4.焊縫中的固態(tài)相變1.ppt

1、6-1 （二）,第八組 組員： 張新淼 楊 巍 張 欠 夭曦龍 制作人：楊巍,12mm低碳鋼V型坡口橫對接打底層焊接,1.焊縫金屬的固態(tài)相變過程； 2.12mm低碳鋼v型坡口打底層常見的缺陷，產(chǎn)生原因及防止措施；,1. 焊縫金屬的固態(tài)相變過程,焊接熔池完全凝固后，隨連續(xù)冷卻過程進(jìn)行，焊縫金屬將發(fā)生組織轉(zhuǎn)變(AF，P，B，M)。 焊縫金屬固態(tài)相變的機(jī)理: 形核、長大。 影響焊縫金屬固態(tài)相變的組織的因素： 焊接材料 不同焊接材料、母材金屬，使焊縫金屬的固態(tài)相變組織發(fā)生變化。 焊接方法和焊接工藝參數(shù) 采用不同焊接方法，因焊縫的凝固和相變是在非平衡連續(xù)冷卻的條件下進(jìn)行的。冷卻條件明顯地影響焊縫的固態(tài)相

2、變。,回顧過冷A等溫轉(zhuǎn)變圖的建立：,什么是過冷奧氏體？,A,AF,FP,F,Fe-C二元相圖,？,轉(zhuǎn)變組織類型：AF+P 低碳鋼焊縫(如E4303焊條焊接Q225鋼的焊縫)，由于碳含量較低，主要采用錳、硅固溶強(qiáng)化。 F通常沿原奧氏體邊界析出，焊縫中鐵素體組織晶粒較粗大，呈柱狀晶，有時甚至具有魏氏組織(W)形態(tài)。 W的特征： (1) F在A晶界呈網(wǎng)狀析出； （2）在A內(nèi)部沿一定的方向析出，形成長短不同的針狀或片條狀 （3）直接插入珠光體晶粒內(nèi)。 影響因素： (1)冷卻速度越大，焊縫P越多，組織細(xì)化、硬度升高； (2)焊縫過熱度越大，促進(jìn)魏氏組織的形成； (3)多層焊或熱處理的焊縫，其組織為細(xì)小的

3、鐵素體和少量的珠光體，并使焊縫的柱狀晶遭到破壞。,一、低碳鋼焊縫的固態(tài)相變組織,低碳鋼焊縫冷卻速度對組織的影響,相同化學(xué)成分焊縫金屬，冷卻速度越大，焊縫金屬中珠光體越多，而且組織細(xì)化，硬度增高。,低碳鋼焊縫的固態(tài)相變組織 低碳鋼焊縫組織：F少量P 過熱時產(chǎn)生W。 改善組織條件：,1)多層焊：使焊縫獲得細(xì)小和少量珠光體，使柱狀晶組織破壞。 2 )焊后熱處理：加熱A3+2030%消失柱狀晶。 3)冷卻速度：冷卻速度，硬度,熱處理對組織和性能的影響 在900以上短時間加熱，可使柱狀組織消失。 低碳鋼單層焊縫受不同溫度的再加熱時，使柱狀晶的細(xì)化程度不同，因而具有不同的沖擊韌性。900附近的再加熱效果最

4、好，超過1100時則發(fā)生晶粒粗化，而在500600加熱時，由于焊縫金屬中的碳、氮元素發(fā)生時效而使沖擊韌度下降。,圖3-42 柱狀晶消失臨界溫度 圖3-43 單層焊縫再加熱時k變化,與低碳鋼焊縫金屬組織比較： (1)合金元素多 除碳、錳、硅固溶強(qiáng)化外，還采取其他合金元素； 強(qiáng)化方式 通過固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀硬化； 出現(xiàn)不同的組織：鐵素體、珠光體、貝氏體、馬氏體相變。 (2)低合金鋼焊縫中某些相變在一定條件下將被抑制（如珠光體）。 (3)低合金鋼焊縫中的F、P，與低碳鋼焊縫中的F、P雖然在組織結(jié)構(gòu)上相同，但形態(tài)上有很大的差別，因此也會反映出不同的性能。,二、低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織,鐵素體

