焊缝成分、组织与性能课件

3焊接接头的组织及性能焊缝成分、组织与性能3焊接接头的组织及性能焊缝成分、组织与性能1熔池焊缝的成分焊缝的组织焊缝的性能3.1焊缝的成分、组织与性能焊缝成分、组织与性能熔池3.1焊缝的成分、组织与性能焊缝成分、组织与性能2熔池的形状HmaxLBmaxP2:比例常数；q:电弧功率q=IU熔池的形状和尺寸与焊接规范有关。焊缝成分、组织与性能熔池的形状HmaxLBmaxP2:比例常数；熔池的形状和尺寸3提高焊接电流，熔池的最大熔深Hmax增加，最大宽度Bmax减小；提高焊接电压，熔池的最大熔深Hmax减小，最大宽度Bmax增加；焊缝成分、组织与性能提高焊接电流，熔池的最大熔深Hmax增加，最大宽度Bmax减4熔合比局部熔化的母材金属在焊缝金属中所占的比例basemetaldepositedmetalFbFdd不同时，即使采用相同的焊材，焊缝的成分亦不相同焊缝的成分焊缝成分、组织与性能熔合比局部熔化的母材金属在焊缝金属中所占的比例bas5通常填充金属的成分与母材是不同的，特别是在异种接头或合金堆焊时。当堆焊金属的合金成分主要来自于填充金属时，局部熔化的母材在焊缝中的效果可认为是稀释。故熔合比又称稀释率。焊缝成分、组织与性能通常填充金属的成分与母材是不同的，特别是在异种接头或合金6不考虑焊接冶金反应的焊缝成分计算焊缝中某种元素的浓度为母材中该元素的浓度焊接材料中该元素的浓度焊缝成分、组织与性能不考虑焊接冶金反应的焊缝成分计算焊缝中某种元素的浓度为母材中7焊缝实际成分因为焊接冶金反应，焊材中的合金元素会有一定量的损失，熔池中熔化的母材也会有烧损。故有元素的过渡系数μ焊缝成分、组织与性能焊缝实际成分因为焊接冶金反应，焊材中的合金元素会有一定量的损8凡是对氧亲合力大的元素，μ则小。1800℃时各元素对氧的亲合力顺序为：Al-Zr-Mg-C-B-Ti-Si-V-Mn-Nb-Cr-Fe-Mo-W-P-S-Co-Ni-Cu活性元素惰性元素焊缝成分、组织与性能凡是对氧亲合力大的元素，μ则小。1800℃时各元素对氧的9影响焊缝成分的因素熔合比dd∝通过焊丝、焊剂（药皮）、母材渗合金时，合金元素的过渡系数是不同的，依次为：

母材、焊丝、焊剂（药皮）d焊缝成分、组织与性能影响焊缝成分的因素d焊缝成分、组织与性能10焊缝成分的变化，常常是有益元素的烧损，有害杂质的增多如：Ｍn、Si、C↓N↑27倍、Ｏ↑9倍、Ｈ↑1～2倍焊接方法及焊接工艺规范电弧气氛的氧化性，保护气体，规范参数I、U、v

