焊接冶金学(第二版) [Welding Metallurgy]

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Sindo,Kou 著,闫久春,杨建国,张广军 译
图书标签:
  • 焊接
  • 冶金学
  • 材料科学
  • 金属材料
  • 焊接工艺
  • 热处理
  • 金属连接
  • 失效分析
  • 第二版
  • 工程技术
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出版社: 高等教育出版社
ISBN:9787040301274
版次:1
商品编码:12220966
包装:平装
丛书名: 材料科学经典著作选译
外文名称:Welding Metallurgy
开本:16开
出版时间:2012-01-01
用纸:胶版纸
页数:451
字数:550000
正文语种:中文

具体描述

内容简介

  《焊接冶金学(第二版)》在美国焊接界具有重要影响,是焊接专业必选的主要教材之一。它从冶金学的角度系统地介绍了金属材料在焊接热过程中的物理扩散、化学反应以及形成的晶体结构特征、缺陷特征。在描述熔化焊接工艺过程原理、热传导特点和焊接应力、变形规律的基础上,重点介绍了金属焊接冶金过程中的凝固过程、相变过程和部分熔化区的形成及问题,以及典型强化合金的焊接热影响区的微观组织及性能。
  《焊接冶金学(第二版)》可作为材料加工工程学科硕士研究生的专业课教材,还可作为焊接与技术工程、材料成形及控制工程本科生专业课的参考教材,也可供从事焊接技术的研究人员和工程技术人员参考。

作者简介

  Sindo Kou,美国威斯康星大学材料科学与工程系教授、系主任,在麻省理工学院获得冶金学博士学位,是美国焊接学会(AWS)和美国金属学会(ASM)会员。他还著有《迁移现象与材料成型》一书(由Wiley出版社出版)。

内页插图

目录

第一篇 绪论
第1章 熔化焊接工艺方法
1.1 概述
1.1.1 熔化焊接工艺方法
1.1.2 焊接热源的能量密度
1.1.3 焊接方法和材料
1.1.4 焊缝接头和焊接位置的种类
1.2 氧乙炔焊
1.2.1 焊接过程
1.2.2 三种类型火焰
1.2.3 氧乙炔焊的优缺点
1.3 焊条电弧焊
1.3.1 焊接过程
1.3.2 药皮的作用
1.3.3 优缺点
1.4 钨极气体保护焊
1.4.1 焊接过程
1.4.2 极性
1.4.3 钨极
1.4.4 保护气体
1.4.5 优缺点
1.5 等离子弧焊
1.5.1 焊接过程
1.5.2 引弧
1.5.3 穿孔
1.5.4 优缺点
1.6 熔化极气体保护焊
1.6.1 焊接过程
1.6.2 保护气体
1.6.3 熔滴过渡模式
1.6.4 优缺点
1.7 药芯焊丝电弧焊
1.8 埋弧焊
1.8.1 焊接过程
1.8.2 优缺点
1.9 电渣焊
1.9.1 焊接过程
1.9.2 优缺点
1.10 电子束焊接
1.10.1 焊接过程
1.10.2 优缺点
1.11 激光束焊接
1.11.1 焊接过程
1.11.2 反射率
1.11.3 保护气体
1.11.4 激光一电弧复合焊接
1.11.5 优缺点
参考文献
拓展阅读文献
思考题
第2章 焊接过程中的热传导
2.1 热源
2.1.1 热源效率
2.1.2 熔化效率
2.1.3 热源的功率密度分布
2.2 焊接过程中热传导分析
2.2.1 Rosenthal方程
2.2.2 Adams方程
2.2.3 计算机模拟
2.3 焊接参数的影响
2.3.1 熔池形状
2.3.2 冷却速度和温度梯度
……
第3章 焊接中的化学反应
第4章 焊接中的流体流动和金属蒸发
第5章 残余应力、变形与疲劳

