第三章熔池凝固和焊縫固態(tài)相變第1頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容第一節(jié)熔池凝固第二節(jié)焊縫金屬的一次結(jié)晶組織第三節(jié)焊縫固態(tài)相變第四節(jié)焊縫中的氣孔和夾雜2第2頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月熔池凝固過程的研究目的：熔池凝固過程對(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，焊接過程是處于非平衡的熱力學(xué)條件，因此熔池金屬在凝固過程中會(huì)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。3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（WeldPool）。與此同時(shí)，進(jìn)行了短暫而復(fù)雜的冶金反應(yīng)。當(dāng)焊接熱源離開以后，熔池金屬便開始凝固（結(jié)晶），如圖3-1。第3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)熔池凝固一、熔池的凝固條件和特點(diǎn)結(jié)晶過程：晶核生成、晶核長(zhǎng)大1.熔池的體積小、冷卻速度大含碳高、合金元素較多的鋼種，容易產(chǎn)生淬硬組織，甚至焊道上產(chǎn)生裂紋熔池中心和邊緣有較大的溫度梯度，致使焊縫中柱狀晶得到很大發(fā)展，一般情況下沒有等軸晶，只有在焊縫斷面的上部有少量的等軸晶（電渣焊除外）。2.熔池中的液態(tài)金屬處于過熱狀態(tài)合金元素的燒損比較嚴(yán)重，使熔池中非自發(fā)形核的質(zhì)點(diǎn)大為減少（柱狀晶的形成原因之一）。3.熔池是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶（如圖3-2）熔池以等速隨熱源移動(dòng)，熔化和凝固同時(shí)進(jìn)行。氣體吹力，焊條擺動(dòng)、內(nèi)部氣體逸出等產(chǎn)生攪拌作用，利于排除氣體和夾雜，有利于得到致密而性能好的焊縫。4第4頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、熔池結(jié)晶的一般規(guī)律1.熔池中晶核的形成①自發(fā)形核所需能量：其中：σ——新相-液相的界面張力ΔFv——單位體積內(nèi)固液兩相自由能之差②非自發(fā)形核所需能量：

