熔池的凝固和焊缝的固态相变

10徐州工程学院教案纸简单的冶金反响，当焊接热源离开以后便开头结晶。很多缺陷:气孔,夹杂,偏析和结晶裂纹均是在熔池的凝固过程中凝固过程会产生很多晶体缺陷,如点缺陷(空位和间隙原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(界面).§3-1熔池的凝固一、熔池凝固的条件和特点(特别性)大.由于其凝固条件不同.其特别性如下:1、熔池的体积小,冷却速度大Vmax=30cm3Gmax=100g钢锭几吨到几十吨〔2〕V =4—100℃/s V =(3—150)×10-4℃/s冷熔池 冷钢锭作用:冷轴晶，只有在焊缝断面上部有少量等轴晶(电渣焊除外)2、熔池的液态金属处于过热状态低碳钢施焊熔池1770±100℃2300±100℃钢锭Tmax=1500℃作用:Me3、熔池在运动状态下结晶于排出气体和夹杂物，从而获得致密的焊缝。二、熔池结晶的一般规律。1、熔池中晶核的形成：自发晶核和非自发晶核。〕

度徐州工程学院教案纸对于熔池来说，非自发晶核起重要作用。Me(Mo、V、Nb、TiB中的非自发晶核的质点，从而使焊缝晶粒细化。2、熔池中的晶核长大从靠近熔合线处母材上联生地长大起来〔温度梯度最大的方向〕全都有利于晶粒的长大。大，特别是对裂纹、气孔，夹杂等形成影响很大。三、熔池结晶的线速度1、晶粒成长的平均线速度是变化的：熔合线上最小〔等于零，焊缝中心最大〔等于焊速。2、焊接速度对晶粒的长大方向及平均线速度的影响很大〔1〕V↑晶粒主轴的成长方向越垂直于焊缝中心。故焊承受过大焊速时，主轴的成长方向垂直于焊缝中裂纹。〔2〕V↑，晶粒成长的平均线速度↑〔Vc=Vcosθ〕易焊利于柱状晶的形成。联生长大。〔等轴树枝晶〕面晶、胞晶、树枝状晶。1、纯金属结晶的形态：凝固点为恒温度，过冷度的大小取决于温度梯度。

过冷度↑过冷度：实际结晶温度Th与理o间的温度差△T=T-T正温度梯度：液相温度高于固相温度，且距界面越远， h 0〔G>0〕树枝晶〔使伸入液态金属内部的晶体长成速度很快〔G<0〕2、固溶体合金的结晶过冷度由于两方面的缘由造成温度梯度造成〔温度过冷〕〔成份过冷而且

过冷度↑实际结晶温度↓T液态金属与固0态金属共同存在的平衡临界点。徐州工程学院教案纸随过冷的不同亦消灭不同的结晶形态。3、成份过冷对结晶形态的影响无过冷成份——平面晶 plate gooth过冷成份较小——胞状晶cellularsturture过冷成份较大——胞状树枝晶过冷成份很大，每个亚晶变成一个格外兴旺的晶粒，柱状树枝晶〔温度梯度小〕L，温度梯度很小，成份过冷很大时形成等轴树枝晶。4、焊接条件下的凝固〔结晶〕形态实践证明：熔池中成份过冷的分布在焊缝的不同部位是不同的，因此将消灭不同的结晶形态。部位不同结晶形态不同又较小，成分过冷结晶接近于零，因此平面晶得到进展，随着远离熔化边界的渐渐增大因此结结晶晶的形态由平面晶→胞状晶→树枝胞状晶〔柱状晶区〕→等轴晶化学成份不同，板厚和接头型式不同〔冷速不同〕结晶形态不同胞状晶消灭等轴晶。焊接速度不同结晶形态不同V↑—温度梯度下降快，熔池中心的成份过冷↑—焊缝焊中心消灭大量等轴晶〔快速焊时〕V↓—熔合线四周消灭胞状树枝晶，焊缝中心消灭较细焊的胞树枝晶。焊接电流不同，结晶形态不同状树枝晶五、焊缝金属的化学成份不均匀性偏析：熔池结晶时，V较大，在凝固的焊缝金属中，化学冷成份来不及集中，合金元素的分布是不均匀的，熔合区成份最不均匀，成为焊接接头的薄弱地带。1、焊缝中化学成份的不均匀性显微偏析：一个柱状晶内部和晶粒之间化学成份的不均徐州工程学院教案纸匀性胞状晶偏析小，树枝晶偏析大。b、晶粒尺寸：晶粒大，偏析大。数DaS：Kc=0.05 Da=10-9-10-8偏析大P：Kc=0.07 Da=10-8-10-7偏析小d、冷却速度↑，偏析↑。区域偏析：regionssegregation现象。如：火口偏析——火口裂纹SAWV大，产生纵向裂纹冷层状偏析：layersegragation造成的层状分布〔热的周期性作用〕V —快—慢—快冷杂质浓度—高—低—高腐蚀性↓断裂韧性↓2、熔合区的化学成份的不均性熔合区的宽度TL--被焊金属的液相线温度TS 属的固相线温度温度梯度合金钢：A=0.133～0.50cm奥氏体钢 A=0.06～0.12熔合区=半熔化区+未混合区焊缝金属与母材未熔化晶粒相互渗透，穿插。局部熔化的母材晶粒与所形成的液态金属未与焊接熔池金属充分混合形成的组织，与母材化学成份根本全都。P132

