Fe-Al堆焊层的组织及性能研究+文献综述(5)
图2-2 接头金相组织分析
(1)焊缝
焊缝区金属的结晶与一般金属结晶一样，从熔池开始结晶，朝着散热相反方向生长，形成柱状晶粒。因焊缝冷却速度较快所得组织较平衡状态为细。又因焊条药皮有掺合金作用，故最后得到的焊缝金属机械性能并不低于焊件金属。
(2)熔合区
熔合区加热温度处于液态线和固态线之间。该区为部分铸态组织和过热的粗晶粒所组成，塑性和冲击韧性很差，是接头中的薄弱区，这一区域虽然很窄，但对焊接接头的性能有较大影响。
(3)热影响区
焊缝两侧的金属随着离焊缝的距离不同，受热温度分布是不均匀的，它们的冷却速度也各不相同，焊接过程使热影响区相当于受到不同程度的热处理，因此会引起组织和性能的变化。其中对焊接接头性能影响较大的是过热区。过热区的金属被加热到l 100℃至固态线的温度范围内，奥氏体晶粒急剧长大，冷却后得到粗大组织，同样使塑性和冲击韧性变差。尤其是钢中含碳量和合金元素含量提高时，淬火倾向增加，危害更大。在焊接过程中，热影响区是不可避免的，它的宽度大小也是衡量焊接质量的一个指标，一般说来，热影响区愈窄，焊接接头中的内应力愈大，容易出现裂缝，热影响区愈宽，则对接头机械性能不利，焊接变形也大。可见热影响区过窄或过宽都是不利的，正确选择热影响区的一般的原则是：在保证不产生裂缝的前提下，尽量减小热影响区的宽度，这样对提高焊接接头的性能是有利的。
2.1.2异种金属的焊接性分析
所谓异种金属的焊接性，就是指不同成分、不同性能的两种或两种以上金属材料对焊接加工的适应性和焊后使用时安全可靠运行的能力 也就是指在一定的焊接工艺条件下， 异种金属材料获得优质焊接接头的难易程度。异种金属的焊接性首先是指接合性能．也就是指异种金属材料在给定的焊接工艺条件下，形成完整焊接接头的能力。在焊接生产中， 常用接合性能评定异种金属焊接接头缺陷的敏感性， 以便提出防止焊接缺陷的措施。其次是指使用性能，也就是指异种金属材料在焊接后，接头在长期使用条件下适应使用要求的程度。在焊接生产中，常用使用性能评定异种金属焊接接头能否满足技术条件的要求，以便提出改进技术条件的方案。异种金属材料的焊接性也是一个相对的概念，如低碳钢与16Mn两种金属在简单的焊接工艺条件下， 就能获得优质的能满足技术条件要求的焊接接头， 则认为这两种金属材料的焊接性优越，如碳钢与铜或铜合金两种金属，必须采用复杂的焊接工艺或特殊的工艺措施才能实现焊接，则认为焊接性较差。分析异种金属材料焊接性的目的在于查明各种金属在给定焊接工艺条件下， 可能产生的问题及其原因， 以便正确地制订焊接工艺和提出改进金属材质的方案。影响异种金属焊接性的主要因素有金属的成分、物理化学性能及组织等。
2.1.3铁铝焊接的主要困难
由于铁和铝的化学成分、物理和化学性能有明显不同，所以焊接时存在许多困难。
(1)铝与钢的熔点相差很大,焊接时低熔点的铝先熔化,此时钢件仍处在固体加热状态,而且两者的密度相差很大,当钢完全熔化后,液态铝浮在钢水上面,冷却结晶后焊缝成分不均匀,使得焊接接头的性能降低。
(2)铝及其合金与钢焊接过程中，在铝母材表面形成难熔的Al2O3(熔点高达2050℃)氧化膜，这种氧化膜也可以存在于熔池表面，熔池温度越高，表面氧化膜越厚，氧化膜的存在阻碍液态金属的结合，容易使焊缝产生夹渣。
（3）铝及其合金与钢的热导率、线膨胀系数相差悬殊,焊后焊接接头变形严重，并且有很大的残余应力存在，易产生裂纹。此外，铁在铝中的固溶度几乎为零（225-600℃时，铁在铝中的固溶极限为0.01%-0.022%），且铁与铝可以产生多种硬而脆的金属间化合物，如FeAl,FeAl2,FeAl3,Fe2Al5,Fe2Al7及Fe4Al13等，这些金属间化合物的存在，增加了焊接接头的脆性，降低了其塑性和韧性。