θ=0°→Ek′=0→液相中有大量的懸浮質(zhì)點(diǎn)和現(xiàn)成表面。θ=180°→Ek′=Ek→全自發(fā)形核，不存在非自發(fā)晶核的現(xiàn)成表面。θ=0°~180°時(shí)，Ek′/Ek=0~1，說明在液相中有現(xiàn)成表面存在時(shí)，將會(huì)降低形成臨界晶核所需的能量。5第5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、熔池結(jié)晶的一般規(guī)律θ角的大小決定于新相晶核與現(xiàn)成表面之間的表面張力。如果新核與液相中的原有表面固體粒子的晶體結(jié)構(gòu)越相似（即點(diǎn)陣類型與晶格常數(shù)相似），則二者之間的表面張力越小，θ角也越小，那么自發(fā)非自發(fā)晶核的能量也越小。因此，對(duì)于焊接熔池來講，非自發(fā)晶核起了主要作用。6第6頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月③熔池中的現(xiàn)成表面合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點(diǎn)（在一般情況下所起作用不大）熔合區(qū)附近加熱到半熔化狀態(tài)的基體金屬晶粒表面，非自發(fā)晶核就依附在這個(gè)表面上，并以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心成長(zhǎng)，形成所謂交互結(jié)晶（或稱聯(lián)生結(jié)晶），如圖3-4、3-5所示。焊接時(shí)，為改善焊縫金屬的性能，通過焊接材料加入一定量的合金元素（如鉬、釩、鈦、鈮等），可以作為熔池中非自發(fā)形核的質(zhì)點(diǎn)，從而使焊縫金屬晶粒細(xì)化。7第7頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.熔池中的晶核長(zhǎng)大熔池中晶核形成之后，就以這些新生的晶核為核心，不斷向焊縫中心成長(zhǎng)。但是，長(zhǎng)大的趨勢(shì)各不相同，有的柱狀晶體嚴(yán)重長(zhǎng)大，一直可以成長(zhǎng)到焊縫中心，有的晶體卻只成長(zhǎng)到半途而停止。晶粒由為數(shù)眾多的晶胞組成，在一個(gè)晶粒內(nèi)部這些晶胞具有相同的方位，稱為“位向”。不同的晶粒具有不同的位向，稱為各向異性。因此，在某一個(gè)方向上的晶粒就最易長(zhǎng)大。此外，散熱的方向?qū)Я５拈L(zhǎng)大也有很大的影響。8第8頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)晶體的最易長(zhǎng)大方向與最大溫度梯度方向（最快散熱方向）相一致時(shí)，可優(yōu)先成長(zhǎng)，可一直長(zhǎng)至熔池的中心，形成粗大的柱狀晶體。有的晶體由于取向不利于成長(zhǎng)，與散熱最快的方向又不一致，這時(shí)晶粒的成長(zhǎng)就停止下來。以上稱之為焊縫中柱狀晶體的選擇長(zhǎng)大，如圖3-6。9第9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三、熔池結(jié)晶的線速度熔池的結(jié)晶方向和結(jié)晶速度對(duì)焊接質(zhì)量有很大的影響，特別是對(duì)裂紋、夾雜、氣孔等缺陷的形成影響更大。焊接熔池的外形為橢球狀的曲面，即結(jié)晶的等溫面，熔池的散熱方向是垂直于結(jié)晶等溫面的，因此，晶粒的成長(zhǎng)方向也是垂直于結(jié)晶等溫面的。由于結(jié)晶等溫面是曲面，因此晶粒成長(zhǎng)的主軸必然是彎曲的。如圖3-7所示，晶粒主軸的成長(zhǎng)方向與結(jié)晶等溫面正交，并且以彎曲的形狀向焊縫中心成長(zhǎng)。10第10頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.晶粒主軸生長(zhǎng)的線速度(Vc)分析①晶粒生長(zhǎng)的線速度分析圖（如圖3-8）②在dt內(nèi)，當(dāng)結(jié)晶等溫面由A→B時(shí)，變化的距離為dx，則dx/dt=V（焊接速度），此時(shí)該晶粒生長(zhǎng)由A→C，變化距離為ds，則ds/dt=Vc，當(dāng)dt→0時(shí)，BC垂直于AC，即：cosθ取決于焊接規(guī)范和材料的熱物理性質(zhì)及形狀11第11頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月③cosθ值的確定厚大件：薄件：④對(duì)Vc的討論θ=0

時(shí)，Vc=V（焊縫中心線）θ=90

時(shí)，Vc=0（熔合線，焊縫邊界）即晶粒生長(zhǎng)速度是變化的V↑→θ↑，生長(zhǎng)越垂直于焊縫中心，易形成脆弱的結(jié)合線，產(chǎn)生縱向裂紋V↑→Vc↑，所以焊易裂材料時(shí)，不能用大的焊速12第12頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月13第13頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月四、熔池結(jié)晶的形態(tài)1.分類結(jié)晶形態(tài)的不同，是由于金屬的純度和散熱條件的不同所致。2.純金屬的結(jié)晶形態(tài)（如圖3-16）①正的溫度梯度：平面晶，生長(zhǎng)緩慢（主要）②負(fù)的溫度梯度：生長(zhǎng)速度快，除主軸外，還有分枝，生成樹枝晶（較少）14第14頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.固溶體的結(jié)晶形態(tài)（如圖3-16b)、d)）①溫度過冷：結(jié)晶潛熱所致固相前部溫度高，液相溫度低②成分過冷：先結(jié)晶溫度高，后結(jié)晶溫度低，快速結(jié)晶時(shí)，易出現(xiàn)樹枝晶15第15頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.成分過冷對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響①平面結(jié)晶（如圖3-24）