5、珠光體 貝氏體 馬氏體,高溫A,冷卻速度變化,不同溫度區(qū)間,PF（先共析鐵素體） FSP（側(cè)板鐵素體） AF（針狀鐵素體） FGF（細(xì)晶鐵素體）,層狀珠光體 粒狀珠光體（屈氏體） 細(xì)珠光體（索氏體）,上貝氏體(Bu) 下貝氏體(BL) M-A組元,板條M 片狀M,(一)鐵素體轉(zhuǎn)變 低合金鋼焊縫中鐵素體大體分為四類： 1 先共析鐵素體(簡稱PF) 焊縫冷卻到 770680，由A晶界首先析出，稱粒界F (簡稱GBF)。高溫停留時間較長，冷卻的較慢，PF較多。PF呈細(xì)條狀分布在A晶界，有時也呈塊狀。 2 側(cè)板條鐵素體(簡稱FSP) 形成溫度700550，從A晶界PF的側(cè)面以板條狀向晶內(nèi)成長，從形態(tài)上

6、如鎬牙狀。轉(zhuǎn)變溫度偏低，P受到抑制，擴(kuò)大貝氏體的轉(zhuǎn)變領(lǐng)域，故有人把這種組織稱為無碳B。 3 針狀鐵素體(簡稱AF) 形成溫度約500，是在原始A晶內(nèi)以針狀分布，常以某些質(zhì)點(diǎn)(氧化物彌散夾雜)為核心放射性成長。 4 細(xì)晶鐵素體(簡稱FGF) 在A晶粒內(nèi)形成，一般都有細(xì)化晶粒的元素(如Ti、B等)存在，在細(xì)晶之間有P和碳化物(Fe3C)析出。FGF是介于鐵素體與貝氏體之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，故又稱貝氏鐵素體。 FGF轉(zhuǎn)變溫度低于500，如果在更低的溫度轉(zhuǎn)變時(約450)，可轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w(Bu)。,焊縫中F形態(tài),(a) PF的形態(tài)(粒界條狀鐵素體) 600X (b)FSP 400X (c)焊縫中AF 80

7、0X (d) FGF 400X,(二)珠光體轉(zhuǎn)變 1 珠光體形成條件：焊接條件是屬非平衡的介穩(wěn)狀態(tài)，所以低合金鋼焊縫的組織固態(tài)轉(zhuǎn)變很少能得到P，除非在很緩慢的冷卻條件下(預(yù)熱、緩冷和后熱等)，才有少量P組織存在。 焊接條件下，P轉(zhuǎn)變將受到抑制，擴(kuò)大了F和B轉(zhuǎn)變的領(lǐng)域。 當(dāng)焊縫中含有硼、鈦等細(xì)化晶粒的元素，P轉(zhuǎn)變可全部被抑制。,圖3-48 含鈦及硼低合金鋼焊縫金屬的CCT圖 (C=0.09，Ti=0.025, B=6ppm, O=0.034),圖3- 49 焊縫的珠光體(a)鐵素體+珠光體400 b)屈氏體150 c)索氏體150,2 珠光體形態(tài) P是F和滲碳體的層狀混合物，領(lǐng)先相為Fe3C。

8、隨轉(zhuǎn)變溫度的降低，珠光體的層狀結(jié)構(gòu)越來越薄而密。P又分為層狀P、粒狀P（屈氏體），及細(xì)P（索氏體）。,(三)貝氏體轉(zhuǎn)變 貝氏體(B)轉(zhuǎn)變 (550Ms)，碳能擴(kuò)散，合金元素不能擴(kuò)散。 按B形成的溫度及持性，可分為上貝氏體(Bu)和下貝氏體(BL)。 Bu（550450）在光鏡下呈羽毛狀，沿A晶界析出。電鏡下為平行條狀F間分布有滲碳體。 BL(450Ms之間)，光學(xué)顯微鏡下與回火針狀馬氏體相似。電鏡下可以看到許多針狀鐵素體和針狀滲碳體機(jī)械混合，針與針之間呈一定的角度。 BL轉(zhuǎn)變溫度較低，碳擴(kuò)散較困難，鐵素體內(nèi)分布有碳化物顆粒。 M-A組元：塊狀鐵素體形成之后，待轉(zhuǎn)變的富碳A呈島狀分布，塊狀F中，

