金属熔焊原理（第3版）课件：焊接接头的组织与性能

金属熔焊原理

焊接接头的组织与性能Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit.第一节熔池的凝固与焊缝金属的固态相变第二节焊接熔合区的特征第三节焊接热影响区主要内容第一节熔池的凝固与焊缝金属的固态相变一、熔池的凝固的特点二、熔池金属的凝固过程三、焊缝金属的化学不均匀性四、焊缝金属的固态相变五、焊缝组织与性能的改善主要内容（1）焊接熔池体积小，冷却速度大（2）焊接熔池的温度分布不均匀（3）熔池在运动状态下结晶的（4）焊接熔池凝固以熔化母材为基础一、熔池的凝固的特点1.具有过冷度2.形核熔池的边界开始3.长大二、熔池金属的凝固过程熔池凝固从边界开始，在母材半熔化的基础上，沿着散热的反方向（即等温线的法线方向）以柱状晶的形式向前推进。晶粒的结晶方向:垂直于熔合线向焊缝中心生长。1.显微偏析在焊接条件下，由于冷速很高而成分来不及扩散，把这种先后结晶而造成的化学不均匀性被保留下来，就形成了显微偏析。晶粒尺寸对显微偏析也有影响，较细的晶粒由于晶界面积增大，偏析分散，偏析程度减弱。硫、磷、碳都是最易偏析的元素。三、焊缝金属的化学不均匀性2.层状偏析层状偏析是由于结晶过程中发出结晶欠热和熔滴过渡时热能输入周期性变化，从而使结晶界面上溶质原子浓聚程度周期性变化的结果。焊缝成形系数Φ

=B/H当Φ小时，焊缝深而窄，易形成裂纹当Φ大时，焊缝宽而浅，不易形成裂纹3.区域偏析具有固态相变的结构钢焊接时，熔池凝固所得的是一次结晶组织。在继续冷却过程中，一次结晶组织将发生组织转变（即固态相变），转变后得到的是二次结晶组织，又称为固态相变组织。焊缝金属经历了从液态到室温的全过程，其二次组织实在焊后形成的铸造组织的基础上经连续冷却的条件下形成的。四、焊缝金属的固态相变含碳量低→铁素体+珠光体。特点：组织粗大，

过热时铁素体中有

粗大魏氏组织一次结晶组织：

粗大的柱状晶1.低碳钢焊缝的固态相变组织改善措施：1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶组织破坏。2)焊后热处理：加热A3+20~30%消除柱状晶。3)冷却速度：冷却速度↑，P多，硬度↑铁素体转变（1）先共析铁素体770-680℃沿原奥氏体晶界析出的铁素体。少时沿晶界呈细条状或不连续网状分布于晶界，多时以多边形块状互相连结沿晶界分布。2.低合金钢焊缝的固态相变组织侧板条铁素体FerriteSidePlate(FSP)（2）侧板条铁素体700-550℃是由晶界向晶内扩展的板条状或锯齿状铁素体，实质是魏氏组织。针状铁素体（3）针状铁素体500℃出现于原奥氏体晶内的有方问性的细小针状铁素体。针状铁素体韧性好，冷速越高，越细，韧性越高。FGF+P（4）细晶铁素体(贝氏体铁素体)生成于500℃以下。奥氏体晶粒内部形成P+F粒P+AF珠光体转变粒贝羽状Bu+板M贝氏体转变板M与M-AM+M-A马氏体转变有淬硬倾向的钢，焊后冷却时可能形成马氏体。冷裂纹形成概率增大(一)改善一次组织的措施1焊缝金属的变质处理2振动结晶3调整焊接参数4锤击坡口或焊道表面(二)改善二次组织的措施5焊后进行热处理6进行多层焊7跟踪回火五、焊缝组织与性能的改善加热温度为900～1000℃.最上层加热900～1000℃，相当于正火处理.中间3～6mm，加热750℃，相当于退火最下层6～9mm，加热600℃，相当于回火跟踪回火使用中性焰，火焰横向摆动的宽度大于焊缝宽度2~3mm跟踪回火焊接熔合区是焊接接头中焊缝向母材热影响区过渡的部位。熔合线是指焊接接头横断面宏观腐蚀后所显示的焊缝轮廓线。第二节焊接熔合区的特征热传播不均匀晶粒的传热方向不同半熔化过渡状态一、熔合区的形成化学不均匀性决定于一次结晶的不平衡程度，是造成它成为整个接头薄弱部位的主要原因。硫、磷等易偏析元素，这种化学不均匀性越明显。物理不均匀性——空位和位错二、熔合区的不均匀性焊接热影响区是指在焊接过程中，母材因受热（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。第三节焊接热影响区一、焊接热影响区的形成及影响因素二、焊接热影响区固态相变的特点三、焊接热影响区的组织四、焊接热影响区的性能知识点1.焊接热影响区的形成热循环，升温、冷却速度快2.影响热影响区形成的主要因素（1）母材自身的冶金特性（2）母材焊接前的状态（3）焊接方法及工艺参数一、焊接热影响区的形成及影响因素1.焊接热影响区热循环的特点（1）加热温度高（2）加热速度快（3）高温停留时间短（4）各点的温度随时间与热源的位置而变化（5）自然条件下的连续冷却二、焊接热影响区固态相变的特点2.焊接热影响区的组织转变特点加热+冷却

加热时的组织转变的特点A加热时的相变温度升高B影响奥氏体化的均质化程度

冷却时的组织转变的特点连续冷却转变图（CCT图）二、焊接热影响区固态相变的特点三、焊接热影响区的组织1.过热区2.正火区3.部分相变区Ac3+100-200℃至固相线晶粒粗大的铁素体+珠光体+魏氏组织易出现裂纹1.过热区相变重结晶区Ac3----Ac3+100-200℃细小的F+P综合力学性能最好2.正火区3.部分相变区（不完全重结晶区）淬火区回火区产生的条件：母材焊前经过淬火+高温回火处理（即调质处理）回火区的部位：在回火温度t1~Ac1之间回火区的性能：出现软化现象。回火区1.影响区的硬度分布钢的性能之间的关系：强度高，硬度大，

则塑性、韧性差。最高硬度值大都出现在熔合线附近的热影响区处，随着硬度上升，钢的塑性，韧性下降，抗裂能力减弱。四、焊接热影响区的性能碳当量：将钢中各种元素对硬度的影响折合成碳的影响，计算而得到碳当量。

C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5CE=(IIW)=

C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14

Ceq=(WES)=

碳当量的计算公式很多，早期应用最广的是国际焊接学会推荐的CE（IIW）和日本焊接协会的Ceq（WES）。适用于中等强度的非调质低合金钢（σb=400～700MPa)适用于σb=500～1000MPa的高强钢，调质与非调质均可最高硬度也可根据化学成分估算碳当量<0.45%,焊接性较好碳当量=0.45～0.6%，焊接性一般碳当量>0.6%,焊接性较差采用碳当量计算只能对材料的焊接性起到估计的作用。（1）粗晶脆化（2）组织脆化

淬火、M-A组元、析出相、遗传（3）热应变实效脆化这种脆化主要由制造过程中各种加工（如下料，减切，弯曲，气割等