焊接冶金学基本原理-第3章 熔池凝固和焊缝固态相变

焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING第3章熔池凝固和焊缝固态相变主要内容31熔池凝固32焊缝固态相变33焊缝中的气孔、夹杂焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING焊接热过程焊接化学冶金过程焊缝结晶及焊接组织焊接热影响区的组织与性能焊接裂纹焊接冶金学主要内容V焊接接头形成以熔化焊为例，焊接过程经过了V加热V熔化V冶金反应V结晶V固态相变V接头焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING熔池凝固形成焊缝焊缝的相变过程熔池的结晶过程焊缝的组织气孔、夹杂、偏析、结晶裂纹焊缝的性能焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING31熔池凝固311熔池凝固的条件和特点312熔池结晶的一般规律313熔池结晶速度和方向314熔池结晶的形态315焊缝金属的化学成份不均匀性32焊缝固态相变33焊缝中的气孔、夹杂34焊缝性能的控制35焊接熔合区焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING31熔池凝固311熔池凝固的条件和特点1熔池凝固的条件晶核生成和晶核长大2熔池凝固的特点（相比较钢锭的差别）（1）焊接熔池体积小，冷却速度高；最大100G，平均4100/S，约为铸造的104。淬硬。裂纹。（2）焊接熔池的液态金属处于过热状态熔池1770100钢锭方向）与散热最快方向（温度梯度）相一致，最有利长大。焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING313熔池结晶速度和方向熔池的结晶方向和结晶速度对焊接质量有很大的影响，特别是对裂纹、夹杂、气孔等缺陷的形成影响很大。熔池在结晶过程中晶粒成长的方向与晶粒主轴成长的线速度VC及焊接速度V有密切关系。晶粒主轴成长方向与结晶等温面正交，并以弯曲状向焊缝中心生长。焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING焊接工艺参数与（090）关系熔池半椭球体假设）厚大件上快速堆焊薄板上自动焊焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING结论（1）晶粒成长的平均线速度是变化的，在熔合线上最小，在焊缝中心最大，VC0V。KY1，COS0,90,VC0,说明熔合区上晶粒开始成长的瞬间，成长的方向垂直于熔合区，晶粒成长的平均线速度等于零。KY0，COS1,0,VCV,说明晶粒成长到接触X轴时，晶粒成长的平均线速度等于焊接速度，且方向一致。（2）焊接工艺参数对晶粒成长方向和平均线速度均有影响。当焊接速度越大时，角越大，晶粒主轴的成长方向越垂直于焊缝的中心线；相反，当焊接速度小时，则晶粒主轴的成长方向越弯曲。焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING314熔池结晶的形态符合一般结晶理论，本课程仅分析焊接中的特色部分。1、纯金属的结晶理论（1）正温度梯度液相温度高于固相温度，且距界面越远，液相温度越高，称为正温度梯度，G0。纯金属焊缝凝固时，属于此类，是平晶。（2）负温度梯度当距界面越远液相的温度越低，称为负温度梯度，G0时的温度分布BG0时的界面结晶形态DG90,由于形成细颈过程需要时间，若结晶速度气泡脱离现成表面的速度，就会形成气孔。减小2G12,增大1G使90,由于形成细颈过程需要时间，若结晶速度气泡脱离现成表面的速度，就会形成气孔焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING2）结晶速度VC较小时，气泡有充分时间逸出，无气孔，气泡易上浮；VC大时，气泡上浮时间短，可能残余在焊缝内部。3）气泡上浮速度焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING3影响生成气孔的因素及防治措施（1）冶金因素的影响A熔渣氧化性B焊条药皮和焊剂的影响C铁锈及水分的影响（2）工艺因素（3）防治措施A焊件去油、锈；B烘干焊条；C短弧焊焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING332焊缝中的夹杂1、焊缝夹杂（1）氧化物（2）氮化物（3）硫化物2、防止措施（1）选用合理规范，以利于熔渣的浮出；（2）多层焊时，清渣；（3）焊条摆动；（4）保护溶池，防止空气侵入。焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING34焊缝性能的控制1、调整一次组织措施（1）固溶强化和变质处理（2）振动结晶2、改善二次组织的措施（1）焊后热处理（2）多层焊接（3）锤击焊道焊缝（4）跟踪回火处理焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING35焊接熔合区由部分熔化的母材和部分未熔化的母材组成的窄小区域，化学成分、微观组织和力学性能不均匀，焊接接头最薄若环节。1、熔合区的形成（1）理论（平滑）边界母材上TSTTL（2）实际（参差不齐）边界A热源不均匀及晶粒散热不一致B局部化学成分不均匀熔合区OR线焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING2熔合区的特征（1）几何尺寸小熔合区的宽度其中，A熔合区的宽度（MM）温度梯度/MMTL被焊金属的液相线TS被焊金属的固相线A母材液固线温度范围越小，熔合区宽度越小。B母材导热性越差，热源能量密度高，温度梯度大，熔合区小。比如，一般电弧焊，碳钢低合金钢013305MM；奥氏体钢006012MM区OR线焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING（2）熔合区的成分不均匀化学不均匀性对于一般钢铁材料而言，合金元素在液相中的溶解度大于固相中的溶解度熔合区是液固两本共存的地方，严重化学不均匀性，性能下降。焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALANDCHEMICALENGINEERING第3章熔池凝固和焊缝固态相变焊接成形原理THEPRINCIPLEOFWELDING焊接冶金学焊接冶金学基本原理基本原理西安工业大学材化学院SCHOOLOFMATERIALAND