9、這些高碳A富碳M，和殘余奧氏體。 粒狀貝氏體：奧氏體被過冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的最上部轉(zhuǎn)變而成的大塊狀或條狀鐵素體(其內(nèi)有較高密度的位錯)內(nèi)分布著眾多小島的復(fù)相組織。,M-A組元,M-A組元的形成：在塊狀F形成以后，待轉(zhuǎn)變的富C奧氏體呈島狀分布在塊狀F中，在一定的合金成分及冷卻速度下，富C的A轉(zhuǎn)變?yōu)楦籆的M以及殘余A（Ar）的混合組織，稱為M-A組元(Constitution M-A) 。,上貝氏體,下貝氏體,(四)馬氏體轉(zhuǎn)變 1 板條馬氏體(MD) 是A晶粒內(nèi)形成細(xì)條狀M板條，條與條之間有一定夾角。M板條內(nèi)位錯密度很高-位錯型M-低碳M。低碳M具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性。低碳低合金鋼焊縫中M

10、主要是低碳M。 2 片狀M(MT) 當(dāng)焊縫中含碳量較高(C0.4)，將會出現(xiàn)片狀M。初始形成的M較粗大，往往貫穿整個A晶粒，使以后形成的M片受到阻礙。片狀M內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu)孿晶-孿晶M。其含碳量較高，又稱高碳M。硬度很高，而且很脆。 一般焊接時都盡可能降低焊縫中的碳含量，對于某些中、高碳低合金鋼焊接時，甚至采用A焊條，所以焊縫中一般不會出現(xiàn)MT 。含碳較高焊接熱影響區(qū)，在預(yù)熱溫度不足情況下才會出現(xiàn)MT 。,低合金鋼焊縫的組織形態(tài)分類,三、WMCCT圖的建立與應(yīng)用,在熱處理中，用連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(CCT)估測A轉(zhuǎn)變所得到組織。 可采用相同的方法，建立焊縫金屬的CCT圖(WM-CCT)來估測焊縫金屬的組

11、織。 焊縫金屬的A轉(zhuǎn)變過程以及顯微組織的影響因素: (1)焊接方法 它決定了熔池尺寸形狀，影響冷卻速度。 (2)熔池金屬的成分 它決定于填充材料、母材，焊劑和藥皮，以及化學(xué)冶金反應(yīng)。 (3)焊接工藝參數(shù) 它影響熔池加熱速度，最高溫度，及冷卻速度、并對一次結(jié)晶組織產(chǎn)生影響。 (4)焊接應(yīng)力、應(yīng)變的影響,低合金鋼焊縫連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖(簡稱WM-CCT圖) WM-CCT圖可用于預(yù)測焊縫的組織及調(diào)節(jié)焊縫的性能，因此近年來進(jìn)行了許多研究，建立了低合金鋼焊縫的WM-CCT圖。 WM-CCT圖如圖所示，緩慢冷卻可得到塊狀的PF和FSP，冷卻快時可得到AF、細(xì)晶鐵素體(FGF)和M。,圖3-55 WM-CC

12、T焊縫金屬成分： C=0.11，Si=0.31，Mn=1.44，O=0.071,影響WMCCT圖的因素,1 合金元素 如果焊縫中合金元素增多或含氧量降低時，使WM-CCT圖向右移動。 C、N、Mn、Ni、Cu等阻礙A相變，CCT圖向右移動。 強(qiáng)碳化物形成元素(Mo、Cr、Nb、V、Ti、A1)抑制塊狀及先共析F，使塊狀F和PF轉(zhuǎn)變曲線下移,圖3-56 合金元素和含氧量對WM-CCT的影響,2 A化溫度與停留時間的影響 A所處的溫度越高，時間越長，過冷A穩(wěn)定性就越大。原因） (1)A晶粒長大，減少F析出的成核場所； (2)使易于成為F析出核心的碳化物分解、溶于A中，阻礙F析出。 (3)增大A的均

