金属熔焊原理 第2次课

1、金金 属属 熔熔 焊焊 原原 理理讲解人：韩兆波讲解人：韩兆波主要内容主要内容v溶池凝固特点及过程溶池凝固特点及过程 v焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能 焊接接头的组成焊接接头的组成 熔焊焊接接头是由两个或两个以上熔焊焊接接头是由两个或两个以上的焊件或零件用熔焊焊接方法连接的接的焊件或零件用熔焊焊接方法连接的接头，它由头，它由焊缝金属、熔合区、热影响区焊缝金属、熔合区、热影响区组成。组成。熔焊焊接接头组成熔焊焊接接头组成a) a)对接接头对接接头 b)b)搭接接头搭接接头 c) c)角接接头角接接头11焊缝金属焊缝金属 22熔合区熔合区 33热影响区热影响区 44母材母材一、溶池凝固（

2、一次结晶）的特点一、溶池凝固（一次结晶）的特点1 1、熔池的体积小，冷却速度快。平均冷却速度、熔池的体积小，冷却速度快。平均冷却速度约为约为4 4100/s100/s。 2 2、熔池的温度分布不均匀，从熔池中心到边缘、熔池的温度分布不均匀，从熔池中心到边缘存在很大的温度过渡。存在很大的温度过渡。 3 3、熔池是在运动的状态下结晶的。、熔池是在运动的状态下结晶的。4 4、焊接熔池凝固以熔化母材为基础。、焊接熔池凝固以熔化母材为基础。二、熔池金属的凝固过程二、熔池金属的凝固过程 由晶核的形成和晶核的长大两个过程组成。由晶核的形成和晶核的长大两个过程组成。形核形核：从熔合线附近开始：从熔合线附近开始

3、长大长大：焊接熔池中的晶体总是朝着与散热方向：焊接熔池中的晶体总是朝着与散热方向 相反的方向长大，垂直于熔合线、呈柱相反的方向长大，垂直于熔合线、呈柱 状向熔池中心长大。状向熔池中心长大。组织组织：得到柱状晶组织，：得到柱状晶组织，形成焊缝形成焊缝 在熔池结晶过程中，由于冷却速度很快，在熔池结晶过程中，由于冷却速度很快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，因此，因此，合金元素的分布是不均匀的，这种现合金元素的分布是不均匀的，这种现象称为偏析象称为偏析。 危害：会导致产生裂纹、气孔、夹杂物危害：会导致产生裂纹、气孔、夹杂物等焊接缺陷。等焊接缺陷。三、焊缝金

4、属的化学不均匀性三、焊缝金属的化学不均匀性 偏析偏析显微偏析显微偏析层状偏析层状偏析区域偏析区域偏析1 1、显微偏析显微偏析 由于焊接过程冷却较快，固相内的成分由于焊接过程冷却较快，固相内的成分来不及扩散，于是，把这种先后结晶而造来不及扩散，于是，把这种先后结晶而造成的化学不均匀性被保留下来，便形成了成的化学不均匀性被保留下来，便形成了显微偏析显微偏析。 主要因素是金属的化学成分，以主要因素是金属的化学成分，以S S、P P、C C为主要元素。为主要元素。 2 2、层状偏析层状偏析 焊缝金属横剖面经侵蚀，可看到颜色深焊缝金属横剖面经侵蚀，可看到颜色深浅不同的分层结构。这也是由于焊缝金属浅不同的

5、分层结构。这也是由于焊缝金属化学成分不均匀形成的，成为化学成分不均匀形成的，成为层状偏析层状偏析或或结晶偏析。结晶偏析。 层状偏析不仅造成焊缝性能不均匀，而层状偏析不仅造成焊缝性能不均匀，而且由于一些有害元素的聚集，易于产生裂且由于一些有害元素的聚集，易于产生裂纹和层状分布的气孔。纹和层状分布的气孔。3 3、区域偏析、区域偏析 在整个焊缝范围内化学成分不均匀的现在整个焊缝范围内化学成分不均匀的现象。熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长象。熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移把杂质推向熔池中心，使熔池中大和推移把杂质推向熔池中心，使熔池中心的杂质比其他部位多，从而造成在整个心的杂质比其他部位多，

