1、關(guān)于焊接接頭的組織與性能第一張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 熔焊時(shí)，在高溫?zé)嵩吹淖饔孟?，母材將發(fā)生局部熔化，并與熔化了焊絲金屬攪拌混合而形成焊接熔池。 與此同時(shí)，進(jìn)行了短暫而復(fù)雜的冶金反應(yīng)。 當(dāng)焊接熱源離開(kāi)以后，熔池金屬便開(kāi)始凝固（結(jié)晶），如圖3-1。第二張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熔池凝固過(guò)程的研究目的：熔池凝固過(guò)程對(duì)焊縫金屬的組織、性能具有重要影響。焊接工程中，由于熔池中的冶金條件和冷卻條件不同，可得到性能差異很大的組織。同時(shí)有許多缺陷是在熔池凝固的過(guò)程中產(chǎn)生的，如氣孔、夾雜、偏析和結(jié)晶裂紋等。另一方面，焊接過(guò)程是處于非平衡的熱力學(xué)條件，因此熔池金屬在凝固過(guò)程中會(huì)

2、產(chǎn)生許多晶體缺陷，如點(diǎn)缺陷（空位和間隙原子）、線缺陷（位錯(cuò)）和面缺陷（界面）。這些缺陷的發(fā)展嚴(yán)重影響焊縫的金屬的性能。第三張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、 熔池凝固的特點(diǎn)1、熔池的凝固條件和特點(diǎn)1）結(jié)晶過(guò)程：晶核生成、晶核長(zhǎng)大2）熔池的體積小、冷卻速度大熔池的體積最大只有30cm3，重量不超過(guò)100g。周?chē)浣饘倮渌俜浅４螅?100oC/s。鋼錠平均冷速（3 150）10-4 oC/s。第四張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 2、熔池中的金屬處于過(guò)熱狀態(tài) 電弧焊條件下，熔池溫度1770100 oC，熔滴2300200 oC。鋼錠不超過(guò)1550

3、oC。 3、熔池在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶 第五張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 二、熔池結(jié)晶的一般規(guī)律 形核與長(zhǎng)大過(guò)程 在熔池狀態(tài)下，結(jié)晶過(guò)程規(guī)律？焊縫金屬結(jié)晶形態(tài)？ （一）熔池中晶核的形成 均勻形核與非均勻形核。過(guò)冷度，形核功。 焊接條件下，熔池中存在兩種現(xiàn)成表面： 一種是合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點(diǎn) 一種是熔合區(qū)附近半熔化的金屬界面晶粒表面（主要的非自發(fā)形核表面）。 第六張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （二）熔池中的晶核長(zhǎng)大 柱狀晶生長(zhǎng)的形態(tài)與焊接條件密切相關(guān)，如焊接線能量、焊縫的位置、熔池的攪拌與振動(dòng)等。 粗大的柱狀晶

4、第七張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 五、焊縫金屬的化學(xué)成分不均勻性 冷速快，化學(xué)成分?jǐn)U散不充分偏析 （一）焊縫中的化學(xué)不均勻性 成分偏析 顯微偏析 區(qū)域偏析 層狀偏析 晶界、亞晶界、樹(shù)枝晶之間雜質(zhì)等在焊縫中心區(qū)域聚集 結(jié)晶過(guò)程的周期性變化 層狀偏析往往聚集有害元素，也易于形成缺陷，尤其是氣孔力學(xué)性能不均勻，抗腐蝕性下降，斷裂韌性降低等。 第八張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （二）熔合區(qū)的化學(xué)不均勻性 整個(gè)焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。易出現(xiàn)缺陷，裂紋等。 1、熔合區(qū)的形成 半熔化過(guò)渡狀態(tài)、熱傳播不均勻、晶粒的傳熱方向不同

5、 第九張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 2、熔合區(qū)寬度 材料的液固溫度范圍、被焊材料自身的熱物理性質(zhì)和組織狀態(tài)： 被焊金屬的固相線溫度溫度梯度被焊金屬的液相線溫度第十張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 低合金鋼熔合區(qū)附近的溫度梯度約為30080oC/mm，液固相線溫度差約40 oC，因此，一般電弧焊條件下，熔合區(qū)寬度為： A=40/（30080）=0.1330.50（mm） 奧氏體鋼電弧焊：A=0.060.12mm *熔合區(qū)的寬度對(duì)焊縫性能影響很大。由于焊接工藝的因素，當(dāng)熔合區(qū)寬度大時(shí)，焊縫的整體性能下降。如奧氏體不

