熔池凝固和焊缝固态相变学习教案

1、会计学1熔池凝固和焊缝熔池凝固和焊缝(hn fn)固态相变固态相变第一页，共114页。2第四节 焊缝(hn fn)性能的控制第一节 熔池凝固(nngg)第二节 焊缝(hn fn)固态相变第三节 焊缝中的气孔和夹杂第1页/共114页第二页，共114页。3第2页/共114页第三页，共114页。41. 熔池体积小，冷却速度大2熔池中的液态金属处于过热状态3熔池在运动状态下结晶 第3页/共114页第四页，共114页。5第4页/共114页第五页，共114页。6第5页/共114页第六页，共114页。723316FrEr：新相与液相间的表面张力系数。Fr：单位体积内液固两相自由能之差。 第6页/共114页第

2、七页，共114页。8：非自发晶核的浸润角=0 EK=04coscos32316323rFkE第7页/共114页第八页，共114页。9焊接时存在两种非自发晶核质点，一种是合金(hjn)元素，另一种是现成表面，焊接熔池边界，正是固液相的相界石，熔池边界半熔化的母材晶粒表面为新相晶核的“基底”。第8页/共114页第九页，共114页。10的并连续不断地吸附在晶体表面的小台阶处而迅速长大。第9页/共114页第十页，共114页。11 焊接熔池边界正是固液相的相界面，熔池边界的部分熔化的母材晶粒表面完全可能成为新相晶核的“基底” ，非均匀生核，焊缝金属呈柱状晶形式(xngsh)与母材相联系，好似母材晶粒外延

3、长大。这种依附于母材晶粒现成表面而形成共同晶粒的凝固方式，称为外延结晶或联生结晶。第10页/共114页第十一页，共114页。12三、熔池结晶三、熔池结晶(jijng)(jijng)线速度线速度 第11页/共114页第十二页，共114页。13在厚大焊件的表面上快速堆焊 ：热扩散率 （cm2/s） vc : 晶粒成长的平均速度 v : 焊速 : v0和vc的夹角 2122222211cosKKKKTaqYYMA薄板上自动焊接2122121cosyykkTmhqA第12页/共114页第十三页，共114页。142 2、焊接规范、焊接规范(gufn)(gufn)的影响的影响 当焊速大时， 则越大，晶粒主

4、轴的成长方向垂直于焊缝中心线，称为定向晶。当焊速小时，晶粒主轴的成长方向弯曲，形成偏向晶。第13页/共114页第十四页，共114页。15第14页/共114页第十五页，共114页。16第15页/共114页第十六页，共114页。17a)G0时的温度(wnd)分布b)G0时的界面结晶(jijng)形态d)GP0PhPH2+PN2+PCO+.P0Pa+Pm+Ps+第78页/共114页第七十九页，共114页。8021capPPn 气泡(qpo)形成初期，r很小，附加压Pc则很大，气泡(qpo)很难形成。焊接时，由于熔池内存在着很多现成表面，如柱状晶粒和液态金属相接触的地方形成，这些地方由于界面张力的作用

5、，气泡(qpo)不成园形，可以得到较大的曲率半径r使Pc减小。第79页/共114页第八十页，共114页。81平衡(pnghng)时：气液液现气现气液液现气现coscos当90，有利于气泡上浮，气泡形成的快，完全脱离现成表面。当90, 由于形成细颈过程需要时气，若结晶速度气泡脱离现成表面的速度，就会形成气孔 第80页/共114页第八十一页，共114页。822）结晶速度 ： v较小时，气泡有充分时间(shjin)逸出，无气孔，气泡易上浮；v大时，气泡上浮时间(shjin)短，可能残余在焊缝内部。 3）气泡上浮速度 ：22192grv当r,v易浮出液体金属密度越大，v不易形成气孔影响最大，T,易上浮

6、v。T,V易形成气孔 第81页/共114页第八十二页，共114页。83第82页/共114页第八十三页，共114页。841）熔渣与弧柱气氛的氧化性C0 COH2 氧的活度 ax 第83页/共114页第八十四页，共114页。852）熔渣成分影响(yngxing) 氟化钙脱氢机理氧化物脱氢机理酸性焊条脱氢是靠较强氧化物.碱性焊条脱氢是靠碳酸盐分解,产生较强氧化性.OH氟化物脱氢第84页/共114页第八十五页，共114页。863）铁锈及水份(shu fn)的影响3Fe2O3=2 Fe3O4+O2 Fe3O4+H2O=3 Fe2O3+H2Fe+H2O= FeO+H2第85页/共114页第八十六页，共11

