金屬熔焊原理（第3版）課件：焊接接頭的組織與性能

金屬熔焊原理

焊接接頭的組織與性能Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit.第一節(jié)熔池的凝固與焊縫金屬的固態(tài)相變第二節(jié)焊接熔合區(qū)的特征第三節(jié)焊接熱影響區(qū)主要內(nèi)容第一節(jié)熔池的凝固與焊縫金屬的固態(tài)相變一、熔池的凝固的特點二、熔池金屬的凝固過程三、焊縫金屬的化學不均勻性四、焊縫金屬的固態(tài)相變五、焊縫組織與性能的改善主要內(nèi)容（1）焊接熔池體積小，冷卻速度大（2）焊接熔池的溫度分布不均勻（3）熔池在運動狀態(tài)下結晶的（4）焊接熔池凝固以熔化母材為基礎一、熔池的凝固的特點1.具有過冷度2.形核熔池的邊界開始3.長大二、熔池金屬的凝固過程熔池凝固從邊界開始，在母材半熔化的基礎上，沿著散熱的反方向（即等溫線的法線方向）以柱狀晶的形式向前推進。晶粒的結晶方向:垂直于熔合線向焊縫中心生長。1.顯微偏析在焊接條件下，由于冷速很高而成分來不及擴散，把這種先后結晶而造成的化學不均勻性被保留下來，就形成了顯微偏析。晶粒尺寸對顯微偏析也有影響，較細的晶粒由于晶界面積增大，偏析分散，偏析程度減弱。硫、磷、碳都是最易偏析的元素。三、焊縫金屬的化學不均勻性2.層狀偏析層狀偏析是由于結晶過程中發(fā)出結晶欠熱和熔滴過渡時熱能輸入周期性變化，從而使結晶界面上溶質原子濃聚程度周期性變化的結果。焊縫成形系數(shù)Φ

=B/H當Φ小時，焊縫深而窄，易形成裂紋當Φ大時，焊縫寬而淺，不易形成裂紋3.區(qū)域偏析具有固態(tài)相變的結構鋼焊接時，熔池凝固所得的是一次結晶組織。在繼續(xù)冷卻過程中，一次結晶組織將發(fā)生組織轉變（即固態(tài)相變），轉變后得到的是二次結晶組織，又稱為固態(tài)相變組織。焊縫金屬經(jīng)歷了從液態(tài)到室溫的全過程，其二次組織實在焊后形成的鑄造組織的基礎上經(jīng)連續(xù)冷卻的條件下形成的。四、焊縫金屬的固態(tài)相變含碳量低→鐵素體+珠光體。特點：組織粗大，