6、銹鋼的熔合區(qū)寬度在0.1mm時(shí)，對(duì)不銹鋼焊接接頭的抗腐蝕性影響不大；但當(dāng)該寬度較大，達(dá)到接近1mm時(shí)，則焊接接頭的耐蝕性顯著下降，甚或出現(xiàn)裂紋。 第十一張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 3、熔合區(qū)的成分分布 成分嚴(yán)重不均勻性能下降 熔合區(qū)固液界面附近元素（溶質(zhì)）的濃度分布決定于該元素在固、液相中的擴(kuò)散系數(shù)和分配系數(shù)。 *異種鋼焊接時(shí)，特別注意這一問(wèn)題。很多焊接接頭的早期失效與此有關(guān)。第十二張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 分析焊縫和熔合區(qū)的化學(xué)不均勻性,為什么會(huì)形成這種不均勻性? 1、從冷態(tài)開(kāi)始到加熱熔化，形成熔池的溫度可達(dá)2000以上，母材又

7、是冷態(tài)金屬，兩者溫差巨大。并且隨熱源的移動(dòng)局部受熱區(qū)也在不斷移動(dòng)，造成組織轉(zhuǎn)變差異和整個(gè)接頭組織不均勻。 2、焊接熔池體積小，焊縫金屬?gòu)娜刍侥讨挥袔酌腌姇r(shí)間。在如此短時(shí)間內(nèi)，冶金反應(yīng)是不平衡的，使焊縫金屬的成分分布不均勻，有時(shí)區(qū)域偏析很大。 3、焊接過(guò)程中溫度高，液體金屬蒸發(fā)，化學(xué)元素?zé)龘p，有些元素在焊縫金屬和母材金屬之間相互擴(kuò)散，近縫區(qū)各段所處的溫度不同，冷卻后焊接區(qū)的顯微組織差別極大。 第十三張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 第二節(jié) 焊縫固態(tài)相變 一、低碳鋼焊縫的固態(tài)相變 含碳量低鐵素體+珠光體。特點(diǎn)：組織粗大，過(guò)熱時(shí)鐵素體中有粗大魏氏組織 一次

8、結(jié)晶組織：粗大的柱狀晶第十四張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月改善措施：1)多層焊：使焊縫獲得細(xì)小和少量珠光體，使柱狀晶組織破壞。2 )焊后熱處理：加熱A3+2030%消失柱狀晶。3)冷卻速度：冷卻速度，硬度第十五張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月16二、低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織 低合金鋼焊縫二次組織，隨匹配焊接材料化學(xué)成分和冷卻條件的不同，可由不同的組織。以F為主，P、B、M占次要地位。以F為主，F(xiàn)越細(xì)小，則韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，一般以V型缺口沖擊試件斷口中纖維區(qū)占50%時(shí)的溫度VTS為判斷. 第十六張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （一

9、）鐵素體鐵素體的形態(tài)不同：1、先共析鐵素體 Pro eutectoid Ferrite (PF) 粒界鐵素體Grain Boundary Ferrite (GBF)2、側(cè)板條鐵素體 Ferrite Side Plate (FSP)3、針狀鐵素體 Acicular Ferrite (AF)4、細(xì)晶鐵素體 Fine Grain Ferrite (FGF)第十七張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）粒界鐵素體(GBF)(先共析鐵素體PF) 先共析鐵索體(PF)是沿原奧氏體晶界析出的鐵素體。先共析鐵素體也稱晶界鐵素體。有的沿晶界呈長(zhǎng)條狀擴(kuò)展，有的以多邊形形狀互相連結(jié)沿晶界分布。 在高溫區(qū)發(fā)生

10、，相變時(shí)優(yōu)先形成，因晶界能量較高而易于形成新相核心。先共析鐵素體的位錯(cuò)密度較低。第十八張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）側(cè)板條鐵素體（FSP）生成于700一500 是由晶界向晶內(nèi)擴(kuò)展的板條狀或鋸齒狀鐵素體，實(shí)質(zhì)是魏氏組織。其長(zhǎng)寬比在20：以上。側(cè)板條鐵素體在低合金鋼焊縫中不一定總是存在，但出現(xiàn)的機(jī)會(huì)比母材多。 當(dāng)先共析鐵素體和側(cè)板條鐵素體長(zhǎng)大時(shí)，其界面上一側(cè)的碳濃度增加，極為接近共析成分，故易分解為珠光體而出現(xiàn)于側(cè)板條鐵素體的間隙之中。側(cè)板條鐵素體晶內(nèi)位錯(cuò)密度大致和先共析塊素體相當(dāng)或稍高一些。第十九張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 側(cè)板條鐵

11、素體 Ferrite Side Plate (FSP)第二十張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（3）針狀鐵素體（AF） 出現(xiàn)于原奧氏體晶內(nèi)的有方問(wèn)性的細(xì)小鐵素體寬約2m左右，長(zhǎng)寬比多在3：1以至10：1的范圍內(nèi)。針狀鐵素體可能是以氧化物或氮化物(如TiO或TiN)為基點(diǎn)，呈放射狀生長(zhǎng)，相鄰AF間的方位差為大傾角，其間隙存在有滲碳體或馬氏體，多半是MA組元，決定于合金化程度。針狀鐵素體晶內(nèi)位錯(cuò)密度較高，為先共析鐵素體的2倍左右。位錯(cuò)之間也互相纏結(jié)，分布也不均勻，但又不同于經(jīng)受劇烈塑性形變后出現(xiàn)的位錯(cuò)形態(tài)。第二十一張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（4）細(xì)晶鐵素體(FGF)、(貝氏