第二篇 熔化区
第三篇 部分熔化区
第四篇 热影响区
索引

前言/序言

  获悉我的《焊接冶金学》第二版的中文版的翻译工作即将完成,我感到非常的高兴和荣幸。我感谢作为中国焊接教育发源地的哈尔滨工业大学为此所做出的所有努力,感谢哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室前主任、久负盛名的中国焊接教育与研究的创始人之一吴林教授推荐并安排本书的翻译和出版。我也同样地感谢哈尔滨工业大学焊接科学与工程系的闫久春教授等同意并完成了本书的翻译工作。
  我相信中文版的《焊接冶金学》在中国会有真正的需求。在此,我再次对吴林教授敏锐的眼光表示感谢。在焊接冶金学方面中国已经出版了一些采用常规方法解决某些材料的焊接性问题的书籍。但是,目前焊接冶金学已经发展为一个高度交叉的学科,需要对诸如焊接过程中的材料相变以及影响相变的传热、流动及传质等基本规律有深刻的认识。另外,为了纪念那些为焊接冶金学发展做出过有价值贡献的学者以及为读者提供进一步的学习资料,本书引用了数百篇的原始文献。我相信,目前还没有与本书类似的中文版的焊接冶金学书籍出版。
  我希望本书能够帮助从事焊接学习和研究的中国学生和工程师理解焊接冶金学的基本原理。另外,随着新材料及相应焊接技术的不断发展,本书的基本理论也可作为理解新材料的焊接行为以及相应的焊接接头可靠性的基础。
《焊接冶金学(第二版)》 《焊接冶金学(第二版)》深入剖析了焊接过程中金属材料的组织转变、相变规律及其对焊接接头性能的影响。本书旨在为读者提供一个系统、全面的焊接冶金知识体系,帮助理解焊接工艺与材料性能之间的内在联系,并掌握优化焊接质量的关键技术。 核心内容概述: 焊接冶金基础: 本章将回顾金属材料的基本冶金学原理,包括晶体结构、固态相变、合金化以及相图的解读。重点阐述这些基础知识在理解焊接过程中金属行为方面的重要性。读者将了解不同金属及其合金的特性,以及它们如何影响焊接行为。 焊接过程中的相变: 详细探讨焊接热循环对母材和熔池金属造成的微观组织变化。分析冷却速率、加热影响区(HAZ)的温度梯度以及保温时间如何引发奥氏体转变、珠光体形成、马氏体转变、贝氏体转变等一系列复杂的相变过程。书中会深入讲解不同钢种(如碳钢、低合金钢、不锈钢、铝合金等)在焊接过程中的典型相变路径。 焊接缺陷的冶金学根源: 针对焊接过程中常见的缺陷,如裂纹(热裂纹、冷裂纹、再热裂纹)、气孔、夹渣、未焊透、咬边等,从冶金学角度进行深入分析。揭示这些缺陷形成的微观机制,包括杂质元素的影响、应力集中、扩散过程以及材料的敏感性等,并探讨如何通过控制焊接冶金过程来预防和消除这些缺陷。 焊缝金属的组织与性能: 关注焊缝金属的凝固过程、显微组织以及由此决定的宏观性能。分析不同焊接方法(如电弧焊、气焊、固相焊等)和填充材料(焊条、焊丝)对焊缝金属组织形态(如柱状晶、等轴晶)和晶粒尺寸的影响。讨论焊缝金属的强度、韧性、疲劳性能、耐腐蚀性等与组织结构的关系。 加热影响区(HAZ)的冶金学: 聚焦于焊接过程中母材受热影响区域的微观组织演变。分析不同温度梯度和保温时间下,HAZ内产生的各种组织(如粗晶区、细晶区、回复区、过热区)及其对力学性能的影响。重点讲解如何通过预热、层间温度控制等手段来优化HAZ的冶金状况,避免形成脆性相。 特殊材料的焊接冶金: 针对不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金以及镍基合金等特殊材料的焊接,展开详细论述。分析这些材料在焊接过程中的特有相变行为、敏感性以及可能出现的冶金问题,并介绍相应的焊接冶金控制策略。 焊接冶金参数的优化: 结合焊接工艺(如电流、电压、焊接速度、气体保护等)与材料特性,阐述如何通过调整焊接参数来控制熔池温度、冷却速率和热输入,从而优化焊缝和HAZ的微观组织,最终获得高性能的焊接接头。 先进焊接技术的冶金学: 探讨激光焊接、电子束焊接、摩擦搅拌焊接等先进焊接技术所带来的独特冶金现象和挑战。分析这些高能量密度焊接工艺的快速加热冷却特性如何影响材料相变和组织形成。 本书通过丰富的图表、实例和实验数据,将抽象的冶金学理论与实际的焊接工程应用紧密结合。它不仅是金属材料、焊接工程、机械制造等专业领域研究人员和工程师的重要参考书,也为相关专业学生提供了扎实的理论基础和实践指导。通过深入学习本书内容,读者将能够更有效地理解和控制焊接过程,提升焊接质量,解决实际生产中的技术难题。