過熱時鐵素體中有

粗大魏氏組織一次結晶組織：

粗大的柱狀晶1.低碳鋼焊縫的固態(tài)相變組織改善措施：1)多層焊：使焊縫獲得細小和少量珠光體，使柱狀晶組織破壞。2)焊后熱處理：加熱A3+20~30%消除柱狀晶。3)冷卻速度：冷卻速度↑，P多，硬度↑鐵素體轉變（1）先共析鐵素體770-680℃沿原奧氏體晶界析出的鐵素體。少時沿晶界呈細條狀或不連續(xù)網(wǎng)狀分布于晶界，多時以多邊形塊狀互相連結沿晶界分布。2.低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織側板條鐵素體FerriteSidePlate(FSP)（2）側板條鐵素體700-550℃是由晶界向晶內(nèi)擴展的板條狀或鋸齒狀鐵素體，實質是魏氏組織。針狀鐵素體（3）針狀鐵素體500℃出現(xiàn)于原奧氏體晶內(nèi)的有方問性的細小針狀鐵素體。針狀鐵素體韌性好，冷速越高，越細，韌性越高。FGF+P（4）細晶鐵素體(貝氏體鐵素體)生成于500℃以下。奧氏體晶粒內(nèi)部形成P+F粒P+AF珠光體轉變粒貝羽狀Bu+板M貝氏體轉變板M與M-AM+M-A馬氏體轉變有淬硬傾向的鋼，焊后冷卻時可能形成馬氏體。冷裂紋形成概率增大(一)改善一次組織的措施1焊縫金屬的變質處理2振動結晶3調整焊接參數(shù)4錘擊坡口或焊道表面(二)改善二次組織的措施5焊后進行熱處理6進行多層焊7跟蹤回火五、焊縫組織與性能的改善加熱溫度為900～1000℃.最上層加熱900～1000℃，相當于正火處理.中間3～6mm，加熱750℃，相當于退火最下層6～9mm，加熱600℃，相當于回火跟蹤回火使用中性焰，火焰橫向擺動的寬度大于焊縫寬度2~3mm跟蹤回火焊接熔合區(qū)是焊接接頭中焊縫向母材熱影響區(qū)過渡的部位。熔合線是指焊接接頭橫斷面宏觀腐蝕后所顯示的焊縫輪廓線。第二節(jié)焊接熔合區(qū)的特征熱傳播不均勻晶粒的傳熱方向不同半熔化過渡狀態(tài)一、熔合區(qū)的形成化學不均勻性決定于一次結晶的不平衡程度，是造成它成為整個接頭薄弱部位的主要原因。硫、磷等易偏析元素，這種化學不均勻性越明顯。物理不均勻性——空位和位錯二、熔合區(qū)的不均勻性焊接熱影響區(qū)是指在焊接過程中，母材因受熱（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學性能變化的區(qū)域。第三節(jié)焊接熱影響區(qū)一、焊接熱影響區(qū)的形成及影響因素二、焊接熱影響區(qū)固態(tài)相變的特點三、焊接熱影響區(qū)的組織四、焊接熱影響區(qū)的性能知識點1.焊接熱影響區(qū)的形成熱循環(huán)，升溫、冷卻速度快2.影響熱影響區(qū)形成的主要因素（1）母材自身的冶金特性（2）母材焊接前的狀態(tài)（3）焊接方法及工藝參數(shù)一、焊接熱影響區(qū)的形成及影響因素1.焊接熱影響區(qū)熱循環(huán)的特點（1）加熱溫度高（2）加熱速度快（3）高溫停留時間短（4）各點的溫度隨時間與熱源的位置而變化（5）自然條件下的連續(xù)冷卻二、焊接熱影響區(qū)固態(tài)相變的特點2.焊接熱影響區(qū)的組織轉變特點加熱+冷卻

加熱時的組織轉變的特點A加熱時的相變溫度升高B影響奧氏體化的均質化程度

冷卻時的組織轉變的特點連續(xù)冷卻轉變圖（CCT圖）二、焊接熱影響區(qū)固態(tài)相變的特點三、焊接熱影響區(qū)的組織1.過熱區(qū)2.正火區(qū)3.部分相變區(qū)Ac3+100-200℃至固相線晶粒粗大的鐵素體+珠光體+魏氏組織易出現(xiàn)裂紋1.過熱區(qū)相變重結晶區(qū)Ac3----Ac3+100-200℃細小的F+P綜合力學性能最好2.正火區(qū)3.部分相變區(qū)（不完全重結晶區(qū)）淬火區(qū)回火區(qū)產(chǎn)生的條件：母材焊前經(jīng)過淬火+高溫回火處理（即調質處理）回火區(qū)的部位：在回火溫度t1~Ac1之間回火區(qū)的性能：出現(xiàn)軟化現(xiàn)象?；鼗饏^(qū)1.影響區(qū)的硬度分布鋼的性能之間的關系：強度高，硬度大，

則塑性、韌性差。最高硬度值大都出現(xiàn)在熔合線附近的熱影響區(qū)處，隨著硬度上升，鋼的塑性，韌性下降，抗裂能力減弱。四、焊接熱影響區(qū)的性能碳當量：將鋼中各種元素對硬度的影響折合成碳的影響，計算而得到碳當量。

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)=

碳當量的計算公式很多，早期應用最廣的是國際焊接學會推薦的CE（IIW）和日本焊接協(xié)會的Ceq（WES）。適用于中等強度的非調質低合金鋼（σb=400～700MPa)適用于σb=500～1000MPa的高強鋼，調質與非調質均可最高硬度也可根據(jù)化學成分估算碳當量<0.45%,焊接性較好碳當量=0.45～0.6%，焊接性一般碳當量>0.6%,焊接性較差采用碳當量計算只能對材料的焊接性起到估計的作用。（1）粗晶脆化（2）組織脆化

淬火、M-A組元、析出相、遺傳（3）熱應變實效脆化這種脆化主要由制造過程中各種加工（如下料，減切，彎曲，氣割等