3-40熔合区中S徐州工程学院教案纸2、晶间液化〔S%高〕FeS+Fe(948℃)3、热应力不均匀4、物理不均匀性说明：熔合区是整个接头中的一个薄弱地带、很多焊接构造的失效常常是熔合区的某些缺陷引起的如冷裂，热裂脆性相应重视。徐州工程学院教案纸§3-2焊缝的固态相变材料来讲，焊缝金属将发生组织转变。转变后的组织是依据化学成份和冷却条件而定。一、低碳钢焊缝的固态相变组织1、组织：铁素体+珠光体EAP2、固态相变组织的影响因素化学成份的影响热处理及焊接层数热处理及多层焊F+P使柱状,组织遭到破坏短时间加热可使柱状组织消逝—↑冲击韧性，T>1100℃晶粒粗化。〔3〕V

↑—P量↑而组织细化，硬度↑冷总之，低碳钢焊缝的固态相变组织随匹配焊材的化学成份和冷却条件不同得到组织不同，但由于[C]

<[C]

所以组织为F+P.wm BM二、低合金钢焊缝的固态相变组织F+P+B+M〔在高强钢焊缝中有1、FF〔F〕温度:770—680℃形成：AF〔Ferritesideplate〕FSP温度：700-550℃形成：A针状F〔AciaclarFerrite〕AF温度:500℃四周。〕为核心放射性生成。F〔FximegrainFerrite〕FGF温度：450℃徐州工程学院教案纸3FBF。2、P焊接条件是属非平衡的介稳状态，所以一般状况下，PP，PP，P〔屈氏体P-索氏体3、B属于中温转变550℃-Ms(此时合金元素不能集中，只CB：MB:FM-A4、MM〔lathmartensite〕CMMC肯定的交角。片状M〔platemartensite，孪晶MC5、低合金钢焊缝金属连续冷却组织转变图P1413-55，WM-CCTF+P；冷速较大时，得到针状F，B和M。F+B+M三、改善焊缝固态相变组织的措施〔焊缝性能的掌握措施〕1、固溶处理和变质处理〔有效方法之一〕固溶处理〔MnSi〕提高焊缝韧性是有限的，因此最有效的方法还是变质处理。通过焊接材料向熔池中参加2、振动结晶通过破坏正在成长的晶粒，从而获得细晶粒的组织。徐州工程学院教案纸〔1〕机械振动〔低频振动〕f<1000HZA=2mm工件上 f=20-60HZ A=0.05-2.0mm焊丝上 f=100HZ A=0.5-1.5mm作用：a.细化晶粒↑熔池的搅拌作用，使气体和夹杂上浮，↓气孔和夹杂〔2〕超声波振动〔高频〕 f≥20230HZA<10-4m直接接到熔池上：耦合棒，附加焊丝。〔3〕电磁振动：利用强磁场使熔池中的液态金属产生猛烈的搅拌，使成长的晶粒不断受到“冲洗”造成剪应力。3每层焊缝变小而改善了焊缝凝固结晶的条件。相变的组织。4、焊后热处理：回火、正火、调质。5、跟踪回火：每焊完一道马上用气焊火焰加热焊道外表T＝900-1000℃。盖面层：最上层0-3 正火处理2层：中层3-6 750℃高温回火1层：首层6-9 600℃左右回火6、锺击焊道外表：细化晶粒↓剩余应力，↑焊缝金属的韧性。一般用风铲捶击：锤头圆角R＝1.0～1.5h＝0.5～1.0mm在中间后两侧，依次垂直顺时针2 2 21 13 33徐州工程学院教案纸§3-3仅减弱了焊缝的有效面积，导致应力集中-↓↓强度和韧性，在个别状况下还会引起裂纹。一、焊缝中的气孔1、气孔形成的缘由焊条、焊剂烘干温度不够被焊金属和焊丝外表有锈，油污及其他杂质。工艺不够稳定，电弧电压偏高，焊速太大，电流太小。焊接区保护不良。2、气孔的类型及其分布特征残留在焊缝内部的气体，如氢和氮。焊缝外表，个别状况下在焊缝内部。比较小，针状，蜂窝状，多在外表消灭，熄弧处、起弧处较多。其次类气孔形成的气孔 a.各种构造钢中总含有肯定量的C[C]+[O]=CO↑ [FeO]+[C]=[Fe]+CO↑[MnO]+[C]=[Mn]+CO↑[SiO]+[C]=Si+2CO↑2b.热源离开后，熔池开头结果结晶，由于铁碳合金溶质浓度偏析的结果，可使熔池中的氧化铁和碳的浓度在某些局部地方有偏高，有利于下述反响：[FeO]+[C]→CO↑Fe-Q↓TVCO集中慢，长大慢，上浮慢〔因此沿结晶方向形成条虫状气孔。一般为内部气孔，外表较少COCO23、影响生成气孔的因素及防治措施冶金因素的影响徐州工程学院教案纸熔渣氧化性的影响熔渣的氧化性↑ CO气孔倾向↑熔渣的还源性↑ 焊条药皮和焊剂的影响〔主要是其成份的影响〕CaF2↑氧化物↑H的掌握： -[H]w↓Mn-Fe①碱性焊条中：有肯定的萤石在药皮中： Si-FeTi-Fe↑CaF+HO=CaO+2HFSiO