如：I↑烧损↑，埋弧焊Ｉ从150↑180A，则[Mn]w从0.57%↓0.40%焊缝成分、组织与性能焊缝成分的变化，常常是有益元素的烧损，有害杂质的增多焊缝成分11焊缝的组织焊缝是由熔池凝固结晶形成的；焊缝形成后还会发生固态相变；焊缝的组织由熔池的凝固结晶过程和焊缝的固态相变过程决定。焊缝成分、组织与性能焊缝的组织焊缝是由熔池凝固结晶形成的；焊缝成分、组织与性能12熔池的体积小，冷却速度大在一般电弧焊条件下，熔池的体积最大只有30cm3,质量不超过100g，冷却速度平均为4~100℃/s。因此，对于含碳量高、含合金元素较多的钢种，易产生淬硬组织。由于冷却很快，温度梯度大，使焊缝中柱状晶得到很大的发展。熔池结晶的特点焊缝成分、组织与性能熔池的体积小，冷却速度大熔池结晶的特点焊缝成分、组织与性能13熔池中的液态金属处于过热状态对于低碳钢或低合金钢来讲，在一般电弧焊条件下，熔池的平均温度可达1700±100℃，而熔滴温度更高，为2300±200℃。由于液态金属的过热度较大，合金元素的烧损比较严重，熔池非自发晶核的质点大为减少，也促使焊缝柱状晶的发展。焊缝成分、组织与性能熔池中的液态金属处于过热状态焊缝成分、组织与性能14熔池在运动状态下凝固在热源作用下，熔池的前半部熔化的同时，熔池的后半部开始凝固。同时，熔池是随着焊接热源一起运动的。此外，在焊接条件下，熔池在各种力的作用下被搅拌，这对于排除气体、夹杂及焊缝成分均匀化都是有利的。焊缝成分、组织与性能熔池在运动状态下凝固焊缝成分、组织与性能15熔池金属结晶的形态合金元素或杂质的悬浮质点为了细化焊缝晶粒，有时在焊接材料中加入一定的合金元素，如Mo、V、Ti、Nb等，作为非自发晶核质点。交互结晶熔合区半熔化晶粒表面，在此表面上非自发形核，形成所谓交互结晶，或称联生结晶。熔池凝固以非自发晶核为主焊缝成分、组织与性能熔池金属结晶的形态合金元素或杂质的悬浮质点熔池凝固以非自发16联生结晶焊缝成分、组织与性能联生结晶焊缝成分、组织与性能17焊缝中的晶体形态主要是柱状晶和少量的等轴晶。结晶形态的不同，是由于金属的纯度和散热条件的不同所致。合金结晶时，由于成分过冷，在过冷度不是很大的情况下就可出现树枝状晶。根据成分过冷理论，熔池结晶可能出现以下五种形态。焊缝成分、组织与性能焊缝中的晶体形态主要是柱状晶和少量的等轴晶。结晶形态的不同，18成分过冷constitutionalsupercoolingTx实际温度实际结晶温度因合金的选分结晶，已结晶的固体前沿低熔点物质多，造成成分过冷。焊缝成分、组织与性能成分过冷constitutionalsupercoolin191）平面晶当液相温度高于固相温度，温度梯度G很大时，G不与实际结晶温度线T相交，因此不出现成分过冷现象。此时结晶所释放的热量向界面后方的固体散去，使结晶界面缓慢地向前推移，结晶呈平面形态，称为平面晶。这种平面结晶多发生在高纯度的焊缝金属，如纯铌板氩弧焊。焊缝成分、组织与性能1）平面晶当液相温度高于固相温度，温度梯度G很大时，G不与实20Tx实际温度实际结晶温度焊缝成分、组织与性能Tx实际温度实际结晶温度焊缝成分、组织与性能212）胞状晶当温度梯度G与实际结晶温度T相交较少时，即具有较小的成分过冷，便出现胞状结晶。此时因平面结晶界面处于不稳定状态，凝固界面长出许多平行束状的芽胞伸入过冷液体内，断面是六角形的胞状结晶形态，如同蜂窝状。焊缝成分、组织与性能2）胞状晶当温度梯度G与实际结晶温度T相交较少时，即具有较小223）胞状树枝晶当成分过冷稍大时，界面上凸起部分能够深入液体内部较长的距离。与此同时，凸起部分也向周围排出溶质，于是在横向也产生了成分过冷，这时从主干向横向伸出短小的二次横枝形成树枝晶。但由于主干的间距较小，所以二次横枝也比较短，这样就形成了特殊的胞状树枝晶。

焊缝成分、组织与性能3）胞状树枝晶当成分过冷稍大时，界面上凸起部分能够深入液体内234）树枝状晶当成分过冷进一步增大时，即温度梯度G，与实际结晶温度T相交的面积很大时，在一个晶体内除产生一个很长的主干之外，还向四周伸出二次横枝，因而形成了明显的树枝结晶。