用户评价

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《焊接冶金学(第二版)》在阐述焊接缺陷的冶金根源方面,无疑是我的“救星”。书中对各种常见焊接缺陷,如气孔、裂纹(冷裂纹、热裂纹)、未焊透、夹渣、咬边等的形成机理进行了详尽的分析,并且都从冶金学角度给出了令人信服的解释。我尤其对关于裂纹的章节记忆犹新。书中详细分析了热裂纹的形成,比如在奥氏体不锈钢焊接中,由于固相中溶解度急剧下降,导致低熔点共晶相在晶界析出,在高应力下形成裂纹。而对于冷裂纹,书中则深入探讨了氢在钢中的扩散行为,以及氢与碳化物、晶界等相互作用,导致低温脆性的发生。作者不仅仅是描述缺陷的存在,更重要的是给出了如何通过调整焊材成分、优化焊接工艺参数(如提高预热温度、控制层间温度、选择合适的焊丝成分)、甚至进行焊后热处理来预防和消除这些缺陷的冶金学依据。这种从根源上解决问题的思路,让我受益匪浅,也让我明白了为什么有时候单纯改变焊接操作手法并不能完全解决问题,而必须从材料本身和工艺的冶金控制上下功夫。

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这本书对于我理解焊接应力与变形的产生机制,以及如何通过冶金手段进行控制,提供了非常深刻的洞见。我过去一直认为焊接应力主要是热应力和组织应力的综合作用,但这本书进一步将这些应力的根源追溯到了材料在焊接过程中的相变、体积变化以及冷却过程中不同区域的收缩不均。它详细解释了马氏体转变时体积的膨胀,以及焊缝和 HAZ 区域在冷却过程中收缩速率的差异如何导致残余应力的产生。书中甚至还探讨了材料本身的晶体结构和晶格常数变化如何影响应力的累积。我印象深刻的是,作者在讲解如何通过调整焊缝金属的成分来改变其相组成,从而影响其体积变化和应力状态,例如通过加入某些合金元素来抑制马氏体转变,或者增加奥氏体相的稳定性,从而减小应力。书中还提到了利用焊接顺序和焊道布置来合理地引导应力分布,减少局部应力集中。这种从冶金机理出发,解释焊接应力与变形的产生和控制,是我之前从未接触过的。它让我意识到,焊接不仅仅是材料的连接,更是一个复杂的力学与热力学耦合过程,而冶金学在这其中扮演着至关重要的角色。

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这套《焊接冶金学(第二版)》真是让我大开眼界!一直以来,我总觉得焊接更多的是一种操作技能,但这本书让我看到了它背后深奥的科学原理。我尤其欣赏它在解释焊接过程中金属相变的章节。作者用非常直观的方式,将复杂的相图和热力学概念一一剖析,仿佛在我脑海中构建了一个微观世界的模型,让我能清晰地看到原子是如何在高温下重新排列,又是如何在新形成的焊缝中凝固成特定的组织结构的。比如,关于奥氏体向珠光体、贝氏体和马氏体转变的过程,书中不仅仅是列出相图,更是通过对比不同冷却速度下形成的微观组织形态,以及这些组织对焊缝性能的影响,比如强度、韧性、硬度的差异,给了我非常直观的感受。让我印象深刻的是,作者在讲解碳钢焊接时,深入分析了碳含量、合金元素对焊缝金属微观组织的影响,以及如何通过控制焊接工艺参数,比如预热温度、焊速、焊后热处理等,来优化这些微观结构,从而达到预期的材料性能。对于一些常见的焊接缺陷,如气孔、裂纹、夹渣等,书中也提供了冶金学角度的解释,分析了产生的原因,比如熔池中气体元素的溶解与逸出、固液界面上的杂质析出等等,这比单纯的工艺性解释要深刻得多。我甚至觉得,这本书的内容可以作为理解金属材料科学基础的绝佳入门读物,即便不是专门从事焊接研究的人,也能从中获得宝贵的知识。它成功地将理论知识与实际应用紧密结合,让我对焊接这个看似简单的过程有了全新的认识。

