的预测214

9.1.4 冷却速度的影响217

9.1.5 重新加热时铁素体的分解222

9.2 低碳钢和低合金钢焊缝中奥氏体向铁素体的转变222

9.2.1 微观组织演变222

9.2.2 影响微观组织的因素225

9.2.3 焊缝金属的韧性228

参考文献229

拓展阅读文献231

思考题231

第10章 焊缝金属的化学不均匀性233

10.1 微观偏析233

10.1.1 固相扩散的影响234

10.1.2 枝晶尖端过冷的影响237

10.2 层状偏析239

10.2.1 成分和微观组织的变化239

10.2.2 原因240

10.3 夹杂物和气孔240

10.4 熔化边界附近区域的不均匀性242

10.4.1 成分分布242

10.4.2 非均匀性的影响245

10.5 整体焊缝金属的宏观偏析246

10.5.1 单道焊246

10.5.2 多道焊缝247

参考文献249

拓展阅读文献251

思考题251

第11章 焊缝金属结晶裂纹253

11.1 结晶裂纹的特点、形成原因以及试验评定方法253

11.1.1 晶间裂纹253

11.1.2 裂纹敏感性试验255

11.2 冶金因素258

11.2.1 凝固温度区间258

11.2.2 凝固后期液相的含量及分布261

11.2.3 凝固焊缝金属的延性266

11.2.4 初生相268

11.2.5 晶界液相的表面张力270

11.2.6 焊缝金属结晶形态272

11.3 力学因素273

11.3.1 收缩应力273

11.3.2 拘束度273

11.4 抑制结晶裂纹274

11.4.1 焊缝金属成分的控制274

11.4.2 控制凝固组织280

11.4.3 采用合适的焊接条件282

11.5 具体实例：大型排气扇的失效284

参考文献285

拓展阅读文献288

思考题288

第三篇 部分熔化区293

第12章 部分熔化区的形成293

12.1 液化存在的证据293

12.2 液化机制296

12.2.1 机制1：AxBy与基体反应296

12.2.2 机制2：共晶的熔化298

12.2.3 机制3：残余AxBy与基体反应298

12.2.4 机制4：残余共晶组织的熔化302

12.2.5 机制5：基体的熔化302

12.2.6 机制6：偏析诱导液化303

12.3 液化金属的定向凝固304

12.4 晶界偏析305

12.5 晶界凝固模式306

12.6 铸铁中的部分熔化区307

参考文献309

思考题310

第13章 部分熔化区的相关问题311

13.1 液化裂纹312

13.1.1 裂纹敏感性试验313

13.1.2 液化裂纹机理315

13.2 强度与韧性的下降319

13.3 氢致裂纹320

13.4 防止措施320

13.4.1 焊接材料320

13.4.2 焊接热源322

13.4.3 拘束度323

13.4.4 母材323

参考文献327

思考题328

第四篇 热影响区333

第14章 加工硬化材料333

14.1 背景333

14.1.1 再结晶334

14.1.2 晶粒长大336

14.2 焊接中的再结晶和晶粒长大337

14.2.1 显微组织337

14.2.2 热循环338

14.3 焊接工艺参数和方法的影响340

参考文献341

拓展阅读文献342

思考题342

第15章 沉淀强化材料Ⅰ：铝合金343

15.1 背景345

15.2 Al-Cu-Mg和Al-Mg-Si合金349

15.2.1 人工时效状态下的焊接349

15.2.2 自然时效状态下的焊接352

15.2.3 焊接工艺方法和参数的影响355

15.3 Al-Zn-Mg合金356

15.4 铝合金搅拌摩擦焊359

参考文献360

拓展阅读文献361

思考题361

第16章 沉淀强化材料Ⅱ：Ni基合金365

16.1 背景366

16.2 沉淀回复和强度损失370

16.2.1 微观组织370

16.2.2 硬度分布372

16.3 焊后热处理裂纹374

16.3.1 焊后热处理的原因374

16.3.2 裂纹的扩展374

16.3.3 化学成分的影响376

16.3.4 裂纹形成机理研究结果376

16.3.5 预防措施376

参考文献379

拓展阅读文献381

思考题381

第17章 相变强化材料：碳素钢和合金钢383

17.1 相图和CCT图384

17.2 碳素钢386

17.2.1 低碳钢386

17.2.2 中高碳钢391

17.3 低合金钢394

17.3.1 高强低合金钢394

17.3.2 调质低合金钢395

17.3.3 可热处理低合金钢397

17.4 氢致裂纹399

17.4.1 原因399

17.4.2 形貌401

17.4.3 敏感性测试402

17.4.4 预防措施403

17.5 再热裂纹405

17.5.1 形貌405

17.5.2 成因406

17.5.3 敏感性测试407

17.5.4 预防措施407

17.6 层状撕裂409

17.6.1 成因409

17.6.2 敏感性测试410

17.6.3 预防措施411

17.7 实例研究412

17.7.1 套接管接头失效412

17.7.2 柴油机连杆的失效413

17.7.3 水轮机高压管道失效413

参考文献414

拓展阅读文献416

思考题417

第18章 耐腐蚀材料：不锈钢419

18.1 不锈钢的分类420

18.1.1 铁素体不锈钢421

18.1.2 马氏体不锈钢422

18.1.3 奥氏体不锈钢422

18.2 奥氏体不锈钢423

18.2.1 敏化区腐蚀（晶间腐蚀）423

18.2.2 刀状腐蚀429

18.2.3 应力腐蚀开裂433

18.3 铁素体不锈钢435

18.3.1 相图435

18.3.2 敏化435

18.3.3 马氏体形成和晶粒长大436

18.4 马氏体不锈钢437

18.4.1 相图437

18.4.2 焊道下裂纹438

18.4.3 防治措施438

18.5 实例研究：不锈钢钢管的破坏440

参考文献441

拓展阅读文献442

思考题442

索引443