焊縫結(jié)晶過程課件

1、高 級 焊 工 工 藝第四講高 級 焊 工 工 藝第四講復(fù)習(xí)舊課一、填空題1.超出木材表面連線上的那部分焊縫金屬的最大高度叫_ 。2.熔焊時，焊件接縫所處的空間位置叫_ ，可用_ _ 和_ 來表示。3.帶鈍邊V型焊縫的符號是 ，角焊縫的符號是 ；表示焊縫 表面平齊的符號是 ；表示環(huán)繞工件周圍焊縫的符號是_ 。4.焊縫橫截面上的尺寸應(yīng)標(biāo)在基本符號的 側(cè)，焊縫長度方向 的尺寸應(yīng)標(biāo)在基本符號的_ 側(cè)，坡口角度、坡口面角度、根 部間隙等尺寸均應(yīng)標(biāo)在基本符號的 側(cè)，相同焊縫數(shù)量符 號應(yīng)標(biāo)在 。5.焊縫符號一般由 、 、 、 和 組成。復(fù)習(xí)舊課一、填空題二、選擇題1.焊縫傾角為0焊縫轉(zhuǎn)角為90的焊接位置是

2、指 ( )。 A平焊 B橫焊 C立焊 B仰焊2.焊縫傾角為90,270的焊接位置是指 ( )位置。 A立焊 B橫焊 C立焊 D仰焊3.焊縫成形系數(shù)是 ( ) 的比值用表示. A B與H B H與B C H與a 4.( )符號是表示焊縫表面形狀的符號 A基本 B輔助 C補充復(fù)習(xí)舊課二、選擇題復(fù)習(xí)舊課模塊一 焊接基礎(chǔ)知識包括課題一課題四課題二課題三模塊一 焊接基礎(chǔ)知識包括課題一課題四課題二課題三焊條、焊絲及母材的熔化1焊接冶金過程2焊縫結(jié)晶過程3焊接熱影響區(qū)的組織和性能4課題二 焊接冶金基礎(chǔ)控制和改善焊接接頭性能的方法5焊條、焊絲及母材的熔化1焊接冶金過程2焊縫結(jié)晶過程3焊接熱影課題二 焊接冶金基

3、礎(chǔ)三、焊縫結(jié)晶過程 焊縫金屬從高溫的液體狀態(tài)冷卻至常溫的固體狀態(tài)經(jīng)歷了兩次結(jié)晶過程： 1.從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y(jié)晶. 2.在固相焊縫金屬中出現(xiàn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的二次結(jié)晶.熔池結(jié)晶過程研究目的： 1.熔池凝固過程對焊縫金屬的組織、性能具有重 要影響。 2.防止氣孔、夾雜、偏析、結(jié)晶裂紋等焊接缺陷. 3.防止晶體缺陷影響接頭性能. 課題二 焊接冶金基礎(chǔ)三、焊縫結(jié)晶過程 焊縫金屬焊縫結(jié)晶過程課件1.定義:焊縫金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過程稱為焊縫金屬的一次結(jié)晶。一、焊縫金屬的一次結(jié)晶2.基本過程 1）晶核生成 2）晶核長大1.定義:焊縫金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過程稱為焊縫金屬的一焊縫結(jié)晶過程課件 1

4、.熔池體積小、冷卻速度大。 2.熔池中的金屬處于過熱狀態(tài)。 3.溶池在運動狀態(tài)下結(jié)晶。一次結(jié)晶特殊性二、焊接熔池一次結(jié)晶的特點和形態(tài) 產(chǎn)生淬硬、粒狀晶等組織金屬燒損嚴(yán)重非自發(fā)形核少隨熱源移動，熔化和凝固同時進(jìn)行，攪拌作用有利于得到性能好的焊縫 1.熔池體積小、冷卻速度大。 2.熔池中的金屬處于過熱狀態(tài)1.熔池中晶核的形成自發(fā)形核非自發(fā)形核熔池中的現(xiàn)成表面合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點。（在一般情況下所起作用不大）熔合區(qū)附近加熱到半熔化狀態(tài)的基體金屬晶粒表面。焊接時，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（如鉬、釩、鈦、鈮等），可以作為熔池中非自發(fā)形核的質(zhì)點，從而使焊縫金屬晶粒細(xì)化。（

