1、第五章 金属熔化焊过程,金属结晶,冶金机械系,.,李梅,焊缝金属从,高温的液体状态,冷却至,常温的固体状态,经历了两次结晶过程：,1.,从,液相,转变为,固相,的一次结晶,2.,在固相焊缝金属中出现,同素异构转变,的二次结晶,焊缝金属的一次结晶,焊缝金属由液态转变为固态的凝固过程,称为,焊缝金属的一次结晶。,一、,焊缝金属的一次结晶,一次结晶过程：,形核,自发形核、非自发形核,长大,晶核的长大,1.,熔池体积小、冷却速度大。,2.,熔池中的金属处于过热状态。,3.,溶池在运动状态下结晶。,一次结晶特殊性,焊接熔池一次结晶的特点和形态,产生淬硬、粒状晶等组织,金属烧损严重,非自发形核少,随
2、热源移动，熔化和凝固同时进行，搅拌作用有利于得到性能好的焊缝,2.,纯金属的结晶形态,正的温度梯度：平面晶，生长缓慢（主要）,负的温度梯度：生长速度快，除主轴外，还有分枝，生成树枝晶（较少）,8,1.,分类,结晶形态的不同，是由于金属的纯度和散热条件,的不同所致。,熔池结晶的形态,平面晶，高纯度的金属,胞状晶,胞状树枝结晶,树枝状结晶,液相的内部形成的树枝晶等轴晶,焊缝 树枝状晶,熔合区 混晶,熔合区 混晶,HAZ,粗晶,HAZ,细晶,4.,实际焊缝凝固金属的组织形态,实际焊缝凝固金属的组织形态不一定具有上述全部结晶形态，一般来说由柱状晶和少量等轴晶构成。,柱状晶,内：平面晶、胞状晶、树枝状晶
3、等轴晶,内：树枝晶,柱状晶,+,少量等轴晶,16,例,1,：焊条电弧焊接凝固组织,Q235,、,14MnMoNbB,钢,17,例,2,：埋弧焊接凝固组织,Q235A,钢,改善措施,工艺措施,冶金措施,提高冷却速度,采用多层焊,振动结晶,加入变质剂,加入能够细化,晶粒的元素,改善一次结晶组织措施,三、焊缝结晶过程中的偏析,1.,偏析的定义,焊缝金属中,化学成分分布不均匀,的现象称为,偏析,2.,偏析的产生时间,主要产生在,一次结晶时,3.,偏析的影响,1,）偏析的化学成分分布不均导致,性能改变。,2,）产生,裂纹、气孔、夹杂物,等焊接缺陷,4.,偏析的分类,1,）,显微偏析,熔池一次结晶时，最
4、先结晶的结晶中心金属最纯，后结晶部分含其它合金元素和杂质略高，最后结晶部分，即结晶的外端和前缘所含其它合金元素和杂质最高。,在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分分布不均匀现象称为,显微偏析,。,4.,偏析的分类,1,）,显微偏析,2,）,区域偏析,熔池一次结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，会把杂质“赶”向熔池中心，使,熔池中心的杂质含量比其它部位多，这种现象称为,区域偏析,。,焊缝的断面形状对区域偏析的分布影响很大。窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在其焊缝的中心，因此焊缝中心聚集有较多的杂质，见图,1a,。这种焊缝在其中心部位极易产生热裂纹。宽而浅的焊缝，杂质则聚集在焊缝的上部，见图,1b,
5、这种焊缝具有较高的抗热裂能力,4.,偏析的分类,1,）,显微偏析,2,）,区域偏析,3,）,层状偏析,熔池在一次结晶的过程中，要不断地放出结晶潜热，当结晶潜热达到一定数值时，熔池的结晶就出现暂时的停顿。以后随着熔池的散热，结晶又重新开始，形成周期性的结晶，,伴随着出现结晶前沿液体金属中杂质浓度的周期变动，产生周期性的偏析称为,层状偏析,。,层状偏析集中了一些有害元素，因此,缺陷往往出现在层状偏析中,。由层状偏析所造成的气孔（,如下图,）。,四、焊缝金属的二次结晶,1.,定义：,一次结晶结束后,熔池就转变为固体的焊缝。,高温的焊缝金属冷却到室温时,要经过一系列的组织相变过程,这种相变过程称为,
6、焊缝金属的二次结晶,。,焊缝金属的,固态相变过程,即为焊缝金属的,二次结晶。,低碳钢,二次组织,改善措施,控制冷却速度,采用多层焊,焊后热处理,2.,低碳钢焊缝二次结晶组织性能,F+P,W,魏氏组织,1,.,夹杂物,：,五、焊缝中的夹杂物,由焊接冶金反应产生的，焊后残留在焊缝,金属中的微观非金属杂 质，称为,夹杂物。,2.,夹杂物种类,硫化物,氧化物,氮化物,硫化亚铁和硫化锰,二氧化硅、氧化锰、氧化钛,焊缝中很少出现（时效时可能出现,Fe4N,析出）。,三、焊缝金属的二次结晶,1.,定义,一次结晶结束后,熔池就转变为固体的焊缝。高温的焊缝金属冷却到室温时,要经过一系列的组织相变过程,这种相变过程,称为,焊缝金属的二次结晶,。,三、焊缝金属的二次结晶,1.,定义,2.,低碳钢焊缝二次结晶组织性能,低碳钢焊缝金属二次结晶结束时,其组织为铁素体加珠光体。低碳钢在材料极缓慢的冷却条件下获得的,实际上焊缝金属二次结晶时的冷却速度相当快,因此组织中的珠光体含量会增加,冷却速度越高,珠光体含量也越多,焊缝的硬度和强度也随之增加,塑性和韧性则随之降低。,谢 谢！,
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
