第三章熔池凝固和焊縫固態(tài)相變

1、第三章第三章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變1主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 熔池凝固熔池凝固第二節(jié)第二節(jié) 焊縫金屬的一次結(jié)晶組織焊縫金屬的一次結(jié)晶組織第三節(jié)第三節(jié) 焊縫固態(tài)相變焊縫固態(tài)相變第四節(jié)第四節(jié) 焊縫中的氣孔和夾雜焊縫中的氣孔和夾雜2熔池凝固過程的研究目的：熔池凝固過程的研究目的：熔池凝固過程對(duì)焊縫金屬的熔池凝固過程對(duì)焊縫金屬的組織、性能組織、性能具有重要影響。具有重要影響。焊接工程中，由于熔池焊接工程中，由于熔池 中的中的冶金條件和冷卻條件冶金條件和冷卻條件不同，可得到性能不同，可得到性能差異很大的差異很大的組織組織。同時(shí)有許多同時(shí)有許多缺陷缺陷是在熔池凝固的過程中產(chǎn)生的

2、，如氣孔、夾雜、偏析是在熔池凝固的過程中產(chǎn)生的，如氣孔、夾雜、偏析和結(jié)晶裂紋等。和結(jié)晶裂紋等。另一方面，焊接過程是處于另一方面，焊接過程是處于非平衡的熱力學(xué)條件非平衡的熱力學(xué)條件，因此熔池金屬在凝，因此熔池金屬在凝固過程中會(huì)產(chǎn)生許多固過程中會(huì)產(chǎn)生許多晶體缺陷晶體缺陷，如點(diǎn)缺陷（空位和間隙原子）、線缺，如點(diǎn)缺陷（空位和間隙原子）、線缺陷（位錯(cuò)）和面缺陷（界面）。這些缺陷的發(fā)展嚴(yán)重影響焊縫的金屬陷（位錯(cuò)）和面缺陷（界面）。這些缺陷的發(fā)展嚴(yán)重影響焊縫的金屬的性能。的性能。3熔焊時(shí)，在高溫?zé)嵩吹淖饔孟拢覆膶l(fā)熔焊時(shí)，在高溫?zé)嵩吹淖饔孟拢覆膶l(fā)生局部熔化，并與熔化了焊絲金屬攪拌混生局部熔化，并與熔化

3、了焊絲金屬攪拌混合而形成合而形成焊接熔池焊接熔池（Weld Pool）。）。與此同時(shí)，進(jìn)行了短暫而復(fù)雜的與此同時(shí)，進(jìn)行了短暫而復(fù)雜的冶金反應(yīng)冶金反應(yīng)。當(dāng)焊接熱源離開以后，熔池金屬便開始當(dāng)焊接熱源離開以后，熔池金屬便開始凝凝固固（結(jié)晶），如圖（結(jié)晶），如圖3-1。第一節(jié)第一節(jié) 熔池凝固熔池凝固一、熔池的凝固條件和特點(diǎn)一、熔池的凝固條件和特點(diǎn)結(jié)晶過程：晶核生成、晶核長(zhǎng)大結(jié)晶過程：晶核生成、晶核長(zhǎng)大1.熔池的體積小、冷卻速度大熔池的體積小、冷卻速度大 含碳高、合金元素較多的鋼種，容易產(chǎn)生含碳高、合金元素較多的鋼種，容易產(chǎn)生淬硬組織淬硬組織，甚至焊道上，甚至焊道上產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生裂紋 熔池中心和邊緣有較大

4、的溫度梯度，致使焊縫中柱狀晶得到很大熔池中心和邊緣有較大的溫度梯度，致使焊縫中柱狀晶得到很大發(fā)展，一般情況下沒有等軸晶，只有在焊縫斷面的上部有少量的發(fā)展，一般情況下沒有等軸晶，只有在焊縫斷面的上部有少量的等軸晶（電渣焊除外）。等軸晶（電渣焊除外）。2.熔池中的液態(tài)金屬處于過熱狀態(tài)熔池中的液態(tài)金屬處于過熱狀態(tài) 合金元素的燒損比較嚴(yán)重，使熔池中非自發(fā)形核的質(zhì)點(diǎn)大為減少合金元素的燒損比較嚴(yán)重，使熔池中非自發(fā)形核的質(zhì)點(diǎn)大為減少（柱狀晶的形成原因之一）。（柱狀晶的形成原因之一）。3.熔池是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶（如圖熔池是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶（如圖3-2） 熔池以等速隨熱源移動(dòng)，熔化和凝固同時(shí)進(jìn)行。氣體吹力，焊條

5、熔池以等速隨熱源移動(dòng)，熔化和凝固同時(shí)進(jìn)行。氣體吹力，焊條擺動(dòng)、內(nèi)部氣體逸出等產(chǎn)生攪拌作用，利于排除氣體和夾雜，有擺動(dòng)、內(nèi)部氣體逸出等產(chǎn)生攪拌作用，利于排除氣體和夾雜，有利于得到致密而性能好的焊縫。利于得到致密而性能好的焊縫。4二、熔池結(jié)晶的一般規(guī)律二、熔池結(jié)晶的一般規(guī)律1.熔池中晶核的形成熔池中晶核的形成自發(fā)形核自發(fā)形核所需能量：所需能量：其中：其中：新相新相-液相的界面張力液相的界面張力 Fv單位體積內(nèi)固液兩相自由能之差單位體積內(nèi)固液兩相自由能之差非自發(fā)形核所需能量：非自發(fā)形核所需能量： =0 Ek =0 液相中有大量的懸浮質(zhì)點(diǎn)和現(xiàn)成表面。液相中有大量的懸浮質(zhì)點(diǎn)和現(xiàn)成表面。 =180Ek =

6、Ek全自發(fā)形核，不存在非自發(fā)晶核的現(xiàn)成表面。全自發(fā)形核，不存在非自發(fā)晶核的現(xiàn)成表面。 = 0 180時(shí)，時(shí)，Ek / Ek=01，說明在液相中有現(xiàn)成表面存在時(shí)，將會(huì)，說明在液相中有現(xiàn)成表面存在時(shí)，將會(huì)降低形成臨界晶核所需的能量。降低形成臨界晶核所需的能量。23316vkFE)4cos3cos32(3kkEE5二、熔池結(jié)晶的一般規(guī)律二、熔池結(jié)晶的一般規(guī)律角的大小決定于新相晶核與現(xiàn)成表面之間的表面張力。如果新核與角的大小決定于新相晶核與現(xiàn)成表面之間的表面張力。如果新核與液相中的原有表面固體粒子的晶體結(jié)構(gòu)越相似（即點(diǎn)陣類型與晶格常液相中的原有表面固體粒子的晶體結(jié)構(gòu)越相似（即點(diǎn)陣類型與晶格常數(shù)相似），