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《焊接冶金学(第二版)》在讲解焊缝金属的凝固行为和晶粒组织形成方面,给予了我极大的启发。书中将凝固过程比喻成一个动态的“生长”过程,详细描述了熔池金属从液态向固态转变过程中,晶核的形成、晶体的生长以及枝晶的发展。我印象深刻的是,书中对不同焊接速度和冷却速率下,焊缝金属晶粒形态的差异进行了详细的阐述。例如,快速冷却下形成的细小等轴晶或柱状晶,以及慢速冷却下形成的粗大柱状晶,它们对焊缝的力学性能有着截然不同的影响。作者还深入探讨了焊缝中常见的几种晶体形貌,如等轴晶、柱状晶、网状相以及它们是如何在凝固过程中形成的。书中甚至提到了利用外加磁场或超声波等手段来细化晶粒,改善焊缝性能的可能性,这让我看到了未来焊接技术发展的方向。对于一些特殊合金,例如铝合金和钛合金,书中也详细分析了它们的凝固特性,比如铝合金容易出现的缩松和裂纹,以及钛合金在焊接过程中易于形成脆性相。这种对焊缝金属微观组织形成过程的细致解析,让我能够更好地理解焊缝性能的来源,并为优化焊缝质量提供了理论指导。

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《焊接冶金学(第二版)》在揭示不同焊接方法对材料微观结构演变的影响方面,提供了独到的视角。书中不仅仅局限于描述宏观的焊接过程,而是深入探讨了不同热输入、冷却速度以及保护气氛对熔池成分、相变动力学以及最终形成的微观组织形态的影响。我印象深刻的是,书中对比了电弧焊和固态焊接(如搅拌摩擦焊)在材料微观结构上的差异。电弧焊过程中,熔池的快速凝固和相变容易形成柱状晶和析出相,而固态焊接则通过塑性变形和动态回复来达到连接,其微观结构与熔化连接有本质的区别。书中还详细分析了惰性气体保护焊(如 TIG 焊)和活性气体保护焊(如 MAG/MIG 焊)对熔池氧化还原反应的影响,以及这些反应如何改变焊缝金属的成分和微观组织。例如,活性气体保护焊中,活性气体(如 CO2)的分解产物可能会与熔池中的金属发生反应,生成氧化物夹杂,影响焊缝性能。这种对不同焊接方法在微观尺度上的深入剖析,让我能够更精准地选择和优化焊接工艺,以获得最佳的材料性能。

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这本书对热影响区(HAZ)的深入解析,彻底颠覆了我过去对 HAZ 的认知。我一直以为 HAZ 只是一个受焊接热影响而发生组织变化的小区域,但这本书让我明白了 HAZ 的复杂性和多样性。作者将 HAZ 细致地划分为不同的区域,并详细阐述了每个区域在焊接热循环作用下所经历的相变、晶粒长大、析出等过程。比如,在碳钢焊接中,靠近熔池的粗晶区,由于长时间处于高温,晶粒会显著长大,导致韧性下降;而稍远一些的细化晶区,则可能经历细小的珠光体或贝氏体转变,性能得到改善。书中甚至还讨论了 HAZ 中可能出现的“过热”现象,以及如何通过控制焊接能量输入和冷却速度来避免。我特别欣赏书中对不同合金元素在 HAZ 中行为的分析,比如某些合金元素可能会促进或抑制晶粒长大,或者在 HAZ 中形成二次析出相,从而影响其性能。这种对 HAZ 内部细微变化的深入挖掘,让我认识到 HAZ 的性能并非均一,而是存在着明显的梯度,并且这种梯度可以通过精细的冶金控制来优化,从而保证整个接头的整体性能。

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这本书对于我理解焊缝金属的宏观性能与微观组织之间的内在联系,有着里程碑式的意义。书中不仅仅是罗列各种性能指标,而是深入剖析了这些性能是如何由焊缝金属的微观组织决定的。例如,为什么某些焊缝强度很高,但韧性很差,书中会从其内部的马氏体、贝氏体含量,或者是否存在大量的脆性夹杂物来解释。同样,为什么有些焊缝具有良好的塑性和韧性,书中会解释这是因为其内部细小的珠光体、铁素体或奥氏体等均匀分布。我尤其欣赏书中对各种冶金因素如何影响焊缝的强度、硬度、韧性、塑性、疲劳性能、蠕变性能以及耐腐蚀性能的系统分析。书中甚至还讨论了焊缝金属的断口形貌与微观组织之间的关系,比如韧性断裂时的韧窝形貌,脆性断裂时的沿晶或穿晶断口。这种将宏观性能与微观组织建立起严密的关联,让我对焊接材料的选择和焊接工艺的设计有了更清晰的逻辑。它让我明白,要获得优异的焊缝性能,就必须从微观组织入手,而微观组织的控制,最终要归结于焊接过程中的冶金控制。

