焊缝结晶过程概要学习教案

1、会计学1焊缝结晶过程焊缝结晶过程(guchng)概要概要第一页，共27页。焊缝金属焊缝金属(jnsh)从高温的液态冷从高温的液态冷却到常温固态，经历过两次结晶过却到常温固态，经历过两次结晶过程。程。第一次：第一次： 是从液相转变为固相的结晶过程是从液相转变为固相的结晶过程；第二次：第二次： 是在固相中出现同素异构转变的是在固相中出现同素异构转变的过程。过程。第1页/共26页第二页，共27页。第2页/共26页第三页，共27页。1一次结晶一次结晶 由液态由液态(yti)转变为固态转变为固态的凝固过程，也是晶体形成的凝固过程，也是晶体形成的过程。它遵循金属结晶的的过程。它遵循金属结晶的一般规律。一般

2、规律。即：生核和长大两个阶段。即：生核和长大两个阶段。第3页/共26页第四页，共27页。生核：生核：（随热源移去（随热源移去-温度降低温度降低-原子原子(yunz)活动减弱活动减弱-达到凝固温达到凝固温 度原子度原子(yunz)重排列重排列-形成小形成小晶体晶体-即：晶核形成。）即：晶核形成。）熔熔合合线线熔熔合合线线液体液体(yt)晶核晶核第4页/共26页第五页，共27页。 长大长大 晶核形成后晶核形成后并不断吸附并不断吸附周围液体中周围液体中的原子，使的原子，使得体积不断得体积不断增大，直至增大，直至液态完全消液态完全消失失(xiosh)为止。为止。 长大长大部分部分第5页/共26页第六页

3、，共27页。熔熔池池结结晶晶(jijng)的的过过程程： 第6页/共26页第七页，共27页。2焊缝结晶过程中的偏析焊缝结晶过程中的偏析焊缝的一次结晶时冷却速度很快，成分焊缝的一次结晶时冷却速度很快，成分很难趋于一致，而结晶又有先后，因此很难趋于一致，而结晶又有先后，因此在相当程度上存在着化学成分不均匀而在相当程度上存在着化学成分不均匀而产生产生(chnshng)偏析，导致焊缝性能偏析，导致焊缝性能变差。变差。偏析包括：（偏析包括：（1）显微偏析）显微偏析 （2）区域偏析）区域偏析 （3）层状偏析）层状偏析第7页/共26页第八页，共27页。显微偏析：在一个柱状晶粒内部焊晶粒之间显微偏析：在一个柱

4、状晶粒内部焊晶粒之间化学成分分布不均的现象。化学成分分布不均的现象。柱状晶粒长大和结晶的特点：柱状晶粒长大和结晶的特点：最先结晶中心轴的金属最纯，最先结晶中心轴的金属最纯，后结晶的部分金属含有合金元素后结晶的部分金属含有合金元素(yun s)和和杂质较高，杂质较高，最后结晶的部分晶粒外缘和前端含合金与杂最后结晶的部分晶粒外缘和前端含合金与杂质最高。质最高。在一个柱状晶粒内部合金元素在一个柱状晶粒内部合金元素(yun s)分布分布不均的现象叫晶内偏析。不均的现象叫晶内偏析。第8页/共26页第九页，共27页。影响显微偏析的因素是化学成分分布不均，而这影响显微偏析的因素是化学成分分布不均，而这个不均

5、匀又与金属结晶的时间，结晶的温度，结个不均匀又与金属结晶的时间，结晶的温度，结晶的区域不同有关。晶的区域不同有关。其结果是：其结果是： 1、结晶区间越大，越易产生偏析、结晶区间越大，越易产生偏析 2、对低碳钢影响较小、对低碳钢影响较小 3、而高碳钢，合金钢结晶区间大，产生的偏析、而高碳钢，合金钢结晶区间大，产生的偏析就严重。就严重。因此，对这类钢焊后必须进行扩散和细化晶粒的因此，对这类钢焊后必须进行扩散和细化晶粒的热处理，以消除热处理，以消除(xioch)显微偏析现象。显微偏析现象。第9页/共26页第十页，共27页。第10页/共26页第十一页，共27页。区域偏析区域偏析区域偏析的形成：由于柱状

6、晶粒的区域偏析的形成：由于柱状晶粒的长大和推移，把杂质推向熔池的中长大和推移，把杂质推向熔池的中心心(zhngxn)，使得中心，使得中心(zhngxn)杂质含量大于其它部位杂质含量大于其它部位。这种现象称为区域偏析。这种现象称为区域偏析。焊缝断面形状与偏析的关系：焊缝断面形状与偏析的关系： 第11页/共26页第十二页，共27页。层状偏析：层状偏析：随着电弧的搅拌和移动随着电弧的搅拌和移动，使熔池始终处于脉动，使熔池始终处于脉动状态状态(zhungti)。这。这种脉动使得热量传递也种脉动使得热量传递也发生了变化，造成了熔发生了变化，造成了熔池晶粒随温度出现周期池晶粒随温度出现周期性的变化，引起杂