6、从而造成在整个焊缝截面上杂质成分明显不均匀。焊缝截面上杂质成分明显不均匀。 具有固态相变的结构钢焊接时具有固态相变的结构钢焊接时, ,熔池凝固熔池凝固所得的是一次结晶组织。在继续冷却过程中所得的是一次结晶组织。在继续冷却过程中一次结晶组织将发生组织转变一次结晶组织将发生组织转变( (即固态相变即固态相变) )，转变后得到的是二次结晶组织，又称为转变后得到的是二次结晶组织，又称为固态固态相变组织。相变组织。 二次结晶组织主要取决于焊缝金属的化二次结晶组织主要取决于焊缝金属的化学成分和冷却速度。学成分和冷却速度。 四四、焊缝金属的固态相变、焊缝金属的固态相变( (二次结晶二次结晶) )五、焊缝组织

7、与性能的改善五、焊缝组织与性能的改善 1 1、改善焊缝金属一次组织的措施、改善焊缝金属一次组织的措施 （1 1）焊缝金属的变质处理）焊缝金属的变质处理 焊接时通过焊接材料焊接时通过焊接材料( (焊条、焊丝或焊焊条、焊丝或焊剂剂) )向金属熔池中加入少量合金元素，使结向金属熔池中加入少量合金元素，使结晶过程发生明显变化，从而达到细化晶粒晶过程发生明显变化，从而达到细化晶粒的方法叫做的方法叫做变质处理变质处理。目前常用的合金元。目前常用的合金元素有钛、钒、铌、钼、铝等元素。素有钛、钒、铌、钼、铝等元素。 作用：通过变质处理增加晶核数量使晶作用：通过变质处理增加晶核数量使晶粒细化，从而较大幅度的提高

8、焊缝金属的粒细化，从而较大幅度的提高焊缝金属的强度和韧性，有效改善焊缝金属的力学性强度和韧性，有效改善焊缝金属的力学性能。能。（2 2）、）、振动结晶振动结晶 通过不同途径使熔池产生一定频率的通过不同途径使熔池产生一定频率的振动，打乱柱状晶的方向并对熔池产生强振动，打乱柱状晶的方向并对熔池产生强烈的搅拌作用，从而使晶粒细化，消除气烈的搅拌作用，从而使晶粒细化，消除气孔并改善焊缝金属的性能。孔并改善焊缝金属的性能。 目前正在研究和发展的振动结晶的方目前正在研究和发展的振动结晶的方法有：低频机械振动法有：低频机械振动 、高频超声振动、高频超声振动 、电、电磁振动磁振动 。（3 3）、调整焊接工艺参

9、数）、调整焊接工艺参数 焊接工艺参数决定了熔池的温度、形焊接工艺参数决定了熔池的温度、形状、尺寸和冷却速度，最终直接影响熔池状、尺寸和冷却速度，最终直接影响熔池结晶时晶粒成长的方向、晶粒的形状和尺结晶时晶粒成长的方向、晶粒的形状和尺寸，并影响焊缝金属的化学不均匀性寸，并影响焊缝金属的化学不均匀性 。（4 4）、锤击坡口或焊道表面、锤击坡口或焊道表面 使金属表面的晶粒破碎，晶粒细化，使金属表面的晶粒破碎，晶粒细化，并改善焊缝金属的组织与性能。并改善焊缝金属的组织与性能。六、改善焊缝金属二次组织的措施六、改善焊缝金属二次组织的措施 改善焊缝金属二次组织的措施有：改善焊缝金属二次组织的措施有：1 1

10、、预热和焊后进行热处理、预热和焊后进行热处理 焊后热处理的方法：主要有高温回火、焊后热处理的方法：主要有高温回火、消除应力退火、正火和调质处理。消除应力退火、正火和调质处理。2 2、进行多层焊、进行多层焊 根据多层焊的热循环特点可知，通过调根据多层焊的热循环特点可知，通过调整焊道数和焊接参数来改善一次结晶的条整焊道数和焊接参数来改善一次结晶的条件，同时逐层焊道间的后热作用也可以改件，同时逐层焊道间的后热作用也可以改善焊缝金属的二次组织。善焊缝金属的二次组织。3 3、跟踪回火、跟踪回火 跟踪回火就是在焊完每道焊缝后用气焊跟踪回火就是在焊完每道焊缝后用气焊火焰在焊缝表面跟踪加热。加热温度为火焰在焊缝表面跟踪加热。加热温度为900-900-10001000，加热可对焊缝内，加热可对焊缝内3-10mm3-10mm深度范围的深度范围的金属起到不同的回火作用。金属起到不同的回火作用。课课 后后 作作 业业1 1、溶池凝固的特点