河南工业大学

1、河南工业大学 10 材具有交互结晶的特征，图2-2为母材和焊缝金属交互结晶的示意图。由图可知，焊缝金属与联接处母材具有共晶现象，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止。这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶。 在图2-2中显示，随着晶粒的成长，熔池中晶粒界面前的浓度过冷和温度梯度也随着发生变化。因而，熔池全部凝固以后，各处将会出现不同的结晶形态。在焊接熔池的熔化边界上，温度梯度G较大，结晶速度R很小，因此此处的浓度过冷最小，

2、随着焊接熔池的结晶。温度梯度G由熔化边界处直到焊缝中心逐渐变小，熔池的结晶速度R却逐渐增大，到焊缝中心处，温度梯度最小，结晶速度最大。 热影响区是焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。按其组织特征又可分为以下四个区域： 图 23 河南工业大学 11 （a）过热区 （粗晶区） 指焊接热影响区中，具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。此区的温度范围为固相线至1100，因加热温度过高，奥氏体晶粒急剧长大，使其塑性明显下降，尤其是冲击韧度下降20-30，对于易淬火钢，此区脆性更大，是热影响区中性能最差的部位。焊接刚度大的结构件时，常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。

3、（b）细晶区 细晶区是焊接时母材被加热到1100Ac3的部位，将发生重结晶，将发生重结晶，即铁素体和珠光体全部变为奥氏体，然后在空气中冷却得到细小均匀的铁素体和珠光体，相当于热处理的正火组织。此区域的塑性和韧性都较好，是焊接热影响区中性能最好的区域。 （c）熔合区 熔合区为焊缝与母材相邻的部位，又称半熔化区，温度处于液相线与固相线之间。这个区域的微观行为十分复杂，焊缝与母材的不规则结合，形成了参差不齐的分界面。此区域的范围很窄，但由于在化学成分上和组织性能上都有较大的不均匀性，所以对焊接接头的强度、韧性有很大影响。在许多情况下熔合区是产生裂纹、脆性破坏的发源地。 （d)不完全重结晶区 加热温度

4、Ac1- Ac3，约750-900，钢被加热奥氏体+ 部分铁素体区域，冷却后的组织为细小铁素体+珠光体+部分大块未变化的铁素体，晶粒大小不 河南工业大学 12 均匀。此区特点是晶粒大小不一，组织不均匀，因此力学性能也不均匀。 2.2实验材料与设备 实验设备 钨极交、直流方波氩弧焊焊机（焊机型号WANBO-WSE-350）、BM-4XDV倒置金相显微镜、维氏显微硬度计HV1000A、型材切割机（J1G-DI-355）、250毫米落地砂轮机、金相砂纸、金相抛光机，J422系列焊条等。 图2-4 粗抛设备 图2-5 精抛设备 河南工业大学河南工业大学 25 图3-9 热影响区40倍 图3-10 热影

5、响区100倍 图3-11 热影响区400倍 热影响区的显微组织 受焊接过程热循环（加热和冷却）的作用焊缝附近的热影响区相当于经历了“特殊的热处理” 过程一样。 焊缝及热影响区各部分由于离焊池距离不同而被加热到不同的温度，焊后冷却时又以不同的冷速冷却下来,因此使该区的组织变得复杂。 由于焊缝周围的金属导热作用，焊缝和热影响的冷却速度很快，有时可达淬火的程度。冷却速度受材料的导河南工业大学 26 热性、板厚和接头形状及钢板在焊前初始温度（包括环境温度或预热温度） 等因素的影响。钢板尺寸越大，冷却越快，钢板初始温度越高（预热） ，冷速越慢。 通过一组同学的对比观察到的组织随焊接电流的变大，焊缝区、熔

6、合区和热影响区组织晶粒度逐渐粗化，由铁素体逐渐变为珠光体和魏氏组织。 结论 (1)在其他条件一定的情况下，随着电弧焊焊接电流增大，焊接的引弧性、河南工业大学 27 稳弧性、脱渣性及焊缝成形性都逐渐变好，但是焊接飞溅和电弧吹力较大。 （2）随着焊接电流增大，焊接接头同一特征区的组织由铁素体逐渐转变为珠光体或者魏氏组织，晶粒度逐渐变粗化。 （3）焊条直径相同，焊接电流不同时，焊接电流越大，各特征区的硬度分布呈现曲线分布，逐渐变大；同一焊接电流下，焊缝区硬度最低，熔合区和热影响区较高。 （4）焊条直径为3.2mm时最佳焊接电流为120A。 河南工业大学 28 结束语 通过这次课程设计，我学会了不少知

7、识，也对以前学的焊接方面的知识有了很好的复习巩固。这次的课程设计并不是很简单，想要做好，需要查很多文献，对工艺设计有较好的了解。做实验获得数据的过程也并不容易，尤其是磨金相组织，一开始有很多划痕，结果返工重新磨了多次才可以看清组织，顺利完成实验。这次的课程设计试验和理论相结合，既提高了自己的动手操作能力，也学会了很多理论知识，在焊接基础和焊接工艺这方面受益匪浅，工艺设计和应用能力得到很大的提高，我学到许多课本上没有的知识，了解到实践的重要性，很感谢老师们的耐心指导。由于自己焊接知识方面还有很多欠缺，难免存在不足和错误之处，希望老师给以指正。 河南工业大学25图3-9 热影响区40倍图3-10

8、热影响区100倍图3-11 热影响区400倍热影响区的显微组织受焊接过程热循环（加热和冷却）的作用焊缝附近的热影响区相当于经历了“特殊的热处理”过程一样。焊缝及热影响区各部分由于离焊池距离不同而被加热到不同的温度，焊后冷却时又以不同的冷速冷却下来,因此使该区的组织变得复杂。由于焊缝周围的金属导热作用，焊缝和热影响的冷却速度很快，有时可达淬火的程度。冷却速度受材料的导河南工业大学26热性、板厚和接头形状及钢板在焊前初始温度（包括环境温度或预热温度）等因素的影响。钢板尺寸越大，冷却越快，钢板初始温度越高（预热），冷速越慢。通过一组同学的对比观察到的组织随焊接电流的变大，焊缝区、熔合区和热影响区组织

9、晶粒度逐渐粗化，由铁素体逐渐变为珠光体和魏氏组织。结论(1)在其他条件一定的情况下，随着电弧焊焊接电流增大，焊接的引弧性、河南工业大学27稳弧性、脱渣性及焊缝成形性都逐渐变好，但是焊接飞溅和电弧吹力较大。（2）随着焊接电流增大，焊接接头同一特征区的组织由铁素体逐渐转变为珠光体或者魏氏组织，晶粒度逐渐变粗化。（3）焊条直径相同，焊接电流不同时，焊接电流越大，各特征区的硬度分布呈现曲线分布，逐渐变大；同一焊接电流下，焊缝区硬度最低，熔合区和热影响区较高。（4）焊条直径为3.2mm时最佳焊接电流为120A。河南工业大学28结束语通过这次课程设计，我学会了不少知识，也对以前学的焊接方面的知识有了很好的复习巩固。这次的课程设计并不是很简单，想要做好，需要查很多文献，对工艺设计有较好的了解。做实验获得数据的过程也并不容易，尤其是磨金相组织，一开始有很多划痕，结果返工重新磨了多次才可以看清组织，顺利完成实验。这次的课程设计试验和理论相结合，既提高了