7、則二者之間的表面張力越小，數(shù)相似），則二者之間的表面張力越小， 角也越小，那么自發(fā)非自角也越小，那么自發(fā)非自發(fā)晶核的能量也越小。發(fā)晶核的能量也越小。 因此，對(duì)于焊接熔池來講，非自發(fā)晶核起了主要作用。因此，對(duì)于焊接熔池來講，非自發(fā)晶核起了主要作用。6熔池中的現(xiàn)成表面熔池中的現(xiàn)成表面 合金元素或雜質(zhì)的合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點(diǎn)懸浮質(zhì)點(diǎn)（在一般情況下所起作用不大）（在一般情況下所起作用不大） 熔合區(qū)附近加熱到熔合區(qū)附近加熱到半熔化半熔化狀態(tài)的基體金屬晶粒表面，非自發(fā)晶核狀態(tài)的基體金屬晶粒表面，非自發(fā)晶核就依附在這個(gè)表面上，并以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心成長(zhǎng)，形成就依附在這個(gè)表面上，并以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中

8、心成長(zhǎng)，形成所謂所謂交互結(jié)晶交互結(jié)晶（或稱（或稱聯(lián)生結(jié)晶聯(lián)生結(jié)晶），如圖），如圖3-4、3-5所示。所示。 焊接時(shí)，為改善焊縫金屬的性能，通過焊接材料加入一定量的合焊接時(shí)，為改善焊縫金屬的性能，通過焊接材料加入一定量的合金元素（如金元素（如鉬、釩、鈦、鈮鉬、釩、鈦、鈮等），可以作為熔池等），可以作為熔池中非自發(fā)形核的中非自發(fā)形核的質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)，從而使焊縫金屬，從而使焊縫金屬晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化。72.熔池中的晶核長(zhǎng)大熔池中的晶核長(zhǎng)大 熔池中晶核形成之后，就以這些新生的晶核為核心，不斷熔池中晶核形成之后，就以這些新生的晶核為核心，不斷向焊縫中心成長(zhǎng)。但是，長(zhǎng)大的趨勢(shì)各不相同，有的柱狀向焊縫中心成長(zhǎng)。但是

9、，長(zhǎng)大的趨勢(shì)各不相同，有的柱狀晶體嚴(yán)重長(zhǎng)大，一直可以成長(zhǎng)到焊縫中心，有的晶體卻只晶體嚴(yán)重長(zhǎng)大，一直可以成長(zhǎng)到焊縫中心，有的晶體卻只成長(zhǎng)到半途而停止。成長(zhǎng)到半途而停止。 晶粒由為數(shù)眾多的晶粒由為數(shù)眾多的晶胞晶胞組成，在一個(gè)晶粒內(nèi)部這些晶胞具組成，在一個(gè)晶粒內(nèi)部這些晶胞具有相同的方位，稱為有相同的方位，稱為“位向位向”。不同的晶粒具有不同的位。不同的晶粒具有不同的位向，稱為向，稱為各向異性各向異性。因此，在某一個(gè)方向上的晶粒就最易。因此，在某一個(gè)方向上的晶粒就最易長(zhǎng)大。此外，長(zhǎng)大。此外，散熱的方向散熱的方向?qū)Я５拈L(zhǎng)大也有很大的影響。對(duì)晶粒的長(zhǎng)大也有很大的影響。8 當(dāng)晶體的最易長(zhǎng)大方向與最大溫度梯

10、度方向（最快散熱方當(dāng)晶體的最易長(zhǎng)大方向與最大溫度梯度方向（最快散熱方向）相一致時(shí)，可優(yōu)先成長(zhǎng)，可一直長(zhǎng)至熔池的中心，形向）相一致時(shí)，可優(yōu)先成長(zhǎng)，可一直長(zhǎng)至熔池的中心，形成粗大的柱狀晶體。成粗大的柱狀晶體。 有的晶體由于取向不利于成長(zhǎng)，與散熱最快的方向又不一有的晶體由于取向不利于成長(zhǎng)，與散熱最快的方向又不一致，這時(shí)晶粒的成長(zhǎng)就停止下來。致，這時(shí)晶粒的成長(zhǎng)就停止下來。 以上稱之為焊縫中柱狀晶體的選擇長(zhǎng)大，如圖以上稱之為焊縫中柱狀晶體的選擇長(zhǎng)大，如圖3-6。9三、熔池結(jié)晶的線速度三、熔池結(jié)晶的線速度熔池的熔池的結(jié)晶方向和結(jié)晶速度結(jié)晶方向和結(jié)晶速度對(duì)焊對(duì)焊接質(zhì)量有很大的影響，特別是對(duì)接質(zhì)量有很大的影響

11、，特別是對(duì)裂紋、夾雜、氣孔裂紋、夾雜、氣孔等缺陷的形成等缺陷的形成影響更大。影響更大。焊接熔池的外形為橢球狀的曲面焊接熔池的外形為橢球狀的曲面，即結(jié)晶的等溫面，熔池的散熱，即結(jié)晶的等溫面，熔池的散熱方向是垂直于結(jié)晶等溫面的，因方向是垂直于結(jié)晶等溫面的，因此，晶粒的成長(zhǎng)方向也是垂直于此，晶粒的成長(zhǎng)方向也是垂直于結(jié)晶等溫面的。結(jié)晶等溫面的。由于結(jié)晶等溫面是曲面，因此晶由于結(jié)晶等溫面是曲面，因此晶粒成長(zhǎng)的主軸必然是彎曲的。粒成長(zhǎng)的主軸必然是彎曲的。如圖如圖3-7所示，晶粒主軸的成長(zhǎng)方所示，晶粒主軸的成長(zhǎng)方向與結(jié)晶等溫面正交，并且以彎向與結(jié)晶等溫面正交，并且以彎曲的形狀向焊縫中心成長(zhǎng)。曲的形狀向焊縫中