5、變質(zhì)處理）現(xiàn)成表面熔池結(jié)晶的一般規(guī)律1.熔池中晶核的形成合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點。（在一般情況下1）以新生的晶核為核心，不斷向焊縫中心成長。但長大的趨勢各不相同，有的一直長到焊縫中心，有的長到半途而停止。2）在一個晶粒內(nèi)部晶胞具有相同的方位，稱為“位向”。不同的晶粒具有不同的位向，稱為各向異性。因此，在某一個方向上的晶粒就最易長大。3）當(dāng)晶體的最易長大方向與最快散熱的反方向相一致時，可優(yōu)先成長，可一直長至熔池的中心，形成粗大的柱狀晶體。4）有的晶體取向不利于生長，則晶粒的成長就停止下來。 2.熔池中的晶核長大以上現(xiàn)象說明焊縫中柱狀晶體的長大是有方向選擇的。1）以新生的晶核為核心，不斷向焊縫中心

6、成長。但長大的趨勢各不1.熔池的結(jié)晶方向和結(jié)晶速度對焊接質(zhì)量有很大的影響，特別是對裂紋、夾雜、氣孔等缺陷的形成影響更大。2.晶粒的成長方向也是垂直 于結(jié)晶等溫面的。3.如圖所示，晶粒主軸的成 長方向與結(jié)晶等溫面正交， 并且以彎曲的形狀向焊縫 中心成長。熔池結(jié)晶的線速度熔池結(jié)晶的線速度焊縫結(jié)晶過程課件 2.純金屬的結(jié)晶形態(tài)正的溫度梯度：平面晶，生長緩慢（主要）負(fù)的溫度梯度：生長速度快，除主軸外，還有分枝，生成樹枝晶（較少）151.分類 結(jié)晶形態(tài)的不同，是由于金屬的純度和散熱條件的不同所致。熔池結(jié)晶的形態(tài) 2.純金屬的結(jié)晶形態(tài)151.分類 平面晶，高純度的金屬平面晶，高純度的金屬胞狀晶胞狀晶胞狀樹

7、枝結(jié)晶胞狀樹枝結(jié)晶樹枝狀結(jié)晶樹枝狀結(jié)晶液相的內(nèi)部形成的樹枝晶等軸晶液相的內(nèi)部形成的樹枝晶等軸晶213.焊縫各部位結(jié)晶形態(tài)的變化焊縫各部位出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶、等軸晶。213.焊縫各部位結(jié)晶形態(tài)的變化焊縫各部位出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)焊縫 樹枝狀晶 熔合區(qū) 混晶 熔合區(qū) 混晶 HAZ 粗晶HAZ 細(xì)晶 焊縫 樹枝狀晶 熔合區(qū) 混晶 熔合區(qū) 混晶 HAZ 粗晶HA4.實際焊縫凝固金屬的組織形態(tài) 實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)，一般來說由柱狀晶和少量等軸晶構(gòu)成。柱狀晶內(nèi)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶等軸晶內(nèi)：樹枝晶柱狀晶+少量等軸晶4.實際焊縫凝固金屬的組織形態(tài)

8、實際焊縫凝固金24例1：焊條電弧焊接凝固組織Q235、14MnMoNbB鋼24例1：焊條電弧焊接凝固組織25例2：埋弧焊接凝固組織Q235A鋼25例2：埋弧焊接凝固組織改善措施工藝措施冶金措施提高冷卻速度采用多層焊振動結(jié)晶加入變質(zhì)劑加入能夠細(xì)化晶粒的元素改善一次結(jié)晶組織措施改善措施工藝措施冶金措施提高冷卻速度采用多層焊振動結(jié)晶加入變?nèi)?、焊縫結(jié)晶過程中的偏析 1.偏析的定義 焊縫金屬中化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象稱為偏析2.偏析的產(chǎn)生時間 主要產(chǎn)生在一次結(jié)晶時 3.偏析的影響 1）偏析的化學(xué)成分分布不均導(dǎo)致性能改變。 2）產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾雜物等焊接缺陷 三、焊縫結(jié)晶過程中的偏析 1.偏析的定義2.

9、偏析的產(chǎn)生時間4.偏析的分類1）顯微偏析熔池一次結(jié)晶時，最先結(jié)晶的結(jié)晶中心金屬最純，后結(jié)晶部分含其它合金元素和雜質(zhì)略高，最后結(jié)晶部分，即結(jié)晶的外端和前緣所含其它合金元素和雜質(zhì)最高。在一個柱狀晶粒內(nèi)部和晶粒之間的化學(xué)成分分布不均勻現(xiàn)象稱為顯微偏析。 4.偏析的分類4.偏析的分類 1）顯微偏析 2）區(qū)域偏析熔池一次結(jié)晶時，由于柱狀晶體的不斷長大和推移，會把雜質(zhì)“趕”向熔池中心，使熔池中心的雜質(zhì)含量比其它部位多，這種現(xiàn)象稱為區(qū)域偏析。 焊縫的斷面形狀對區(qū)域偏析的分布影響很大。窄而深的焊縫，各柱狀晶的交界在其焊縫的中心，因此焊縫中心聚集有較多的雜質(zhì)，見圖1a。這種焊縫在其中心部位極易產(chǎn)生熱裂紋。寬而淺