焊缝成分、组织与性能4）树枝状晶当成分过冷进一步增大时，即温度梯度G，与实际结晶245）等轴晶当液相中的温度梯度G很小，能在液相中形成很宽的成分过冷区，此时不仅在结晶前沿形成树枝晶，同时也能在液相内部生核，产生新的晶粒，这些晶粒的四周不受阻碍，可以自由生长，形成等轴晶。焊缝成分、组织与性能5）等轴晶当液相中的温度梯度G很小，能在液相中形成很宽的成分25影响结晶形态的主要因素有合金中溶质的浓度C0(成分过冷)、晶粒长大速度R(结晶速度)、和液相中的温度梯度G等轴晶等轴晶树枝状晶胞状树枝晶胞状晶平面晶柱状晶溶质浓度焊缝成分、组织与性能影响结晶形态的主要因素有合金中溶质的浓度C0(成分过冷)、晶26由于熔池结晶过程中，冷却速度很大，合金元素来不及扩散均匀，带来了焊缝金属化学成分的不均匀性，即出现所谓偏析现象。显微偏析区域偏析层状偏析焊缝金属中的化学不均匀性焊缝成分、组织与性能由于熔池结晶过程中，冷却速度很大，合金元素来不及扩散均匀，带271）显微偏析焊缝金属在凝固过程中，先凝固的固相含溶质浓度较低，后凝固的固相含溶质浓度较高，并富集了许多杂质。当焊缝的凝固呈胞状晶长大时，在胞状晶体的中心溶质浓度最低，而在胞状晶相邻的边界上，溶质浓度最高。焊缝成分、组织与性能1）显微偏析焊缝金属在凝固过程中，先凝固的固相含溶质浓度较低28当固相呈树枝晶长大时，先凝固的树干含溶质的浓度最低，后凝固的树枝含溶质浓度稍低，最后凝固部分，也就是相邻树枝晶间的晶界上，溶质浓度最高。是含有镍铬的合金结构钢枝枝晶内不同部位的镍、铬和锰的分布。m表示树枝中心，I表示树枝区域，A和M表示树枝晶的晶界。mIMA焊缝成分、组织与性能当固相呈树枝晶长大时，先凝固的树干含溶质的浓度最低，后凝固的292）区域偏析在焊缝凝固时，由于柱状晶不断长大推移，把溶质和杂质推向熔池的中心部位，使最后凝固部位产生较严重的区域偏析。在焊速较大时，成长的柱状晶最后都在焊缝中心附近相遇，使焊缝中心出现溶质和杂质的偏析，在焊接应力作用下，将会导致焊缝纵向裂纹的产生。SMAWEBW焊缝成分、组织与性能2）区域偏析在焊缝凝固时，由于柱状晶不断长大推移，把溶质和303）层状偏析由于在熔池凝固中放出的结晶潜热和高温熔滴的过渡周期性的变化，使得凝固界面的液体金属成分也发生周期性的变化，因而造成了所谓层状偏析；层状偏析常集中了一些有害的元素，如碳、硫、磷等，因而容易在偏析层出现焊接缺陷。气孔焊缝成分、组织与性能3）层状偏析由于在熔池凝固中放出的结晶潜热和高温熔滴的过渡31焊缝金属的显微组织与性能熔池各部位成分过冷不同，凝固形态也有所不同焊缝成分、组织与性能焊缝金属的显微组织与性能熔池各部位成分过冷不同，凝固形态也32凝固形态对焊缝的力学性能有很大的影响。粗大的柱状晶会降低焊缝金属的强度和韧性。低碳钢焊缝晶粒大小对冲击韧性的影响温度ak细晶粗晶粗大柱状晶焊缝成分、组织与性能凝固形态对焊缝的力学性能有很大的影响。粗大的柱状晶会降低焊缝333焊接接头的组织及性能焊缝成分、组织与性能3焊接接头的组织及性能焊缝成分、组织与性能34熔池焊缝的成分焊缝的组织焊缝的性能3.1焊缝的成分、组织与性能焊缝成分、组织与性能熔池3.1焊缝的成分、组织与性能焊缝成分、组织与性能35熔池的形状HmaxLBmaxP2:比例常数；q:电弧功率q=IU熔池的形状和尺寸与焊接规范有关。焊缝成分、组织与性能熔池的形状HmaxLBmaxP2:比例常数；熔池的形状和尺寸36提高焊接电流，熔池的最大熔深Hmax增加，最大宽度Bmax减小；提高焊接电压，熔池的最大熔深Hmax减小，最大宽度Bmax增加；焊缝成分、组织与性能提高焊接电流，熔池的最大熔深Hmax增加，最大宽度Bmax减37熔合比局部熔化的母材金属在焊缝金属中所占的比例basemetaldepositedmetalFbFdd不同时，即使采用相同的焊材，焊缝的成分亦不相同焊缝的成分焊缝成分、组织与性能熔合比局部熔化的母材金属在焊缝金属中所占的比例bas38通常填充金属的成分与母材是不同的，特别是在异种接头或合金堆焊时。当堆焊金属的合金成分主要来自于填充金属时，局部熔化的母材在焊缝中的效果可认为是稀释。故熔合比又称稀释率。焊缝成分、组织与性能通常填充金属的成分与母材是不同的，特别是在异种接头或合金39不考虑焊接冶金反应的焊缝成分计算焊缝中某种元素的浓度为母材中该元素的浓度焊接材料中该元素的浓度焊缝成分、组织与性能不考虑焊接冶金反应的焊缝成分计算焊缝中某种元素的浓度为母材中40焊缝实际成分因为焊接冶金反应，焊材中的合金元素会有一定量的损失，熔池中熔化的母材也会有烧损。故有元素的过渡系数μ焊缝成分、组织与性能焊缝实际成分因为焊接冶金反应，焊材中的合金元素会有一定量的损41凡是对氧亲合力大的元素，μ则小。1800℃时各元素对氧的亲合力顺序为：Al-Zr-Mg-C-B-Ti-Si-V-Mn-Nb-Cr-Fe-Mo-W-P-S-Co-Ni-Cu活性元素惰性元素焊缝成分、组织与性能凡是对氧亲合力大的元素，μ则小。1800℃时各元素对氧的42影响焊缝成分的因素熔合比dd∝通过焊丝、焊剂（药皮）、母材渗合金时，合金元素的过渡系数是不同的，依次为：