12、心成長(zhǎng)。101.晶粒主軸生長(zhǎng)的線速度晶粒主軸生長(zhǎng)的線速度(Vc)分析分析晶粒生長(zhǎng)的線速度分析圖（如圖晶粒生長(zhǎng)的線速度分析圖（如圖3-8）在在dt內(nèi)，當(dāng)結(jié)晶等溫面由內(nèi)，當(dāng)結(jié)晶等溫面由AB時(shí)，變化的距離為時(shí)，變化的距離為dx，則，則dx/dt=V（焊接速度），此時(shí)該晶粒生長(zhǎng)由（焊接速度），此時(shí)該晶粒生長(zhǎng)由AC，變化距離為，變化距離為ds，則，則ds/dt=Vc，當(dāng)，當(dāng)dt0時(shí)，時(shí)，BC垂直于垂直于AC，即：，即： cos取決于焊接規(guī)范和材料的熱物理性質(zhì)及形狀取決于焊接規(guī)范和材料的熱物理性質(zhì)及形狀coscosVVdtdxdtdsc即：11cos值的確定值的確定 厚大件：厚大件： 薄件：薄件：對(duì)對(duì)Vc

13、的討論的討論 =0 時(shí)，時(shí)，Vc=V（焊縫中心線）（焊縫中心線） =90 時(shí)，時(shí)，Vc=0（熔合線，焊縫邊界）（熔合線，焊縫邊界）即晶粒生長(zhǎng)速度是變化的即晶粒生長(zhǎng)速度是變化的 V，生長(zhǎng)越垂直于焊縫中心，易形成脆弱的結(jié)合，生長(zhǎng)越垂直于焊縫中心，易形成脆弱的結(jié)合線，產(chǎn)生縱向裂紋線，產(chǎn)生縱向裂紋 VVc，所以焊易裂材料時(shí)，不能用大的焊速，所以焊易裂材料時(shí)，不能用大的焊速12212222)1(1coszyzyMkkkkTaqvA21222)1()(1cosyyMkkTqA13四、熔池結(jié)晶的形態(tài)四、熔池結(jié)晶的形態(tài)1.分類分類 結(jié)晶形態(tài)的不同，是由于金屬的純度和散熱條件結(jié)晶形態(tài)的不同，是由于金屬的純度和散

14、熱條件的不同所致。的不同所致。2.純金屬的結(jié)晶形態(tài)（如圖純金屬的結(jié)晶形態(tài)（如圖3-16） 正的溫度梯度：平面晶，生長(zhǎng)緩慢（主要）正的溫度梯度：平面晶，生長(zhǎng)緩慢（主要） 負(fù)的溫度梯度：生長(zhǎng)速度快，除主軸外，還有分枝負(fù)的溫度梯度：生長(zhǎng)速度快，除主軸外，還有分枝，生成樹枝晶（較少），生成樹枝晶（較少）14等軸晶（樹枝晶）樹枝晶胞狀晶平面晶柱狀晶形態(tài)3.固溶體的結(jié)晶形態(tài)（如固溶體的結(jié)晶形態(tài)（如圖圖3-16b)、d)） 溫度過冷：結(jié)晶潛熱溫度過冷：結(jié)晶潛熱所致固相前部溫度高，所致固相前部溫度高，液相溫度低液相溫度低 成分過冷：先結(jié)晶溫成分過冷：先結(jié)晶溫度高，后結(jié)晶溫度低，度高，后結(jié)晶溫度低，快速結(jié)晶時(shí)，

15、易出現(xiàn)樹快速結(jié)晶時(shí)，易出現(xiàn)樹枝晶枝晶153.成分過冷對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響成分過冷對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響 平面結(jié)晶（如圖平面結(jié)晶（如圖3-24） GT 胞狀結(jié)晶（如圖胞狀結(jié)晶（如圖3-25） G與與T少量相交少量相交 胞狀樹枝結(jié)晶（如圖胞狀樹枝結(jié)晶（如圖3-26）G與與T相交較大，晶相交較大，晶粒主軸快速伸向液相內(nèi)部，橫向排溶質(zhì)，故橫向也出粒主軸快速伸向液相內(nèi)部，橫向排溶質(zhì)，故橫向也出現(xiàn)分枝現(xiàn)分枝 樹枝狀結(jié)晶（如圖樹枝狀結(jié)晶（如圖3-27） 當(dāng)成分過冷進(jìn)一步增大當(dāng)成分過冷進(jìn)一步增大，樹枝晶顯著，樹枝晶顯著 等軸結(jié)晶（如圖等軸結(jié)晶（如圖3-28） 液相成分過冷區(qū)很寬，液相成分過冷區(qū)很寬，不僅在前沿生成樹枝晶

16、，內(nèi)部也形成樹枝晶不僅在前沿生成樹枝晶，內(nèi)部也形成樹枝晶等軸晶等軸晶1617 溫度梯度溫度梯度G 實(shí)際結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度T，無，無成分過冷，平面晶，高純度的金屬成分過冷，平面晶，高純度的金屬18 G與與T少量相交，具有較小的成分過冷少量相交，具有較小的成分過冷19 G與與T相交較大，具有較大的成分過冷區(qū)域相交較大，具有較大的成分過冷區(qū)域晶粒主軸快速伸向液相內(nèi)部，橫向排溶質(zhì)，故晶粒主軸快速伸向液相內(nèi)部，橫向排溶質(zhì)，故橫向也出現(xiàn)分枝。橫向也出現(xiàn)分枝。20 當(dāng)成分過冷進(jìn)一步增大，即溫度梯度當(dāng)成分過冷進(jìn)一步增大，即溫度梯度G與與實(shí)際結(jié)晶溫度相交的面積很大時(shí)，形成明顯的實(shí)際結(jié)晶溫度相交的面積很大時(shí)，形

17、成明顯的樹枝晶。樹枝晶。21 當(dāng)液相的溫度梯度當(dāng)液相的溫度梯度G很小，能在液相中形很小，能在液相中形成很寬的成分過冷區(qū)，不僅在結(jié)晶前沿生成樹成很寬的成分過冷區(qū)，不僅在結(jié)晶前沿生成樹枝晶，同時(shí)液相的內(nèi)部也形成樹枝晶枝晶，同時(shí)液相的內(nèi)部也形成樹枝晶等軸晶等軸晶綜合（如圖綜合（如圖3-28）結(jié)晶形態(tài)的不同，主要決定于結(jié)晶形態(tài)的不同，主要決定于合金中溶質(zhì)合金中溶質(zhì)的濃度（雜質(zhì)）的濃度（雜質(zhì)）C0、結(jié)晶速度（或晶粒長(zhǎng)、結(jié)晶速度（或晶粒長(zhǎng)大速度）大速度）R和液相的溫度梯度的綜合作用和液相的溫度梯度的綜合作用。 當(dāng)結(jié)晶速度當(dāng)結(jié)晶速度R和溫度梯度和溫度梯度G不變時(shí)，隨不變時(shí)，隨合金中合金中溶質(zhì)濃度的提高溶質(zhì)濃