13、勻化程度，故CCT圖曲線有移。,奧氏體化溫度對 WM-CCT的影響 虛線-900 實(shí)線-1300,4 應(yīng)力應(yīng)變的影響 （了解內(nèi)容） 過冷A轉(zhuǎn)變過程中，如有應(yīng)力、應(yīng)變作用時，不僅會影響擴(kuò)散型P轉(zhuǎn)變，也會影響無擴(kuò)散型M的轉(zhuǎn)變。 擴(kuò)散型相變，在高溫下對A施加應(yīng)力作用，可以增加晶體中的位錯和空位等缺陷，同時使晶格變形，促進(jìn)擴(kuò)散型相變進(jìn)行。 非擴(kuò)散型的M相變，由于它與晶格剪切形變有密切關(guān)系，所以應(yīng)力應(yīng)變將促進(jìn)M轉(zhuǎn)變。,拉伸應(yīng)力對CCT圖影響 1-有應(yīng)力作用 2-無應(yīng)力作用,2.12mm低碳鋼v型坡口打底層常見的缺陷，產(chǎn)生原因及防止措施,1.焊縫尺寸不符合要求 焊波粗，外形高低不平，焊縫加強(qiáng)高度過低或者過

14、高，焊波寬度不一及角焊縫單邊或下陷量過大，其原因是： 焊件坡口角度不當(dāng)或裝配間隙不均勻； 焊接規(guī)范選用不當(dāng)； 運(yùn)條速度不均勻，焊條（或焊把）角度不當(dāng)。 角焊縫的K值不等一般發(fā)生在角平焊，也稱偏下。偏下或焊縫沒有圓滑過渡會引起應(yīng)力集中，容易產(chǎn)生焊接裂紋。焊條角度問題，應(yīng)該考慮鐵水受重力影響問題。許多教授在編寫教材注重理論性而忽略實(shí)用性。焊條角度適當(dāng)上抬，48/42度合適。另外，在K值要求較大時，盡量采用斜圓圈型運(yùn)條方法。 焊縫寬窄不一致：一是運(yùn)條速度不均勻，忽快忽慢所致；二是坡口寬度不均勻，焊接時沒有進(jìn)行調(diào)整。三是在熔池邊緣停留時間不均勻。所以焊接時焊接速度均勻、考慮坡口寬度、熔池邊緣停留時間合

15、適。 焊縫高低不一致：與焊接速度不均勻有關(guān)外，與弧長變化有關(guān)。所以采用均勻的焊接速度、保持一定的弧長，是防止焊縫高低不一致的有效措施。 弧坑：息弧時過快。與焊接電流過大、收弧方法不當(dāng)有關(guān)。平焊縫可以采用多種收弧方法，例如回焊法、畫圈法、反復(fù)息弧法。立對接、立角焊采用反復(fù)息弧法，減小焊接電流法。 焊縫尺寸不符合要求，在凸起時應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋；在焊縫尺寸不足時，降低承載能力；所以在焊接前盡量預(yù)防，在焊接中盡量防止，在焊接以后及時修補(bǔ)，保證焊縫尺寸符合施工圖紙要求。,2）夾渣 在焊縫金屬內(nèi)部或熔合線部位存在的非金屬夾雜物，夾渣對力學(xué)性能有影響，影響程度與夾渣的數(shù)量和形狀有關(guān)，其產(chǎn)生的原因是： 、多

16、層焊時每層焊渣未清除干凈 焊件上留有厚銹； 焊條藥皮的物理性能不當(dāng)； 焊層形狀不良，坡口角度設(shè)計不當(dāng) 焊縫的熔寬與熔深之比過小，咬邊過深； 電流過小，焊速過快，熔渣來不及浮出。 夾渣是非金屬化合物在焊接熔池冷卻沒有及時上浮而被封閉在焊縫內(nèi)，所以與清渣不夠、打底層、填充層的成型太差、焊條角度沒有進(jìn)行調(diào)整而及時對準(zhǔn)坡口兩個死角，焊接速度過快、焊接電流過小、非正規(guī)的運(yùn)條方法，沒有分清鐵水與熔渣，保持熔池的凈化氛圍。平對接采用合適推渣動作，分清鐵水與熔池，焊條角度特別重要。,3）未焊透與未熔合 母材之間或木材與熔敷金屬之間存在局部未熔現(xiàn)象，它一般存在于單面焊的焊縫根部，對應(yīng)力集中很敏感，對強(qiáng)度及疲勞等