母材、焊丝、焊剂（药皮）d焊缝成分、组织与性能影响焊缝成分的因素d焊缝成分、组织与性能43焊缝成分的变化，常常是有益元素的烧损，有害杂质的增多如：Ｍn、Si、C↓N↑27倍、Ｏ↑9倍、Ｈ↑1～2倍焊接方法及焊接工艺规范电弧气氛的氧化性，保护气体，规范参数I、U、v

如：I↑烧损↑，埋弧焊Ｉ从150↑180A，则[Mn]w从0.57%↓0.40%焊缝成分、组织与性能焊缝成分的变化，常常是有益元素的烧损，有害杂质的增多焊缝成分44焊缝的组织焊缝是由熔池凝固结晶形成的；焊缝形成后还会发生固态相变；焊缝的组织由熔池的凝固结晶过程和焊缝的固态相变过程决定。焊缝成分、组织与性能焊缝的组织焊缝是由熔池凝固结晶形成的；焊缝成分、组织与性能45熔池的体积小，冷却速度大在一般电弧焊条件下，熔池的体积最大只有30cm3,质量不超过100g，冷却速度平均为4~100℃/s。因此，对于含碳量高、含合金元素较多的钢种，易产生淬硬组织。由于冷却很快，温度梯度大，使焊缝中柱状晶得到很大的发展。熔池结晶的特点焊缝成分、组织与性能熔池的体积小，冷却速度大熔池结晶的特点焊缝成分、组织与性能46熔池中的液态金属处于过热状态对于低碳钢或低合金钢来讲，在一般电弧焊条件下，熔池的平均温度可达1700±100℃，而熔滴温度更高，为2300±200℃。由于液态金属的过热度较大，合金元素的烧损比较严重，熔池非自发晶核的质点大为减少，也促使焊缝柱状晶的发展。焊缝成分、组织与性能熔池中的液态金属处于过热状态焊缝成分、组织与性能47熔池在运动状态下凝固在热源作用下，熔池的前半部熔化的同时，熔池的后半部开始凝固。同时，熔池是随着焊接热源一起运动的。此外，在焊接条件下，熔池在各种力的作用下被搅拌，这对于排除气体、夹杂及焊缝成分均匀化都是有利的。焊缝成分、组织与性能熔池在运动状态下凝固焊缝成分、组织与性能48熔池金属结晶的形态合金元素或杂质的悬浮质点为了细化焊缝晶粒，有时在焊接材料中加入一定的合金元素，如Mo、V、Ti、Nb等，作为非自发晶核质点。交互结晶熔合区半熔化晶粒表面，在此表面上非自发形核，形成所谓交互结晶，或称联生结晶。熔池凝固以非自发晶核为主焊缝成分、组织与性能熔池金属结晶的形态合金元素或杂质的悬浮质点熔池凝固以非自发49联生结晶焊缝成分、组织与性能联生结晶焊缝成分、组织与性能50焊缝中的晶体形态主要是柱状晶和少量的等轴晶。结晶形态的不同，是由于金属的纯度和散热条件的不同所致。合金结晶时，由于成分过冷，在过冷度不是很大的情况下就可出现树枝状晶。根据成分过冷理论，熔池结晶可能出现以下五种形态。焊缝成分、组织与性能焊缝中的晶体形态主要是柱状晶和少量的等轴晶。