18、度的提高，則成分過冷增，則成分過冷增加，從而使結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罴?，從而使結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹А麪顦渲?、樹枝狀晶、最后到等晶、胞狀樹枝晶、樹枝狀晶、最后到等軸晶軸晶 當(dāng)合金中溶質(zhì)的濃度當(dāng)合金中溶質(zhì)的濃度C0和溫度梯度一定和溫度梯度一定時(shí)，時(shí)，結(jié)晶速度結(jié)晶速度R越快越快，成分過冷的程度，成分過冷的程度越大，結(jié)晶形態(tài)也可由平面晶過渡到胞越大，結(jié)晶形態(tài)也可由平面晶過渡到胞狀晶、樹枝狀晶，最后到等軸晶狀晶、樹枝狀晶，最后到等軸晶 當(dāng)合金中溶質(zhì)濃度當(dāng)合金中溶質(zhì)濃度C0和結(jié)晶速度和結(jié)晶速度R一定一定時(shí)，隨時(shí)，隨液相溫度梯度的提高液相溫度梯度的提高，成分過冷，成分過冷的程度減小，因而結(jié)晶形態(tài)

19、的演變方向的程度減小，因而結(jié)晶形態(tài)的演變方向恰好相反，由等軸晶、樹枝晶逐步演變恰好相反，由等軸晶、樹枝晶逐步演變到平面晶到平面晶220001kDkCmRGLLL23 焊縫各部位結(jié)晶形態(tài)的變化焊縫各部位結(jié)晶形態(tài)的變化 熔池中不同部位溫度梯度和結(jié)晶速度不同，成分過冷的分熔池中不同部位溫度梯度和結(jié)晶速度不同，成分過冷的分布不同，焊縫各部位出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)：平面晶、胞狀布不同，焊縫各部位出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶、等軸晶。晶、樹枝狀晶、等軸晶。24實(shí)際焊縫凝固金屬的組織形態(tài)實(shí)際焊縫凝固金屬的組織形態(tài)實(shí)際焊縫凝固金屬的組織形態(tài)不一定實(shí)際焊縫凝固金屬的組織形態(tài)不一定具有上述全部結(jié)晶形態(tài)

20、，一般來說由具有上述全部結(jié)晶形態(tài)，一般來說由柱狀晶和少量等軸晶構(gòu)成。柱狀晶和少量等軸晶構(gòu)成。 柱狀晶柱狀晶+少量等軸晶少量等軸晶 柱狀晶柱狀晶內(nèi)：平面晶、胞狀晶、樹枝內(nèi)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶狀晶 等軸晶等軸晶內(nèi)：樹枝晶內(nèi)：樹枝晶25 焊條電弧焊接凝固組織焊條電弧焊接凝固組織Q235、14MnMoNbB鋼鋼26 埋弧焊接凝固組織埋弧焊接凝固組織Q235A鋼鋼五、焊縫的化學(xué)成分不均勻性五、焊縫的化學(xué)成分不均勻性1.焊縫焊縫中的化學(xué)成分不均勻性中的化學(xué)成分不均勻性顯微偏析：顯微偏析： 先結(jié)晶的先結(jié)晶的合金溶質(zhì)濃度合金溶質(zhì)濃度C0低，后結(jié)晶的合金溶質(zhì)濃度低，后結(jié)晶的合金溶質(zhì)濃度C0高，即晶粒中心高

21、，即晶粒中心C0高，邊緣低高，邊緣低 原因：原因：冷卻速度快冷卻速度快，來不及均勻化，來不及均勻化 要求要求細(xì)晶化細(xì)晶化，降低偏析，降低偏析區(qū)域偏析區(qū)域偏析 焊縫中心部位聚集較多低熔點(diǎn)雜質(zhì)焊縫中心部位聚集較多低熔點(diǎn)雜質(zhì)，柱狀晶結(jié)晶柱狀晶結(jié)晶的結(jié)的結(jié)果果層狀偏析層狀偏析 結(jié)晶（熔滴過渡）的結(jié)晶（熔滴過渡）的周期性周期性所致所致272.熔合區(qū)熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻性的化學(xué)成分不均勻性熔合區(qū)的形成熔合區(qū)的形成 母材與焊縫交界的地方并不是一條線，而是一個(gè)區(qū)域母材與焊縫交界的地方并不是一條線，而是一個(gè)區(qū)域 熔合區(qū)熔化不均（傳熱、半熔化晶粒散熱不均勻）熔合區(qū)熔化不均（傳熱、半熔化晶粒散熱不均勻）熔合區(qū)寬度

22、（熔合區(qū)寬度（P131）28）度（被焊金屬的固相線溫）度（被焊金屬的液相線溫）溫度梯度（）熔合區(qū)的寬度（CTCT/CYTmm)(SLmmAYTTTASL熔合區(qū)成分分布（如圖熔合區(qū)成分分布（如圖3-39) 溶質(zhì)在液相中的溶解度溶質(zhì)在液相中的溶解度 在固相中的溶解度在固相中的溶解度 故：固相濃度故：固相濃度 界面界面液相濃度液相濃度C0 C C0 C0 + C 分配取決于擴(kuò)散系數(shù)和分配系數(shù)，特別是分配取決于擴(kuò)散系數(shù)和分配系數(shù)，特別是S、P、C、B、O、N等等 熔合區(qū)還存在熔合區(qū)還存在物理不均勻物理不均勻（組織、性能）（組織、性能） 焊接接頭的薄弱部位焊接接頭的薄弱部位29第二節(jié)第二節(jié) 焊縫金屬的一

23、次結(jié)晶組織焊縫金屬的一次結(jié)晶組織一、焊接條件下的凝固結(jié)晶形態(tài)一、焊接條件下的凝固結(jié)晶形態(tài)1.理論上理論上 熔合線處：熔合線處：G最大、最大、R最小最小平面晶平面晶 焊縫中心處：焊縫中心處：G最小、最小、R最大最大等軸晶等軸晶2.實(shí)際上（不一定全部形態(tài)都出現(xiàn)，與許多因素有關(guān)）實(shí)際上（不一定全部形態(tài)都出現(xiàn)，與許多因素有關(guān)） 成分成分：溶質(zhì)濃度：溶質(zhì)濃度C0對(duì)成分過冷的影響對(duì)成分過冷的影響 板厚和接頭形式：影響溫度梯度板厚和接頭形式：影響溫度梯度 焊接速度焊接速度 VR,熔合線處熔合線處G,焊縫中心處焊縫中心處G出現(xiàn)出現(xiàn)大量等軸晶大量等軸晶（否則（否則出現(xiàn)胞狀晶或樹枝晶）出現(xiàn)胞狀晶或樹枝晶） 焊接電