7、4页。87电流, 熔池存在时间,气体外逸;熔滴尺寸，比表面积，易产生气孔熔深,不易使气体逸出焊条电阻热，药皮提前脱落，易产生气孔.电压,N气孔；焊速,气孔增加.第86页/共114页第八十七页，共114页。88 直流反接，气孔小（溶滴为正）直流正接，气孔多（溶滴为阴极收）交流焊接，气孔更多焊件去油、锈；烘干焊条；短弧焊第87页/共114页第八十八页，共114页。89第88页/共114页第八十九页，共114页。90本节结束(jish)第89页/共114页第九十页，共114页。91性能的途经很多，但主要是焊缝的固溶强化、变质处理（微合金化）和调整焊接工艺 。第90页/共114页第九十一页，共114页

8、。92善焊缝韧。第91页/共114页第九十二页，共114页。93第92页/共114页第九十三页，共114页。94（一） 锰和硅对焊缝(hn fn)性能的影响强度较低的Mnsi系焊缝金属：Mn，Si数量少时(shosh)，形成粗大的铁素体；提高Mn，Si数量则可形成针状铁素体AF，超过一定量后，可形成块状铁素体LF。Mn，Si量有最佳范围，MnSi值为36。第93页/共114页第九十四页，共114页。95强度较高的高强(goqing)钢焊缝：在AF之间会产生一定数量的M-A组元。调整Mn，Ni数量以获得单一的微细AF。Mn，Ni数量较少时，岛状相部分分解为铁素体和渗碳体，还可有先共析铁素体；Mn

9、，Ni过多：形成LF，还可能产生M。Mn Si单纯加入提高焊缝韧性有限。第94页/共114页第九十五页，共114页。96第95页/共114页第九十六页，共114页。97第96页/共114页第九十七页，共114页。98（二） 铌和钒对焊缝(hn fn)韧性的影响适当的Nb和 V,焊缝韧性通过固溶,推迟AF转变,抑制GBF和FSP,利于形成AF.NbN,VN以微细共格沉淀相存在(cnzi)，焊缝强度韧性。只有正火处理，改善焊缝韧性。因此，一般不加Nb和 V。第97页/共114页第九十八页，共114页。99第98页/共114页第九十九页，共114页。100（三） 钛、硼对焊缝韧性(rn xn)的影响

10、 Ti 和 B同时存在可提高焊缝韧性(rn xn)Ti和O亲和力比较大，形成细小的（TiO）细化晶粒。Ti保护B不被氧化，B偏聚A晶界，抑制GBF和PF，利于形成AP。合适加入量Ti0.010.02% B=0.0020.006%.第99页/共114页第一百页，共114页。101第100页/共114页第一百零一页，共114页。102（四） 钼对焊缝(hn fn)韧性的影响M0 焊缝的强度韧性M00.5%时， AF转变降低,形成B上合适量0.2-0.35%,形成细晶铁素体.第101页/共114页第一百零二页，共114页。103第102页/共114页第一百零三页，共114页。104（五） 稀土元素对

11、焊缝金属(jnsh)性能的影响稀土分为两类:重稀土:Y(钇组)轻稀土:Ce(铈组)作用：脱氢、脱氧、脱氮 改变夹杂物形态 提高韧性(rn xn) 减少裂纹第103页/共114页第一百零四页，共114页。105（六） 碲在焊缝中的作用碲：去H2 抗冷裂与稀土一同加入(jir)，提高韧性。总结：Mn、Si固溶强化Ti、B、Zr、变质处理V、Nb、Mo二者兼有。第104页/共114页第一百零五页，共114页。106第105页/共114页第一百零六页，共114页。107低频机械振动高频超声振动电磁振动振动频率(pnl)10000Hz以下振动频率20000Hz以下第106页/共114页第一百零七页，共1

12、14页。108（二）（二） 焊后处理焊后处理（三）（三） 多层焊接多层焊接(hnji)(hnji)第107页/共114页第一百零八页，共114页。109（四） 锤击(chu j)焊道表面BTRBTR焊接方向熔池锤击位置焊接方向沿焊缝中心线温度分布沿焊缝中心线温度分布熔池锤击位置第108页/共114页第一百零九页，共114页。110（五） 跟踪回火(hu hu)处理 第109页/共114页第一百一十页，共114页。111第110页/共114页第一百一十一页，共114页。112第111页/共114页第一百一十二页，共114页。113、试述氢气和气孔的形成原因、特征及如何防止。、用一分为二的观点分析夹杂物对焊缝金属性能的影响。、分析微量元素(o、b、i、