G>T②胞狀結(jié)晶（如圖3-25） G與T少量相交③胞狀樹枝結(jié)晶（如圖3-26） G與T相交較大，晶粒主軸快速伸向液相內(nèi)部，橫向排溶質(zhì)，故橫向也出現(xiàn)分枝④樹枝狀結(jié)晶（如圖3-27）

當(dāng)成分過冷進(jìn)一步增大，樹枝晶顯著⑤等軸結(jié)晶（如圖3-28）

液相成分過冷區(qū)很寬，不僅在前沿生成樹枝晶，內(nèi)部也形成樹枝晶→等軸晶16第16頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17

溫度梯度G>實(shí)際結(jié)晶溫度T，無成分過冷，平面晶，高純度的金屬第17頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月18G與T少量相交，具有較小的成分過冷第18頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月19G與T相交較大，具有較大的成分過冷區(qū)域晶粒主軸快速伸向液相內(nèi)部，橫向排溶質(zhì)，故橫向也出現(xiàn)分枝。第19頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月20當(dāng)成分過冷進(jìn)一步增大，即溫度梯度G與實(shí)際結(jié)晶溫度相交的面積很大時(shí)，形成明顯的樹枝晶。第20頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月21當(dāng)液相的溫度梯度G很小，能在液相中形成很寬的成分過冷區(qū)，不僅在結(jié)晶前沿生成樹枝晶，同時(shí)液相的內(nèi)部也形成樹枝晶→等軸晶第21頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥綜合（如圖3-28）結(jié)晶形態(tài)的不同，主要決定于合金中溶質(zhì)的濃度（雜質(zhì)）C0、結(jié)晶速度（或晶粒長(zhǎng)大速度）R和液相的溫度梯度的綜合作用。當(dāng)結(jié)晶速度R和溫度梯度G不變時(shí)，隨合金中溶質(zhì)濃度的提高，則成分過冷增加，從而使結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹?、胞狀樹枝晶、樹枝狀晶、最后到等軸晶當(dāng)合金中溶質(zhì)的濃度C0和溫度梯度一定時(shí)，結(jié)晶速度R越快，成分過冷的程度越大，結(jié)晶形態(tài)也可由平面晶過渡到胞狀晶、樹枝狀晶，最后到等軸晶當(dāng)合金中溶質(zhì)濃度C0和結(jié)晶速度R一定時(shí)，隨液相溫度梯度的提高，成分過冷的程度減小，因而結(jié)晶形態(tài)的演變方向恰好相反，由等軸晶、樹枝晶逐步演變到平面晶22第22頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月23

焊縫各部位結(jié)晶形態(tài)的變化熔池中不同部位溫度梯度和結(jié)晶速度不同，成分過冷的分布不同，焊縫各部位出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶、等軸晶。第23頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月24實(shí)際焊縫凝固金屬的組織形態(tài)實(shí)際焊縫凝固金屬的組織形態(tài)不一定具有上述全部結(jié)晶形態(tài)，一般來說由柱狀晶和少量等軸晶構(gòu)成。柱狀晶+少量等軸晶

柱狀晶內(nèi)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶

等軸晶內(nèi)：樹枝晶第24頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月25

焊條電弧焊接凝固組織Q235、14MnMoNbB鋼第25頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月26

埋弧焊接凝固組織Q235A鋼第26頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月五、焊縫的化學(xué)成分不均勻性1.焊縫中的化學(xué)成分不均勻性①顯微偏析：先結(jié)晶的合金溶質(zhì)濃度C0低，后結(jié)晶的合金溶質(zhì)濃度C0高，即晶粒中心C0高，邊緣低原因：冷卻速度快，來不及均勻化要求細(xì)晶化，降低偏析②區(qū)域偏析焊縫中心部位聚集較多低熔點(diǎn)雜質(zhì)，柱狀晶結(jié)晶的結(jié)果③層狀偏析結(jié)晶（熔滴過渡）的周期性所致27第27頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻性①熔合區(qū)的形成母材與焊縫交界的地方并不是一條線，而是一個(gè)區(qū)域熔合區(qū)熔化不均（傳熱、半熔化晶粒散熱不均勻）②熔合區(qū)寬度（P131）28第28頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月③熔合區(qū)成分分布（如圖3-39)溶質(zhì)在液相中的溶解度>在固相中的溶解度故：固相濃度