24、流焊接電流 IG,胞狀晶胞狀晶粗大胞狀樹枝狀晶粗大胞狀樹枝狀晶3031 鎢極氬弧焊接凝固組織鎢極氬弧焊接凝固組織純度為純度為99.99%的鋁焊縫的鋁焊縫-a）：）：平面晶平面晶-胞狀晶胞狀晶純度為純度為99.6%的鋁焊縫的鋁焊縫-b）、）、c）：）：胞狀樹枝晶胞狀樹枝晶-等軸晶等軸晶32焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫結(jié)晶形態(tài)的影響焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫結(jié)晶形態(tài)的影響p焊接速度的影響焊接速度的影響 VR成分過冷成分過冷等軸晶等軸晶胞狀樹枝晶胞狀樹枝晶33焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫結(jié)晶形態(tài)的影響焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫結(jié)晶形態(tài)的影響焊接電流焊接電流 IG成分過冷成分過冷粗胞狀樹粗胞狀樹枝晶枝晶胞狀晶胞狀晶胞狀樹枝晶胞狀樹枝晶二

25、、凝固組織形態(tài)對(duì)性能的影響二、凝固組織形態(tài)對(duì)性能的影響 生成生成粗大的樹枝狀晶粗大的樹枝狀晶，韌性降低，對(duì)氣孔、夾雜、熱，韌性降低，對(duì)氣孔、夾雜、熱裂都有影響裂都有影響 消除消除粗大的樹枝晶粗大的樹枝晶三、焊縫金屬的性能的改善措施三、焊縫金屬的性能的改善措施1.固溶強(qiáng)化和變質(zhì)處理固溶強(qiáng)化和變質(zhì)處理 加入加入Mo、V、Ti、Zr、Al、B、N、稀土、稀土Te等等2.振動(dòng)結(jié)晶振動(dòng)結(jié)晶 機(jī)械振動(dòng)、高頻超聲振動(dòng)、電磁振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)、高頻超聲振動(dòng)、電磁振動(dòng)3.焊接工藝焊接工藝 焊后熱處理、多層焊（層間回火）、錘擊、跟蹤回火焊后熱處理、多層焊（層間回火）、錘擊、跟蹤回火等等34第三節(jié)第三節(jié) 焊縫固態(tài)相變焊縫

26、固態(tài)相變完全凝固完全凝固之后，在連續(xù)冷卻過程中，對(duì)于之后，在連續(xù)冷卻過程中，對(duì)于鋼鐵材料將發(fā)生鋼鐵材料將發(fā)生組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變后的組織轉(zhuǎn)變后的組織是根據(jù)焊縫的是根據(jù)焊縫的化學(xué)成分化學(xué)成分和和冷卻條件冷卻條件而定的而定的。一、低碳鋼焊縫一、低碳鋼焊縫 組織特征：組織特征：F（白色）（白色）+少量少量P，A晶晶界析出界析出F，有時(shí)，有時(shí)F呈魏氏組織形態(tài)呈魏氏組織形態(tài) 魏氏組織特征：過熱組織，鐵素體在魏氏組織特征：過熱組織，鐵素體在奧氏體奧氏體晶界晶界呈呈網(wǎng)狀析出網(wǎng)狀析出，也可從奧氏，也可從奧氏體晶粒內(nèi)部沿一定方向析出，具有長(zhǎng)體晶粒內(nèi)部沿一定方向析出，具有長(zhǎng)短不一的短不一的針狀或片條狀針狀或片條

27、狀，可直接插入，可直接插入珠光體晶粒之中，一般經(jīng)珠光體晶粒之中，一般經(jīng)A3點(diǎn)以上點(diǎn)以上2030正火后，柱狀晶可消除。正火后，柱狀晶可消除。 冷速不同，組織不同冷速不同，組織不同：冷速增加，：冷速增加，P增多，增多，F(xiàn)減少，硬度升高減少，硬度升高35魏氏組織二、低合金鋼的固態(tài)相變二、低合金鋼的固態(tài)相變1.總的來說，以總的來說，以F+P為主為主，有時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)出現(xiàn)B及及M，具體是，具體是否出現(xiàn)則與否出現(xiàn)則與焊材及工藝焊材及工藝有關(guān)（成分、冷速）有關(guān)（成分、冷速）2.鐵素體（鐵素體（F）轉(zhuǎn)變（）轉(zhuǎn)變（Firrite，F(xiàn)）轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變粒界粒界F（高溫轉(zhuǎn)變（高溫轉(zhuǎn)變770680）：為先共析）：為先共析F,

28、由奧氏體晶界析出向由奧氏體晶界析出向晶內(nèi)生長(zhǎng)，呈塊狀晶內(nèi)生長(zhǎng)，呈塊狀側(cè)板條側(cè)板條F（700550）：由奧氏體晶界形核，以板條狀向晶內(nèi)生）：由奧氏體晶界形核，以板條狀向晶內(nèi)生長(zhǎng)（由于長(zhǎng)（由于F形成溫度較低，形成溫度較低，F(xiàn)內(nèi)含碳極低，故又稱為無碳貝氏體）內(nèi)含碳極低，故又稱為無碳貝氏體）針狀針狀F（500附近）：大都非自發(fā)形核，在奧氏體內(nèi)形成附近）：大都非自發(fā)形核，在奧氏體內(nèi)形成細(xì)晶細(xì)晶F （500以下）以下） ：奧氏體晶內(nèi)形成，有細(xì)化晶粒元素（：奧氏體晶內(nèi)形成，有細(xì)化晶粒元素（Ti、B）出現(xiàn)時(shí)，晶界有）出現(xiàn)時(shí)，晶界有Fe3C出現(xiàn)，接近上貝氏體出現(xiàn)，接近上貝氏體3637焊縫中鐵素體的類型（1）先共

29、析鐵素體（）先共析鐵素體（Pro-eutectoid Ferrite， PF）v溫度：溫度：770-680 ；v位置：沿奧氏體晶界位置：沿奧氏體晶界,又稱為粒界鐵素體（又稱為粒界鐵素體（Grain Boundary Ferrite, GBF)v形態(tài)：長(zhǎng)條形或多邊形塊狀形態(tài)：長(zhǎng)條形或多邊形塊狀v性能特點(diǎn)：使韌性下降（低屈服點(diǎn)）性能特點(diǎn)：使韌性下降（低屈服點(diǎn)）條狀塊狀38（2）側(cè)板條鐵素體（）側(cè)板條鐵素體（Ferrite Side Plate， FSP）v溫度：溫度：700-550 v位置：從晶界鐵素體側(cè)面向晶內(nèi)生長(zhǎng)位置：從晶界鐵素體側(cè)面向晶內(nèi)生長(zhǎng)v形狀：板條狀，形態(tài)如鎬牙狀形狀：板條狀，形態(tài)如鎬