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读完《焊接冶金学(第二版)》后,我最大的感受是它对于不同焊接方法冶金过程的对比分析做得非常出色。书中并没有仅仅停留在某个单一的焊接技术上,而是系统地介绍了埋弧焊、焊条电弧焊、MAG/MIG焊、TIG焊等多种常见焊接方法的特点,以及它们在焊接过程中对熔池金属、热影响区(HAZ)的冶金影响差异。我特别关注了关于高能量密度焊接方法,例如电子束焊和激光焊的章节。作者详细阐述了这些方法如何通过集中的能量输入,实现更快的熔化速度和更窄的热影响区。这对我来说意义重大,因为我曾经在实际工作中遇到过一些因为热输入过大导致的材料变形和性能下降的问题,读到这里,我才明白了其中的冶金根源。书中对不同焊接方法在不同材料体系下的适用性进行了深入探讨,比如在奥氏体不锈钢焊接中,不同焊接方法的冷却速度和热输入对焊缝中铁素体和奥氏体含量的影响,以及这对焊缝抗热裂纹敏感性的作用。我发现,作者在描述这些差异时,不仅仅是简单的罗列,而是会深入分析背后的热传导、质量扩散以及相变动力学等冶金原理。这种多角度、深层次的分析,让我能够更全面地理解为什么在特定的应用场景下,需要选择特定的焊接方法。它不仅解答了我过去的疑惑,更让我对未来的焊接工艺选择有了更科学的指导。

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《焊接冶金学(第二版)》在解释焊缝金属和热影响区(HAZ)组织演变方面,绝对是业界翘楚。书中非常清晰地勾勒出了焊接过程中,材料经历的复杂热循环是如何导致其微观组织发生变化的。我尤其欣赏它在讨论 HAZ 区域时,对不同温度梯度和保温时间所产生的不同微观结构区域的细致区分。例如,在碳钢焊接中, HAZ 区域会根据离熔池的距离,呈现出粗晶区、细化晶区、淬硬区等不同的组织形态,而这些组织形态的形成,与材料的相变动力学密切相关,书中对此进行了非常深入的探讨。作者并没有仅仅停留在描述这些区域的组织特征,而是深入分析了这些组织对材料宏观性能的影响,比如粗晶区可能导致的韧性下降,淬硬区可能导致的脆性增加,以及这些问题可以通过何种焊接工艺手段来规避,比如通过预热、控制层间温度、采取适当的焊后热处理等。书中对于不同材料体系,例如铝合金和钛合金的 HAZ 演变也做了详细的阐述,揭示了它们独特的相变机制和晶粒长大行为。这些详细的分析,让我对焊接过程中的“隐形”损害有了更深的认识,也为我解决实际工程中的焊接质量问题提供了坚实的理论基础。

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这本书给我最直接的启发在于它对焊接过程中合金元素行为的深入剖析。无论是碳钢、不锈钢、铝合金还是钛合金,书中都详细阐述了不同合金元素在焊接过程中的溶解、扩散、氧化、烧损以及对焊缝金属性能的影响。我以前总是笼统地知道加入某些合金元素可以提高钢的强度或耐腐蚀性,但这本书让我明白了这些元素在高温熔池中的具体“命运”。例如,在讲解低合金钢的焊接时,书中详细分析了锰、硅、钼、钒等元素如何与碳结合形成碳化物,从而提高焊缝的强度和硬度,又或者它们如何与硫、磷等有害元素形成稳定的化合物,净化焊缝金属。对于不锈钢的焊接,书中更是重点讨论了铬、镍、钼等元素对焊缝中铁素体和奥氏体比例的调控作用,以及这对焊缝的耐腐蚀性、力学性能和抗热裂纹能力的重要性。我印象深刻的是,书中还提到了稀土元素在焊接中的作用,它们可以细化晶粒,改善夹杂物形态,从而提高焊缝的韧性和延展性。这些详细的冶金学解释,让我对各种合金材料在焊接过程中的细微变化有了前所未有的理解。它不仅仅是理论的堆砌,更是将这些理论知识转化为指导实际焊接操作的宝贵财富。

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经典教材,通熟易懂!

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工作之余,学习学习!还不错!

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