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发表于 2025-7-23 21:02:05
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熔池的形成、凝固、冷却过程,涉及金属的熔化、液态金属与气相(保护气体、空气)、液态金属与熔渣(焊条/药芯焊丝)、固态金属(母材)之间的复杂物理化学反应(氧化、还原、脱氧、合金元素烧损与过渡、气体溶解与析出、杂质去除、偏析等)。这完全属于冶金物理化学和凝固学的范畴。
理解母材和填充金属的化学成分、晶体结构(铁素体、奥氏体、马氏体等)、相图、热处理行为(相变、硬化、回火)、强化机制等,是理解焊接接头形成、性能及其潜在问题的绝对前提。没有深厚的材料功底,焊接工艺就是无源之水。
焊接接头的主要失效模式(破坏形式)直接源于材料行为:热裂纹(凝固裂纹、液化裂纹)、冷裂纹(氢致裂纹、淬硬裂纹)、再热裂纹、层状撕裂、应力腐蚀开裂、疲劳失效、韧性不足、脆性断裂、腐蚀(电化学、晶间)等。
每一种失效模式都有其特定的冶金学和力学成因,只有深刻理解这些机理,才能有针对性地选择焊接方法、焊接材料(焊条、焊丝、焊剂)、保护气体、预热/层间温度、后热、焊接热输入、焊接顺序等来控制冶金过程和应力应变。
预见潜在问题并制定预防措施(如严格烘干焊材控氢、预热缓冷防冷裂、优化坡口设计减少拘束、选择合适的焊材匹配防止敏化腐蚀等)。
理解了材料和失效机理,才能真正领悟每种焊接工艺(SMAW, GTAW, GMAW, SAW, FCAW, Laser, EBW等)的本质区别:它们如何影响热源特性、热输入、保护效果、熔滴过渡、熔池行为,从而最终影响冶金过程和接头性能。例如,为什么薄板铝合金常用交流TIG?为什么高强钢焊接要严格控制热输入?为什么奥氏体不锈钢要用超低碳或含稳定化元素的焊材?
焊接电源(恒流/恒压特性、波形控制、脉冲参数、响应速度)、送丝系统、保护气配比与流量、自动化/机器人精度等设备特性,都是为了精确、稳定地实现特定焊接工艺目标,而这些目标正是基于对材料行为的深刻理解设定的。设备的动态响应直接影响熔滴过渡稳定性、熔深和成形,最终影响冶金质量。
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