30、牙狀v性能特點(diǎn)：使韌性下降性能特點(diǎn)：使韌性下降39（3）針狀鐵素體（）針狀鐵素體（Acicular Ferrite ，AF）v溫度：溫度：500 ；v位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部v形態(tài)：針狀形態(tài)：針狀v條件：中等冷卻速度條件：中等冷卻速度v性能特點(diǎn)：韌性好性能特點(diǎn)：韌性好40（4）細(xì)晶鐵素體（）細(xì)晶鐵素體（Fine Grain Ferrite ，F(xiàn)GF）v溫度：溫度：500 以下以下v位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部v形狀：細(xì)晶狀形狀：細(xì)晶狀v條件：存在細(xì)化晶粒的元條件：存在細(xì)化晶粒的元素（素（Ti，B等）等）v性能特點(diǎn)：韌性好性能特點(diǎn)：韌性好晶內(nèi)白色塊狀為晶內(nèi)白色

31、塊狀為FGF41隨著合金化程度的隨著合金化程度的提高，提高，AF組織增多組織增多的同時(shí)，焊縫強(qiáng)度的同時(shí)，焊縫強(qiáng)度也隨之提高。也隨之提高。AF增增多，有利于多，有利于改善韌改善韌性性。42433.珠光體（珠光體（P）轉(zhuǎn)變（）轉(zhuǎn)變（Pearite，P）（Ar1550）熱處理平衡狀態(tài)熱處理平衡狀態(tài) 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變Ar-550 Ar-550 ， C C、FeFe原子擴(kuò)散比較容易原子擴(kuò)散比較容易。珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散型相變。（。珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散型相變。（P P是是F F和和FeFe3 3C C的層的層狀混合物領(lǐng)先相狀混合物領(lǐng)先相FeFe3 3C C）焊接狀態(tài)焊接狀態(tài), ,非平衡轉(zhuǎn)變，得到非平衡轉(zhuǎn)變，得

32、到P P量少，珠光體轉(zhuǎn)變量量少，珠光體轉(zhuǎn)變量小。若添加小。若添加B B 、TiTi合金元素，合金元素，P P轉(zhuǎn)變?nèi)勘灰种?。轉(zhuǎn)變?nèi)勘灰种?。一般情況不出現(xiàn)一般情況不出現(xiàn)P，只有在緩冷時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)片狀或粒，只有在緩冷時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)片狀或粒狀的珠光體狀的珠光體原因：焊接過程是一個(gè)不平衡過程，冷卻速度快，原因：焊接過程是一個(gè)不平衡過程，冷卻速度快，C擴(kuò)擴(kuò)散受到抑制，很難出現(xiàn)散受到抑制，很難出現(xiàn)F/Fe3C片狀結(jié)構(gòu)片狀結(jié)構(gòu)4445P+F粒P+AF464.貝氏體（貝氏體（B）轉(zhuǎn)變（）轉(zhuǎn)變（Bainite，B）（中溫轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變550Ms）上貝氏體（上貝氏體（B上上）轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變 形成溫度：形成溫度：550

33、450 形態(tài)：羽毛狀形態(tài)：羽毛狀 形成機(jī)理：擴(kuò)散形成機(jī)理：擴(kuò)散下貝氏體（下貝氏體（B下下）轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變溫度：轉(zhuǎn)變溫度：450MS 形態(tài)：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形態(tài)：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角度 形成機(jī)理：擴(kuò)散形成機(jī)理：擴(kuò)散粒狀貝氏體（粒狀貝氏體（B粒粒） 形成溫度高于上貝氏體形成溫度高于上貝氏體 形態(tài)：無碳鐵素體包圍著富碳物質(zhì)形態(tài)：無碳鐵素體包圍著富碳物質(zhì) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：F + Cm、M-A組織或殘余奧氏體組織或殘余奧氏體474849中溫轉(zhuǎn)變，中溫轉(zhuǎn)變， 550 Ms（1）上貝氏體）上貝氏體 (Upper Bainite， B

34、u)v溫度：溫度：550-450 ；v位置：沿奧氏體晶界析出位置：沿奧氏體晶界析出v形態(tài)：呈羽毛狀，平行的條狀形態(tài)：呈羽毛狀，平行的條狀鐵素體之間分布有滲碳體鐵素體之間分布有滲碳體v性能特點(diǎn)：韌性較差（小條狀性能特點(diǎn)：韌性較差（小條狀Fe3C分割了基體的連續(xù)性）分割了基體的連續(xù)性）50（2）下貝氏體）下貝氏體 （Lower Bainite ，BL）v溫度：溫度：450 -Msv形態(tài)：針狀鐵素體和形態(tài)：針狀鐵素體和針狀滲碳體的機(jī)械混針狀滲碳體的機(jī)械混合物合物v性能特點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性能特點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性都較好性都較好51（3）粒狀貝氏體）粒狀貝氏體 (Grain Bainite， BG) MA組元（組

35、元（Constitution M-A) 在塊狀鐵素體形成之后，待轉(zhuǎn)變的富碳奧氏體呈島狀分布在塊狀鐵素體形成之后，待轉(zhuǎn)變的富碳奧氏體呈島狀分布在塊狀鐵素體之中，在一定的合金成分和冷卻速度下，這在塊狀鐵素體之中，在一定的合金成分和冷卻速度下，這些富碳的奧氏體島可轉(zhuǎn)變?yōu)楦惶捡R氏體和殘余奧氏體。富些富碳的奧氏體島可轉(zhuǎn)變?yōu)楦惶捡R氏體和殘余奧氏體。富碳馬氏體和殘余奧氏體碳馬氏體和殘余奧氏體,硬度高。硬度高。 在塊狀鐵素體上的組元以粒狀分布時(shí)，即為在塊狀鐵素體上的組元以粒狀分布時(shí)，即為“粒狀粒狀貝氏體貝氏體”。5.馬氏體馬氏體(M)轉(zhuǎn)變（轉(zhuǎn)變（Martensite，M）（Ms以下）以下）低碳馬氏體（板條馬氏