界面

液相濃度 C0–C′ C0 C0+C′分配取決于擴(kuò)散系數(shù)和分配系數(shù)，特別是S、P、C、B、O、N等熔合區(qū)還存在物理不均勻（組織、性能）焊接接頭的薄弱部位29第29頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)焊縫金屬的一次結(jié)晶組織一、焊接條件下的凝固結(jié)晶形態(tài)1.理論上熔合線處：G最大、R最小→平面晶焊縫中心處：G最小、R最大→等軸晶2.實(shí)際上（不一定全部形態(tài)都出現(xiàn)，與許多因素有關(guān)）成分：溶質(zhì)濃度C0對(duì)成分過冷的影響板厚和接頭形式：影響溫度梯度焊接速度V↑→R↑,熔合線處G↑,焊縫中心處G↓→出現(xiàn)大量等軸晶（否則出現(xiàn)胞狀晶或樹枝晶）焊接電流I↑→G↓,胞狀晶→粗大胞狀樹枝狀晶30第30頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月31

鎢極氬弧焊接凝固組織純度為99.99%的鋁焊縫-a）：平面晶-胞狀晶純度為99.6%的鋁焊縫-b）、c）：胞狀樹枝晶-等軸晶第31頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月32焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫結(jié)晶形態(tài)的影響焊接速度的影響V↑→R↑→成分過冷↑等軸晶胞狀樹枝晶第32頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月33焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫結(jié)晶形態(tài)的影響焊接電流I↑→G↓→成分過冷↑粗胞狀樹枝晶胞狀晶胞狀樹枝晶第33頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、凝固組織形態(tài)對(duì)性能的影響生成粗大的樹枝狀晶，韌性降低，對(duì)氣孔、夾雜、熱裂都有影響消除粗大的樹枝晶三、焊縫金屬的性能的改善措施1.固溶強(qiáng)化和變質(zhì)處理加入Mo、V、Ti、Zr、Al、B、N、稀土Te等2.振動(dòng)結(jié)晶機(jī)械振動(dòng)、高頻超聲振動(dòng)、電磁振動(dòng)3.焊接工藝焊后熱處理、多層焊（層間回火）、錘擊、跟蹤回火等34第34頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)焊縫固態(tài)相變完全凝固之后，在連續(xù)冷卻過程中，對(duì)于鋼鐵材料將發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變后的組織是根據(jù)焊縫的化學(xué)成分和冷卻條件而定的。一、低碳鋼焊縫組織特征：F（白色）+少量P，A晶界析出F，有時(shí)F呈魏氏組織形態(tài)魏氏組織特征：過熱組織，鐵素體在奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，也可從奧氏體晶粒內(nèi)部沿一定方向析出，具有長(zhǎng)短不一的針狀或片條狀，可直接插入珠光體晶粒之中，一般經(jīng)A3點(diǎn)以上20~30℃正火后，柱狀晶可消除。冷速不同，組織不同：冷速增加，P增多，F(xiàn)減少，硬度升高35魏氏組織第35頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、低合金鋼的固態(tài)相變1.總的來說，以F+P為主，有時(shí)出現(xiàn)B及M，具體是否出現(xiàn)則與焊材及工藝有關(guān)（成分、冷速）2.鐵素體（F）轉(zhuǎn)變（Firrite，F(xiàn)）轉(zhuǎn)變①粒界F（高溫轉(zhuǎn)變770~680℃）：為先共析F，由奧氏體晶界析出向晶內(nèi)生長(zhǎng)，呈塊狀②側(cè)板條F（700~550℃）：由奧氏體晶界形核，以板條狀向晶內(nèi)生長(zhǎng)（由于F形成溫度較低，F(xiàn)內(nèi)含碳極低，故又稱為無碳貝氏體）③針狀F（500℃附近）：大都非自發(fā)形核，在奧氏體內(nèi)形成④細(xì)晶F（500℃以下）：奧氏體晶內(nèi)形成，有細(xì)化晶粒元素（Ti、B）出現(xiàn)時(shí)，晶界有Fe3C出現(xiàn)，接近上貝氏體36第36頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月37焊縫中鐵素體的類型（1）先共析鐵素體（Pro-eutectoidFerrite，PF）溫度：770-680℃；位置：沿奧氏體晶界,又稱為粒界鐵素體（GrainBoundaryFerrite,GBF)形態(tài)：長(zhǎng)條形或多邊形塊狀性能特點(diǎn)：使韌性下降（低屈服點(diǎn)）條狀塊狀第37頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月38（2）側(cè)板條