17、性能影響較大，其產(chǎn)生的原因是： 坡口設(shè)計不良，角度小，鈍邊大，間隙小； 焊條、焊絲角度不正確； 電流過小，電壓過低，焊速過快，電弧過長，有磁偏吹等； 焊件上有原銹未清除干凈； 埋弧焊時的焊偏。 未焊透一般產(chǎn)生在坡口根部，與埋弧焊偏絲、焊接電流過小、焊接速度快、坡口角度過小、反面清根不徹底。未熔合一般產(chǎn)生在坡口邊緣，與電弧在坡口邊緣停留時間短、清渣不夠、焊接電流過小、焊接速度過快有關(guān)。未焊透在X光底片上呈現(xiàn)一道黑直線，未熔合表現(xiàn)為斷續(xù)的黑直線。 未焊透與未熔合都是不能允許的焊接缺陷，降低結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，特別是在沖擊載荷、動載荷作用下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)斷裂。 4）咬邊與漏邊 電弧將焊縫的母材熔化后，沒有得到

18、焊縫金屬的補(bǔ)充而留下缺口，咬邊削弱了接頭的受力截面，使接頭強(qiáng)度降低，造成應(yīng)力集中，使可能在咬邊處導(dǎo)致破壞，其產(chǎn)生的原因是： 電流過大，電弧過長，運(yùn)條速度不當(dāng)，電弧熱量過高； 埋弧焊的電壓過低，焊速過高； 焊條，焊絲的傾斜角度不正確。 如果焊接電弧在坡口邊緣停留時間過少而沒有及時進(jìn)行鐵水的補(bǔ)充，留下的缺口就是咬邊。所以焊接電弧一定在坡口邊緣多做停留，焊接電流適當(dāng)減少、焊條角度隨焊條擺動而正確調(diào)整，讓焊接電弧軸線始終對準(zhǔn)坡口兩邊的夾角，特別是蓋面層非常重要。 如果焊接電弧沒有到達(dá)坡口邊緣，焊縫容易產(chǎn)生不是咬邊而是漏邊。所以防止漏邊產(chǎn)生最重要的是焊接電弧一定過坡口邊1-2mm，稍作停留，防止咬邊產(chǎn)生

19、。,4）氣孔的種類、產(chǎn)生原因與防止措施 定義：氣孔是焊接熔池凝固時沒有及時析出而殘留在焊縫中形成的空穴。 類型：一般容易產(chǎn)生氫氣孔、氮?dú)饪?、co氣孔。單個氣孔、密集氣孔、鏈狀氣孔、縮孔等類型 氣孔的判別：H氣孔一般產(chǎn)生在焊縫表面，斷面為旋渦狀，表面為喇叭型，CO氣孔沿結(jié)晶方向分布。N氣孔分布焊縫表面，蜂窩狀出現(xiàn)。原因有： 焊條，焊劑烘干不夠 焊接工藝不夠穩(wěn)定，電弧電壓偏高，電弧過長，焊接過快和電流過小 填充金屬和母材表面油、銹等未清除干凈 未采用后退法融化引弧點(diǎn) 預(yù)熱溫度過低 未將引弧和熄弧的位置錯開 焊接區(qū)保護(hù)不良，熔池面積大 交流電源易出現(xiàn)氣孔，直流反接的氣孔傾向最小 防止措施：焊條種類不

20、同，產(chǎn)生氣孔傾向不同，堿性焊條容易產(chǎn)生氣孔，特別是對油、銹、水敏感，焊條要進(jìn)行烘干，保溫2小時，一次領(lǐng)用量不超過4小時，采用保溫桶。焊縫與坡口要求打磨干凈，短弧焊接，引弧與息弧特別注意避免氣孔產(chǎn)生。 焊接方法不同注意氣孔產(chǎn)生類型不同。CO2焊經(jīng)常產(chǎn)生的N CO H 氣孔，但是最容易產(chǎn)生的是N氣孔。氣焊容易產(chǎn)生CO氣孔。與氣體流量、氣體純度、電弧電壓、焊接速度等有關(guān)。埋弧焊容易產(chǎn)生氣孔與焊接速度有關(guān)。 縮孔是息弧時產(chǎn)生的一種特殊氣孔，與收弧速度過快熔池失去保護(hù)形成。特別是海上平臺焊接用焊條容易產(chǎn)生。采用清理坡口與焊縫、焊接電流合適、短弧、采用反復(fù)息弧法，而且采用較快的頻率才能防止。,5）裂紋 （一）.熱裂紋產(chǎn)生的主要原因是： 成分的影響，焊接純奧氏體鋼，某些高鎳合金鋼和有色金屬時易出現(xiàn) 焊縫中含有較多的硫等有害雜質(zhì)元素 焊接條件與接頭形狀選擇不