焊接冶金基本知识

       熔焊的过程就是焊接材料与靠近焊缝的母材被加热、冷却和焊缝金属结晶并随后冷却的过程.其实质是将焊接材料与母材熔为一体，在焊接区发生与炼钢相似的冶金过程。但这一过程比一般的冶金过程要复杂得多。因此，掌握一定的金属学和焊接冶金知识，对于了解焊接中的基本规律，更好地从事焊接工作是必要的。

1.1  金属学的一般知识

1.1.1金属的结构 

       金属是由原子构成的，其内部原子是按一定的次序有规则的排列着。因此，金属属于晶体，固态金属的内部结构即晶体结构，可用描述原子排列方式的晶格来表示。由于晶格中的原子在不同方向上的距离和结合能力不同，所以晶体的性能随着方向的不同也是不同的。金属的内部晶格结构决定了它的性能，不同内部结构的金属所表现出来的性能就有一定的差异。

       金属的原子有一定的排列规则，形成了所谓“空间晶格”。纯金属晶格主要有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格，见图1~1所示。

图1-1a是从体心立方晶格中取出来的一个单位立方晶格，它的三个相互垂直的边长彼此相等，除在立方体的八个角上各有一个原子外，立方体的中心还有一个原子；图1-1b是从面心立方晶格中取出来的一个单位立方晶格，与体心立方晶格不同的是：立方体的 中心没有原子，而在立方体的六个面的中心各有一个原子；图1-1c是从密排六方晶格中取出来的一个单位密排六方晶格，在晶格的12个角上各有一个原子，构成六方柱体，上下底面中心各有一个原子，晶格内部还有三个原子。

有些金属的晶体结构会随着温度的变化而发生改变，即由一种晶格转变为另一种晶格，这种晶格类型的转变现象叫做金属的同素异构转变，如纯金属铁。

                                     图1-1常见的金属晶格类型

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

铁属于立方晶格，纯铁在室温至912℃的温度范围称为α铁(α-Fe),晶格是体心立方晶格；在912℃转变为γ铁(-Fe)时，就变为面心立方晶格：

再升温到1394℃时，转变为δ铁(8-Fe),面心立方晶格又重新转变为体心立方晶格。同素异构转变都是可逆转变，冷却过程发生相反转变。这些转变可表示为：

     体心立方晶格                       面心立方晶格                          体心立方晶格

铁的晶格的这一变化，是钢铁所以能够通过不同的热处理获得不同性能的基础，也是焊接时热影响区中的各个区段彼此之间与母材比较具有不同的金相组织的依据之一。

铁的同素异构转变会引起体积的变化。从α-Fe转变到γ-Fe时大约收缩1%,从γ-Fe转变为δ-Fe时体积反而增加，这是由于晶格变化的缘故，体积的少量变化可能引起明显的内应力。

在晶格结点上的原子并不是固定不动的。原子常围绕某一固定的位置做轻微的振动。随着温度的增高，振动的范围也就增大，因而晶格有了膨胀，这就是金属热胀冷缩的原因。当温度升高到熔点后，原子的振动范围显著增大，而且全部脱离原有位置，这便意味着金属己经熔化。

铁的晶格的这一变化，是钢铁所以能够通过不同的热处理获得不同性能的基础，也是焊接时热影响区中的各个区段彼此之间与母材比较具有不同的金相组织的依据之一。

铁的同素异构转变会引起体积的变化。从α-Fe转变到γ-Fe时大约收缩1%,从γ-Fe转变为δ-Fe时体积反而增加，这是由于晶格变化的缘故，体积的少量变化可能引起明显的内应力。

在晶格结点上的原子并不是固定不动的。原子常围绕某一固定的位置做轻微的振动。随着温度的增高，振动的范围也就增大，因而晶格有了膨胀，这就是金属热胀冷缩的原因。当温度升高到熔点后，原子的振动范围显著增大，而且全部脱离原有位置，这便意味着金属己经熔化。