36、體）低碳馬氏體（板條馬氏體） 轉(zhuǎn)變溫度：轉(zhuǎn)變溫度：MS溫度以下溫度以下 形態(tài)：在奧氏體晶粒的內(nèi)部形成細(xì)條狀馬氏體板條，形態(tài)：在奧氏體晶粒的內(nèi)部形成細(xì)條狀馬氏體板條，條與條之間有一定的交角條與條之間有一定的交角 形成機(jī)理：位錯(cuò)形成機(jī)理：位錯(cuò)高碳馬氏體（片狀馬氏體）高碳馬氏體（片狀馬氏體） 形態(tài)：馬氏體較粗大，往往貫穿整個(gè)奧氏體晶粒，使形態(tài)：馬氏體較粗大，往往貫穿整個(gè)奧氏體晶粒，使以后形成的馬氏體片受到阻礙以后形成的馬氏體片受到阻礙 形成機(jī)理：孿晶形成機(jī)理：孿晶5253當(dāng)焊縫中含量較高或合金元素含量較多時(shí)，在快冷條當(dāng)焊縫中含量較高或合金元素含量較多時(shí)，在快冷條件下，冷卻到件下，冷卻到s以下，將發(fā)生

37、馬氏體轉(zhuǎn)變。以下，將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。（1）板條馬氏體（）板條馬氏體（Lath Martensite）、低碳馬氏體、位）、低碳馬氏體、位錯(cuò)型馬氏體錯(cuò)型馬氏體 v低碳低合金鋼低碳低合金鋼v奧氏體內(nèi)部奧氏體內(nèi)部v細(xì)條狀細(xì)條狀v綜合性能指標(biāo)在馬氏體中最好綜合性能指標(biāo)在馬氏體中最好54（2）片狀馬氏體（）片狀馬氏體（Plate Martensite）、高碳馬氏體、孿）、高碳馬氏體、孿晶馬氏體晶馬氏體 v焊縫中含碳量大于焊縫中含碳量大于0.4%v粗大，經(jīng)常貫穿奧氏體晶粒內(nèi)部粗大，經(jīng)常貫穿奧氏體晶粒內(nèi)部v硬度高而脆硬度高而脆555657焊縫金屬連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖焊縫金屬連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（WMCCT圖）圖）

38、 WM-CCT圖對(duì)于預(yù)測(cè)焊縫的組織及調(diào)節(jié)焊縫的性能圖對(duì)于預(yù)測(cè)焊縫的組織及調(diào)節(jié)焊縫的性能具有重要意義。具有重要意義。58三、焊縫金屬性能的控制三、焊縫金屬性能的控制影響焊縫性能的因素影響焊縫性能的因素 結(jié)晶形態(tài)與組織的影響結(jié)晶形態(tài)與組織的影響 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 焊接缺陷的影響焊接缺陷的影響59固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化p加入碳、錳、硅、鉻、鎳、鉬等，均有固溶強(qiáng)化的加入碳、錳、硅、鉻、鎳、鉬等，均有固溶強(qiáng)化的作用。作用。細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化p加入鈦、鈮、硼、鋁、鉻、鎳、稀土等，可細(xì)化晶加入鈦、鈮、硼、鋁、鉻、鎳、稀土等，可細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度。粒，提高強(qiáng)度。沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化p加入碳、氮化物形成元素。加

39、入碳、氮化物形成元素。相變強(qiáng)化相變強(qiáng)化p加入合金元素，改變相變組織。加入合金元素，改變相變組織。（一）焊縫合金化與變質(zhì)處理（一）焊縫合金化與變質(zhì)處理601. 優(yōu)化合金成分優(yōu)化合金成分（1）嚴(yán)格限制有害的雜質(zhì)元素：）嚴(yán)格限制有害的雜質(zhì)元素：S、P、N、O和和H；（2）通過合金元素來提高焊縫韌性）通過合金元素來提高焊縫韌性 促使高熔點(diǎn)第二相質(zhì)點(diǎn)的析出，通過釘扎作用阻止促使高熔點(diǎn)第二相質(zhì)點(diǎn)的析出，通過釘扎作用阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大；奧氏體晶粒長(zhǎng)大； 降低奧氏體分解溫度，減少邊界鐵素體的形成；降低奧氏體分解溫度，減少邊界鐵素體的形成； 在奧氏體內(nèi)形成鐵素體形核核心，促使奧氏體在在奧氏體內(nèi)形成鐵素體形核核心

40、，促使奧氏體在500-550溫度區(qū)間分解得到針狀鐵素體，防止在奧氏溫度區(qū)間分解得到針狀鐵素體，防止在奧氏體晶界形成側(cè)板條鐵素體；體晶界形成側(cè)板條鐵素體； 防止防止M-A組元的形成；組元的形成； 防止或減少低溫產(chǎn)物馬氏體、上貝氏體的形成；防止或減少低溫產(chǎn)物馬氏體、上貝氏體的形成；（二）焊縫金屬韌化的途徑（二）焊縫金屬韌化的途徑61（3）配置多種微量合金元素，則）配置多種微量合金元素，則可能在大幅度地提高焊縫金屬的可能在大幅度地提高焊縫金屬的強(qiáng)度的同時(shí)提高韌性和抗裂性。強(qiáng)度的同時(shí)提高韌性和抗裂性。Mn和和Sip最為常用的強(qiáng)化焊縫的元素最為常用的強(qiáng)化焊縫的元素p例如低合金鋼（例如低合金鋼（C:0.1

41、0-0.13%）埋弧焊時(shí)，）埋弧焊時(shí)，Mn、Si分別處于分別處于0.81.0%和和0.10.25%時(shí)，可以得到細(xì)時(shí)，可以得到細(xì)晶鐵素體和針狀鐵素體，具晶鐵素體和針狀鐵素體，具有較好的韌性。有較好的韌性。Mn和和Si對(duì)低合金鋼焊縫韌性的影響對(duì)低合金鋼焊縫韌性的影響62在在Mn-Si系基礎(chǔ)上復(fù)合添加系基礎(chǔ)上復(fù)合添加Ti和和B等微量元素等微量元素pB在高溫下易向奧氏體晶界擴(kuò)散，在晶界沉淀聚集而在高溫下易向奧氏體晶界擴(kuò)散，在晶界沉淀聚集而降低晶界擴(kuò)散，使晶界奧氏體的穩(wěn)定性增大，抑制了降低晶界擴(kuò)散，使晶界奧氏體的穩(wěn)定性增大，抑制了PF和和FSP的形核與生長(zhǎng)，從而使的形核與生長(zhǎng)，從而使轉(zhuǎn)變開始溫度向轉(zhuǎn)變開