鐵素體（FerriteSidePlate，F(xiàn)SP）溫度：700-550℃位置：從晶界鐵素體側(cè)面向晶內(nèi)生長(zhǎng)形狀：板條狀，形態(tài)如鎬牙狀性能特點(diǎn)：使韌性下降第38頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月39（3）針狀鐵素體（AcicularFerrite，AF）溫度：500℃；位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部形態(tài)：針狀條件：中等冷卻速度性能特點(diǎn)：韌性好第39頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月40（4）細(xì)晶鐵素體（FineGrainFerrite，F(xiàn)GF）溫度：500℃以下位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部形狀：細(xì)晶狀條件：存在細(xì)化晶粒的元素（Ti，B等）性能特點(diǎn)：韌性好晶內(nèi)白色塊狀為FGF第40頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月41隨著合金化程度的提高，AF組織增多的同時(shí)，焊縫強(qiáng)度也隨之提高。AF增多，有利于改善韌性。第41頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月42第42頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月43第43頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.珠光體（P）轉(zhuǎn)變（Pearite，P）（Ar1~550℃）熱處理平衡狀態(tài)珠光體轉(zhuǎn)變Ar--550℃，C、Fe原子擴(kuò)散比較容易。珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散型相變。（P是F和Fe3C的層狀混合物領(lǐng)先相Fe3C）焊接狀態(tài),非平衡轉(zhuǎn)變，得到P量少，珠光體轉(zhuǎn)變量小。若添加B、Ti合金元素，P轉(zhuǎn)變?nèi)勘灰种啤＂僖话闱闆r不出現(xiàn)P，只有在緩冷時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)片狀或粒狀的珠光體②原因：焊接過程是一個(gè)不平衡過程，冷卻速度快，C擴(kuò)散受到抑制，很難出現(xiàn)F/Fe3C片狀結(jié)構(gòu)44第44頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月45P+F粒P+AF第45頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月46第46頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月4.貝氏體（B）轉(zhuǎn)變（Bainite，B）（中溫轉(zhuǎn)變550℃~Ms）①上貝氏體（B上）轉(zhuǎn)變形成溫度：550~450℃形態(tài)：羽毛狀形成機(jī)理：擴(kuò)散②下貝氏體（B下）轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度：450℃~MS形態(tài)：針狀鐵素體和針狀滲碳體機(jī)械混合，針與針之間呈一定的角度形成機(jī)理：擴(kuò)散③粒狀貝氏體（B粒）形成溫度高于上貝氏體形態(tài)：無碳鐵素體包圍著富碳物質(zhì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：F+Cm、M-A組織或殘余奧氏體47第47頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月48第48頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月49中溫轉(zhuǎn)變，550℃~Ms（1）上貝氏體(UpperBainite，Bu)溫度：550-450℃；位置：沿奧氏體晶界析出形態(tài)：呈羽毛狀，平行的條狀鐵素體之間分布有滲碳體性能特點(diǎn)：韌性較差（小條狀Fe3C分割了基體的連續(xù)性）第49頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月50（2）下貝氏體（LowerBainite，BL）溫度：450℃-Ms形態(tài)：針狀鐵素體和針狀滲碳體的機(jī)械混合物性能特點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性都較好第50頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月51（3）粒狀貝氏體(GrainBainite，BG)M－A組元（ConstitutionM-A)