结晶形态的不同，51成分过冷constitutionalsupercoolingTx实际温度实际结晶温度因合金的选分结晶，已结晶的固体前沿低熔点物质多，造成成分过冷。焊缝成分、组织与性能成分过冷constitutionalsupercoolin521）平面晶当液相温度高于固相温度，温度梯度G很大时，G不与实际结晶温度线T相交，因此不出现成分过冷现象。此时结晶所释放的热量向界面后方的固体散去，使结晶界面缓慢地向前推移，结晶呈平面形态，称为平面晶。这种平面结晶多发生在高纯度的焊缝金属，如纯铌板氩弧焊。焊缝成分、组织与性能1）平面晶当液相温度高于固相温度，温度梯度G很大时，G不与实53Tx实际温度实际结晶温度焊缝成分、组织与性能Tx实际温度实际结晶温度焊缝成分、组织与性能542）胞状晶当温度梯度G与实际结晶温度T相交较少时，即具有较小的成分过冷，便出现胞状结晶。此时因平面结晶界面处于不稳定状态，凝固界面长出许多平行束状的芽胞伸入过冷液体内，断面是六角形的胞状结晶形态，如同蜂窝状。焊缝成分、组织与性能2）胞状晶当温度梯度G与实际结晶温度T相交较少时，即具有较小553）胞状树枝晶当成分过冷稍大时，界面上凸起部分能够深入液体内部较长的距离。与此同时，凸起部分也向周围排出溶质，于是在横向也产生了成分过冷，这时从主干向横向伸出短小的二次横枝形成树枝晶。但由于主干的间距较小，所以二次横枝也比较短，这样就形成了特殊的胞状树枝晶。

焊缝成分、组织与性能3）胞状树枝晶当成分过冷稍大时，界面上凸起部分能够深入液体内564）树枝状晶当成分过冷进一步增大时，即温度梯度G，与实际结晶温度T相交的面积很大时，在一个晶体内除产生一个很长的主干之外，还向四周伸出二次横枝，因而形成了明显的树枝结晶。

焊缝成分、组织与性能4）树枝状晶当成分过冷进一步增大时，即温度梯度G，与实际结晶575）等轴晶当液相中的温度梯度G很小，能在液相中形成很宽的成分过冷区，此时不仅在结晶前沿形成树枝晶，同时也能在液相内部生核，产生新的晶粒，这些晶粒的四周不受阻碍，可以自由生长，形成等轴晶。焊缝成分、组织与性能5）等轴晶当液相中的温度梯度G很小，能在液相中形成很宽的成分58影响结晶形态的主要因素有合金中溶质的浓度C0(成分过冷)、晶粒长大速度R(结晶速度)、和液相中的温度梯度G等轴晶等轴晶树枝状晶胞状树枝晶胞状晶平面晶柱状晶溶质浓度焊缝成分、组织与性能影响结晶形态的主要因素有合金中溶质的浓度C0(成分过冷)、晶59由于熔池结晶过程中，冷却速度很大，合金元素来不及扩散均匀，带来了焊缝金属化学成分的不均匀性，即出现所谓偏析现象。显微偏析区域偏析层状偏析焊缝金属中的化学不均匀性焊缝成分、组织与性能由于熔池结晶过程中，冷却速度很大，合金元素来不及扩散均匀