12、體鐵素體) 生成于450以下。板條間為小傾角，板條內(nèi)的位錯(cuò)密度很高。如在用不同強(qiáng)度級(jí)別焊條所焊接的焊縫，J507焊條的焊縫中有FSP，其間存在的確為珠光體，未見(jiàn)MA；J707焊條的焊縫中，出現(xiàn)的是塊狀MA組元；J807焊條的焊縫中已無(wú)PF，MA組元呈顆粒狀；J907焊條的焊縫中，因合金化程度提高而出現(xiàn)板條狀馬氏體，部分MA組元由顆粒狀變成條狀。第二十二張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月針狀鐵素體 Acicular Ferrite (AF)FGF+P第二十三張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月P+F粒P+AF（二）珠光體 沒(méi)有什么變化。第二十四張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

13、6月（三）貝氏體 對(duì)焊縫性能影響很復(fù)雜。粒貝羽狀Bu+板M第二十五張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月板M與M-AM+M-A（四）馬氏體 有淬硬傾向的鋼，焊后冷卻時(shí)可能形成馬氏體。冷裂紋形成概率增大 第二十六張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 第四節(jié) 焊縫性能的控制 一、焊縫金屬的固溶強(qiáng)化和變質(zhì)處理 合金元素的作用，復(fù)雜。結(jié)合具體的鋼種、焊接方法和焊接工藝規(guī)范具體分析。 微合金化，Mo、V、Ti、Nb、B、Zr、Al和稀土，細(xì)化晶粒強(qiáng)韌性提高。 （一）Mn和Si對(duì)焊縫性能的影響 低碳鋼和低合金鋼焊縫中不可缺少的元素 焊縫金屬充分脫氧 提高焊縫的抗拉強(qiáng)

14、度（固溶強(qiáng)化） 第二十七張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 w(Mn)=0.8%1.0%時(shí)，焊縫沖擊吸收功最高 第二十八張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 焊縫中w(Mn)0.8%，w(Si) 0.10%，組織為粗大的先共析鐵素體（PF） w(Mn)1.0%，w(Si) 0.10%，組織為粗大的側(cè)板條鐵素體（FSP） w(Mn)=0.81.0%，w(Si) =0.100.25%，組織為細(xì)晶鐵素體（FGF）和針狀鐵素體（AF），韌性最好（-20oC AKV100J） 加入細(xì)化晶粒地合金元素，進(jìn)一步改善組織，提高焊縫韌性

15、第二十九張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （二）Nb和V對(duì)焊縫韌性的影響 適量的Nb和V可以提高焊縫沖擊韌性。改善組織，得到細(xì)小的AF。 w(Nb)=0.030.04%，w(V) =0.050.10%時(shí)，焊縫韌性良好。 形成難熔的氮化物（NbN、VN），固定焊縫中的N，韌性提高。 合適的焊后熱處理。必要焊后不再熱處理，強(qiáng)烈的共格沉淀強(qiáng)化作用，強(qiáng)度大幅度提高，韌性下降 第三十張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （三）Ti、B對(duì)焊縫韌性的影響 大幅度提高焊縫韌性（1）TiO 親和力很大，TiO微小顆粒彌散分布，細(xì)化晶粒（

16、2）最佳含量 焊縫化學(xué)成分：w(C)=0.110.14%，w(Si)=0.200.35%，w(Mn)=1.21.5%，w(O)=0.0270.032%，w(N)=0.00280.0055%， w(Ti)=0.010.02%，w(B)=0.00200.0060%。 第三十一張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 第三十二張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （3）Ti保護(hù)B不被氧化。原子B偏聚于晶界(rB=9.8nm)，降低晶界能，抑制PF(GBF和FSP)析出，促進(jìn)AF形成，改善焊縫組織。第三十三張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 （四）Mo對(duì)焊縫韌性的影響w(Mo)=0.200.35%，得到FGF+AF，韌性最佳。 Mo和Ti聯(lián)合作用。w(Mo)=0.200.35%，w(Ti)=0.030.05%，良好的韌性。 大能量埋弧焊，0oC時(shí)，夏比沖擊功100J以上。（五）稀土元素對(duì)焊縫金屬性能的影響降低焊縫中的擴(kuò)散氫含量，改善焊縫抗熱裂傾向，改善焊縫金屬韌性 第三十四張，PPT共三十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變 二、調(diào)整焊