10、的焊縫，雜質(zhì)則聚集在焊縫的上部，見圖1b，這種焊縫具有較高的抗熱裂能力 4.偏析的分類焊縫結(jié)晶過程課件4.偏析的分類 1）顯微偏析 2）區(qū)域偏析 3）層狀偏析熔池在一次結(jié)晶的過程中，要不斷地放出結(jié)晶潛熱，當(dāng)結(jié)晶潛熱達(dá)到一定數(shù)值時，熔池的結(jié)晶就出現(xiàn)暫時的停頓。以后隨著熔池的散熱，結(jié)晶又重新開始，形成周期性的結(jié)晶，伴隨著出現(xiàn)結(jié)晶前沿液體金屬中雜質(zhì)濃度的周期變動，產(chǎn)生周期性的偏析稱為層狀偏析。 層狀偏析集中了一些有害元素，因此缺陷往往出現(xiàn)在層狀偏析中。由層狀偏析所造成的氣孔（如下圖）。 4.偏析的分類焊縫結(jié)晶過程課件四、焊縫金屬的二次結(jié)晶1.定義： 一次結(jié)晶結(jié)束后,熔池就轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的焊縫。高溫的焊縫

11、金屬冷卻到室溫時,要經(jīng)過一系列的組織相變過程,這種相變過程稱為焊縫金屬的二次結(jié)晶。 焊縫金屬的固態(tài)相變過程即為焊縫金屬的二次結(jié)晶。四、焊縫金屬的二次結(jié)晶1.定義： 焊縫金屬的固低碳鋼二次組織改善措施控制冷卻速度采用多層焊焊后熱處理 2.低碳鋼焊縫二次結(jié)晶組織性能F+PW魏氏組織低碳鋼二次組織改善措施控制冷卻速度采用多層焊焊后熱處理 2.低合金鋼二次組織改善措施錘擊焊縫表面采用多層焊焊后熱處理BMF：塊、板、針、條P跟蹤回火 3.合金鋼焊縫二次結(jié)晶組織性能低合金鋼二次組織改善措施錘擊焊縫表面采用多層焊焊后熱處理BM1.夾雜物：五、焊縫中的夾雜物 由焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，焊后殘留在焊縫金屬中的微觀非

12、金屬雜 質(zhì)，稱為夾雜物。 2.夾雜物種類硫化物氧化物氮化物硫化亞鐵和硫化錳二氧化硅、氧化錳、氧化鈦焊縫中很少出現(xiàn)（時效時可能出現(xiàn)Fe4N析出）。1.夾雜物：五、焊縫中的夾雜物 由焊接冶金反應(yīng)1.焊縫金屬的一次結(jié)晶2.焊接熔池一次結(jié)晶的特點和形態(tài) 3.焊縫結(jié)晶過程中的偏析4.焊縫金屬的二次結(jié)晶5.焊縫中的夾雜物小 結(jié)1.焊縫金屬的一次結(jié)晶小 結(jié)焊縫結(jié)晶過程課件焊縫結(jié)晶過程課件第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （二）熔合區(qū)的化學(xué)不均勻性 整個焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。易出現(xiàn)缺陷，裂紋等。 1、熔合區(qū)的形成 半熔化過渡狀態(tài)、熱傳播不均勻、晶粒的傳熱方向不同 第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （二）熔合區(qū)的化學(xué)

13、不均勻性 第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 2、熔合區(qū)寬度 材料的液固溫度范圍、被焊材料自身的熱物理性質(zhì)和組織狀態(tài)： 被焊金屬的固相線溫度溫度梯度被焊金屬的液相線溫度第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 2、熔合區(qū)寬度 材料的第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 低合金鋼熔合區(qū)附近的溫度梯度約為30080oC/mm，液固相線溫度差約40 oC，因此，一般電弧焊條件下，熔合區(qū)寬度為： A=40/（30080）=0.1330.50（mm） 奧氏體鋼電弧焊：A=0.060.12mm *熔合區(qū)的寬度對焊縫性能影響很大。由于焊接工藝的因素，當(dāng)熔合區(qū)寬度大時，焊縫的整體性能下降。如奧氏體不銹鋼的熔合區(qū)寬度在0.1mm時，對不銹鋼焊接接頭的抗腐蝕性影響不大；但當(dāng)