42、始溫度向低溫方向移動(dòng)。低溫方向移動(dòng)。pTi與氧的親和力很大，焊縫中的與氧的親和力很大，焊縫中的Ti以微小顆?？梢宰饕晕⑿☆w粒可以作為為“釘子釘子”位于晶粒邊界，阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。位于晶粒邊界，阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。63 Mop降低奧氏體分解溫度，抑制邊界鐵素體形成，加入少降低奧氏體分解溫度，抑制邊界鐵素體形成，加入少量的量的Mo不僅可以提高強(qiáng)度，同時(shí)也能改善韌性。不僅可以提高強(qiáng)度，同時(shí)也能改善韌性。 Nb和和Vp焊縫金屬中可固溶，推遲奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，能焊縫金屬中可固溶，推遲奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，能夠抑制焊縫中先共析鐵素體的產(chǎn)生，而激發(fā)形成細(xì)小夠抑制焊縫中先共析鐵素體的產(chǎn)生，而激發(fā)形成

43、細(xì)小的的AF組織。組織。p所形成的氮化物使強(qiáng)度大大提高，而使韌性下降。通所形成的氮化物使強(qiáng)度大大提高，而使韌性下降。通過正火處理可改善韌性。過正火處理可改善韌性。 稀土元素稀土元素Y，CeTe，Se：p促進(jìn)組織細(xì)化，提高韌性促進(jìn)組織細(xì)化，提高韌性642. 調(diào)整焊接工藝參數(shù)調(diào)整焊接工藝參數(shù) （1）焊接熱輸入）焊接熱輸入 過大的熱輸入使結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生粗大的柱狀晶，同時(shí)，由于降過大的熱輸入使結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生粗大的柱狀晶，同時(shí)，由于降低了冷卻速度，可能得到較多的邊界鐵素體；低了冷卻速度，可能得到較多的邊界鐵素體； 過小的熱輸入，則在較高合金成分焊縫形成馬氏體，也會(huì)過小的熱輸入，則在較高合金成分焊縫形成馬氏體，也

44、會(huì)使焊縫韌性下降。使焊縫韌性下降。（2）多層焊）多層焊（3）焊后熱處理）焊后熱處理（4）振動(dòng)結(jié)晶）振動(dòng)結(jié)晶第四節(jié)第四節(jié) 焊縫中的氣孔和夾雜焊縫中的氣孔和夾雜一、氣孔一、氣孔（一）氣孔的類型及其分布特征（一）氣孔的類型及其分布特征1.氣孔的類型及形成原因氣孔的類型及形成原因類型：表面氣孔、內(nèi)部氣孔類型：表面氣孔、內(nèi)部氣孔形成原因形成原因 結(jié)晶時(shí)因氣體溶解度突然下降來不及逸出殘留在焊縫結(jié)晶時(shí)因氣體溶解度突然下降來不及逸出殘留在焊縫內(nèi)部的氣體（內(nèi)部的氣體（H2、N2） 冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶于金屬的氣體（冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶于金屬的氣體（CO、H2O）2.氫（氫（H）氣孔）氣孔出現(xiàn)在低合金焊縫中，大都為表

45、面氣孔，含出現(xiàn)在低合金焊縫中，大都為表面氣孔，含H2O多時(shí)多時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)在內(nèi)部，也會(huì)出現(xiàn)在內(nèi)部65形狀形狀 表面氣孔：喇叭口形，內(nèi)壁光滑，形如螺釘狀表面氣孔：喇叭口形，內(nèi)壁光滑，形如螺釘狀 內(nèi)部氣孔：圓球狀內(nèi)部氣孔：圓球狀形成原因形成原因 在相鄰在相鄰樹枝晶的凹陷樹枝晶的凹陷最深處是氫氣泡的胚胎場(chǎng)所，冷最深處是氫氣泡的胚胎場(chǎng)所，冷卻中，氫的溶解度從液態(tài)下卻中，氫的溶解度從液態(tài)下32ml/100g下降到固態(tài)下的下降到固態(tài)下的10ml/100g，由于焊接熔池冷卻快，由于焊接熔池冷卻快，H2來不及逸出時(shí)，來不及逸出時(shí)，就會(huì)形成氣孔。氫由于受到表面的吸附作用，液體的就會(huì)形成氣孔。氫由于受到表面的吸附作

46、用，液體的粘度以及機(jī)械阻力的影響，在上浮與受阻的綜合作用粘度以及機(jī)械阻力的影響，在上浮與受阻的綜合作用下，形成具有喇叭形的表面氣孔下，形成具有喇叭形的表面氣孔662.氮（氮（N）氣孔）氣孔 一般在一般在表面表面成堆出現(xiàn)，呈蜂窩狀，只有在保護(hù)不良時(shí)成堆出現(xiàn)，呈蜂窩狀，只有在保護(hù)不良時(shí)出現(xiàn)，形成原因與氫氣孔相似出現(xiàn)，形成原因與氫氣孔相似3.一氧化碳（一氧化碳（CO）氣孔）氣孔 在在熔池后部熔池后部，結(jié)晶期間，在柱狀晶界區(qū)域，由于溫度，結(jié)晶期間，在柱狀晶界區(qū)域，由于溫度低，低，C濃度高，產(chǎn)生濃度高，產(chǎn)生C的偏析，易發(fā)生反應(yīng)：的偏析，易發(fā)生反應(yīng)：FeO+C CO+Fe，反應(yīng)產(chǎn)生的，反應(yīng)產(chǎn)生的CO因熔池

47、金屬粘度大因熔池金屬粘度大，浮出阻力大而滯留內(nèi)部，并隨結(jié)晶過程的進(jìn)行而不，浮出阻力大而滯留內(nèi)部，并隨結(jié)晶過程的進(jìn)行而不斷形成，故斷形成，故氣孔是沿結(jié)晶方向分布?xì)饪资茄亟Y(jié)晶方向分布的的67（二）氣孔的形成機(jī)理（二）氣孔的形成機(jī)理1.氣孔形成條件氣孔形成條件 液體中有液體中有過飽和氣體過飽和氣體存在存在 非自發(fā)形核非自發(fā)形核，質(zhì)點(diǎn)較多（在枝晶間凹陷處，未熔晶，質(zhì)點(diǎn)較多（在枝晶間凹陷處，未熔晶粒表面，界面等）粒表面，界面等） 結(jié)晶速度結(jié)晶速度大于氣泡上浮速度大于氣泡上浮速度2.形核形核 純金屬純金屬中氣泡形核的可能性極小中氣泡形核的可能性極小 焊接熔池焊接熔池中，存在很多現(xiàn)成的表面（易聚集中，存在很多現(xiàn)成的表面（易聚