7、质浓性的变化，引起杂质浓度的变化。形成周期性度的变化。形成周期性的偏析现象叫层状偏析的偏析现象叫层状偏析。 第12页/共26页第十三页，共27页。第13页/共26页第十四页，共27页。第14页/共26页第十五页，共27页。3 焊缝的二次结晶一次结晶结束之后，熔池就转变为固态结晶阶段(jidun)。焊缝从高温转变到常温，焊缝要经过一系列相变过程。即焊缝的二次结晶。第15页/共26页第十六页，共27页。以低碳钢为例：一次结晶的晶柱都是奥氏体组织，当冷却到Ac3时（930度）由-Fe转变为-Fe 当温度再降低到Ac1时（723度）余下(yxi)的奥氏体分解为珠光体，所以，低碳钢焊缝在常温下的组织为铁

8、素体+珠光体。 第16页/共26页第十七页，共27页。第17页/共26页第十八页，共27页。钢的珠光体含量与冷却速度有关：钢的珠光体含量与冷却速度有关：由于焊缝冷却速度很快，所得的珠光由于焊缝冷却速度很快，所得的珠光体含量一般较平衡组织中的含量大。体含量一般较平衡组织中的含量大。一般的说，冷却速度越大，珠光体含一般的说，冷却速度越大，珠光体含量越高，而铁素体含量越少，材料量越高，而铁素体含量越少，材料(cilio)硬度和强度均有所提高，而硬度和强度均有所提高，而塑性和韧性则有所降低。塑性和韧性则有所降低。第18页/共26页第十九页，共27页。4焊缝热影响焊缝热影响区区焊接热循环：焊接热循环：在

9、热源的作用在热源的作用下，焊件某一下，焊件某一点温度随时间点温度随时间变化变化(binhu)的过程，称为的过程，称为该点的焊接热该点的焊接热循环。循环。 第19页/共26页第二十页，共27页。焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能（以低碳钢，（以低碳钢，Q235,Q345,16Mn为例）为例） 熔合区：熔合区： 熔合区是指在焊接接头中焊缝向热影响熔合区是指在焊接接头中焊缝向热影响区过渡的区域。区过渡的区域。熔合熔合 区附近又称半熔化区，是固相线和区附近又称半熔化区，是固相线和液相线之间的区域。在此区域，金属组液相线之间的区域。在此区域，金属组织是处于过热状态的组织，其塑性织是处于过热

10、状态的组织，其塑性(sxng)差。是产生焊接裂纹或局部脆差。是产生焊接裂纹或局部脆性破坏的发源地。性破坏的发源地。 第20页/共26页第二十一页，共27页。第21页/共26页第二十二页，共27页。2过热区过热区 过热区所处的温度范围是在固相线以过热区所处的温度范围是在固相线以下到下到1100左右左右(zuyu)的区间内。的区间内。其特点是：奥氏体晶粒严重长大，冷其特点是：奥氏体晶粒严重长大，冷却以后呈现晶粒粗大的过热组织。气却以后呈现晶粒粗大的过热组织。气焊或埋弧焊时易造成魏氏体组织。焊或埋弧焊时易造成魏氏体组织。过热区的组织塑性很低，尤其是冲击过热区的组织塑性很低，尤其是冲击韧性降低韧性降低

11、2030%第22页/共26页第二十三页，共27页。正火区正火区 温度范围在温度范围在Ac3（910）1100之之间。（这个区也叫做金属的重结晶区间。（这个区也叫做金属的重结晶区）特点是：常温时的铁素体特点是：常温时的铁素体+珠光体此时珠光体此时全部转换为奥氏体，如果是自然空气全部转换为奥氏体，如果是自然空气冷却，可以得到均匀的细小冷却，可以得到均匀的细小(xxio)的铁素体和珠光体晶粒。的铁素体和珠光体晶粒。也是热影响区中性能最好的区域。也是热影响区中性能最好的区域。第23页/共26页第二十四页，共27页。不完全重结晶区不完全重结晶区 该区处于该区处于Ac1Ac3之间（之间（723910）焊缝

12、金属中的珠光体和部分铁素体转变焊缝金属中的珠光体和部分铁素体转变为奥氏体，但仍保留部分铁素体。冷却为奥氏体，但仍保留部分铁素体。冷却时，奥氏体晶粒又发生了重结晶过程，时，奥氏体晶粒又发生了重结晶过程，得到晶粒细小的铁素体和珠光体组织得到晶粒细小的铁素体和珠光体组织(zzh)，而始终未转变的奥氏体的铁素，而始终未转变的奥氏体的铁素体却长大了，变成了粗大的铁素体组织体却长大了，变成了粗大的铁素体组织(zzh)。因此，这个区域的组织因此，这个区域的组织(zzh)是不均匀是不均匀的，力学性能也是不均匀的。的，力学性能也是不均匀的。第24页/共26页第二十五页，共27页。根据热影响区的大小，可以间接判断焊接根据热影响区的大小，可以间接判断焊接质量。一般来说，热影响区窄的钢，焊接质量。一般来说，热影响区窄的钢，焊接接头中的内应力越大，越容易出现裂纹。接头中的内应力越大，越容