量少，不利于方程〔1〕-CO↓2 2 2CaF+H=CaF+HF 〔1〕去2CaF2+2H=Ca+2HFHO，H2皮中较强的氧化性组成物，防止氢的产生。FeO+H=Fe+OH2MnO+H=Mn+OHOHHF③焊剂中〔SAW〕HJ431SiOCaF

2 2(1)2 4 3SiF+2HO=4HF+SiO4 2 2SiF+4H+O=4HF+SiO4 2实践证明：SiOCaFH2 2CaF2a、会影响电弧的稳定性；〔NaF、KF〕影响焊工安康。CO：[FeO]+[Mn]=(MnO)+[Fe]2[FeO]+[Si]=(SiO)+2[Fe]2Mn-Fe，Si-Fe，Ti-Fe[Mn]+[FeO]=(MnO)+[Fe][Si]+2[FeO]=[SiO]+2[Fe]2③SAW,431〔高锰高锰焊剂〕从而↓COc.铁锈及水份对产生气孔的影响：铁锈：m.FeO.nHO23 23FeO=2FeO+O 增氧23 34〔氧化皮〕FeO+HO=3FeO+H34 2

23 2增氢Fe+HO=FeO+H2 2徐州工程学院教案纸COH均有敏感性，水份也如此。工艺因素的影响①焊接标准：滴变细，比外表积增大，熔滴吸取的气体较多气孔倾向↑↑形成氮气孔倾向↑弧↑VCO，H焊 结晶②电流的种类和极性熔池气孔倾向↑。沟通>直流试验说明；氢以质子的形式溶入熔池H→[H+]+e反接时溶池外表eH孔倾向。③工艺操作方面a、焊前认真去除焊件，焊丝上的污锈和油渍。最好放在保温筒里，随取随用。适当摇摆，以使气体逸出。

下飞向负极二、焊缝中的夹杂裂纹和层状撕裂倾向↑。1、夹杂物的种类及其危害性氧化物CSiO

MnO，TiO，AlO2 2 23夹杂物存在于焊缝中〔以片状或块状存在〕会形成热裂纹〔以片状或块状存在〕会引起层状撕裂氮化物 FeN4Fe