在塊狀鐵素體形成之后，待轉(zhuǎn)變的富碳奧氏體呈島狀分布在塊狀鐵素體之中，在一定的合金成分和冷卻速度下，這些富碳的奧氏體島可轉(zhuǎn)變?yōu)楦惶捡R氏體和殘余奧氏體。富碳馬氏體和殘余奧氏體,硬度高。在塊狀鐵素體上的Ｍ－Ａ組元以粒狀分布時(shí)，即為“粒狀貝氏體”。第51頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月5.馬氏體(M)轉(zhuǎn)變（Martensite，M）（Ms以下）①低碳馬氏體（板條馬氏體）轉(zhuǎn)變溫度：MS溫度以下形態(tài)：在奧氏體晶粒的內(nèi)部形成細(xì)條狀馬氏體板條，條與條之間有一定的交角形成機(jī)理：位錯(cuò)②高碳馬氏體（片狀馬氏體）形態(tài)：馬氏體較粗大，往往貫穿整個(gè)奧氏體晶粒，使以后形成的馬氏體片受到阻礙形成機(jī)理：孿晶52第52頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月53當(dāng)焊縫中含Ｃ量較高或合金元素含量較多時(shí)，在快冷條件下，冷卻到Ｍs以下，將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。（1）板條馬氏體（LathMartensite）、低碳馬氏體、位錯(cuò)型馬氏體低碳低合金鋼奧氏體內(nèi)部細(xì)條狀綜合性能指標(biāo)在馬氏體中最好第53頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月54（2）片狀馬氏體（PlateMartensite）、高碳馬氏體、孿晶馬氏體焊縫中含碳量大于0.4%粗大，經(jīng)常貫穿奧氏體晶粒內(nèi)部硬度高而脆第54頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月55第55頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月56第56頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月57焊縫金屬連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖

（WM－CCT圖）WM-CCT圖對(duì)于預(yù)測(cè)焊縫的組織及調(diào)節(jié)焊縫的性能具有重要意義。第57頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月58三、焊縫金屬性能的控制影響焊縫性能的因素結(jié)晶形態(tài)與組織的影響化學(xué)成分的影響焊接缺陷的影響第58頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月59固溶強(qiáng)化加入碳、錳、硅、鉻、鎳、鉬等，均有固溶強(qiáng)化的作用。細(xì)晶強(qiáng)化加入鈦、鈮、硼、鋁、鉻、鎳、稀土等，可細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度。沉淀強(qiáng)化加入碳、氮化物形成元素。相變強(qiáng)化加入合金元素，改變相變組織。（一）焊縫合金化與變質(zhì)處理第59頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月601.優(yōu)化合金成分（1）嚴(yán)格限制有害的雜質(zhì)元素：S、P、N、O和H；（2）通過合金元素來提高焊縫韌性促使高熔點(diǎn)第二相質(zhì)點(diǎn)的析出，通過釘扎作用阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大；降低奧氏體分解溫度，減少邊界鐵素體的形成；在奧氏體內(nèi)形成鐵素體形核核心，促使奧氏體在500-550溫度區(qū)間分解得到針狀鐵素體，防止在奧氏體晶界形成側(cè)板條鐵素體；防止M-A組元的形成；（避免中等冷卻速度）防止或減少低溫產(chǎn)物馬氏體、上貝氏體的形成；（二）焊縫金屬韌化的途徑第60頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月61（3）配置多種微量合金元素，則可能在大幅度地提高焊縫金屬的強(qiáng)度的同時(shí)提高韌性和抗裂性。Mn和Si最為常用的強(qiáng)化焊縫的元素例如低合金鋼（C:0.10-0.13%）埋弧焊時(shí)，Mn、Si分別處于0.8~1.0%和0.1~0.25%時(shí)，可以得到細(xì)晶鐵素體和針狀鐵素體，具有較好的韌性。Mn和Si對(duì)低合金鋼焊縫韌性的影響第61頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月62在Mn-Si系基礎(chǔ)上復(fù)合添加Ti和B等微量元素B在高溫下易向奧氏體晶界擴(kuò)散，在晶界沉淀聚集而降低晶界擴(kuò)散，使晶界奧氏體的穩(wěn)定性增大，抑制了PF和FSP的形核與生長(zhǎng)，從而使轉(zhuǎn)變開始溫度向低溫方向移動(dòng)。Ti與氧的親和力很大，焊縫中的Ti以微小顆粒可以作為“釘子”位于晶粒邊界，阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。第62頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月63Mo降低奧氏體分解溫度，抑制邊界鐵素體形成，加入少量的Mo不僅可以提高強(qiáng)度，同時(shí)也能改善韌性。Nb和V焊縫金屬中可固溶，推遲奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，能夠抑制焊縫中先共析鐵素體的產(chǎn)生，而激發(fā)形成細(xì)小的AF組織。所形成的氮化物使強(qiáng)度大大提高，而使韌性下降。通過正火處理可改善韌性。稀土元素Y，Ce＋Te，Se：促進(jìn)組織細(xì)化，提高韌性第63頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月642.調(diào)整焊接工藝參數(shù)（1）焊接熱輸入過大的熱輸入使結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生粗大的柱狀晶，同時(shí)，由于降低了冷卻速度，可能得到較多的邊界鐵素體；過小的熱輸入，則在較高合金成分焊縫形成馬氏體，也會(huì)使焊縫韌性下降。（2）多層焊（3）焊后熱處理（4）振動(dòng)結(jié)晶第64頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)焊縫中的氣孔和夾雜一、氣孔（一）氣孔的類型及其分布特征1.氣孔的類型及形成原因①類型：表面氣孔、內(nèi)部氣孔②形成原因結(jié)晶時(shí)因氣體溶解度突然下降來不及逸出殘留在焊縫內(nèi)部的氣體（H2、N2）冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶于金屬的氣體（CO、H2O）2.氫（H）氣孔①出現(xiàn)在低合金焊縫中，大都為表面氣孔，含H2O多時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)在內(nèi)部65第65頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月②形狀表面氣孔：喇叭口形，內(nèi)壁光滑，形如螺釘狀內(nèi)部氣孔：圓球狀③形成原因在相鄰樹枝晶的凹陷最深處是氫氣泡的胚胎場(chǎng)所，冷卻中，氫的溶解度從液態(tài)下32ml/100g下降到固態(tài)下的10ml/100g，由于焊接熔池冷卻快，H2來不及逸出時(shí)，就會(huì)形成氣孔。氫由于受到表面的吸附作用，液體的粘度以及機(jī)械阻力的影響，在上浮與受阻的綜合作用下，形成具有喇叭形的表面氣孔66第66頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.氮（N）氣孔一般在表面成堆出現(xiàn)，呈蜂窩狀，只有在保護(hù)不良時(shí)出現(xiàn)，形成原因與氫氣孔相似3.一氧化碳（CO）氣孔在熔池后部，結(jié)晶期間，在柱狀晶界區(qū)域，由于溫度低，[C]濃度高，產(chǎn)生C的偏析，易發(fā)生反應(yīng)：FeO+[C]→CO+Fe，反應(yīng)產(chǎn)生的CO因熔池金屬粘度大，浮出阻力大而滯留內(nèi)部，并隨結(jié)晶過程的進(jìn)行而不斷形成，故氣孔是沿結(jié)晶方向分布的67第67頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）氣孔的形成機(jī)理1.氣孔形成條件①液體中有過飽和氣體存在②非自發(fā)形核，質(zhì)點(diǎn)較多（在枝晶間凹陷處，未熔晶粒表面，界面等）③結(jié)晶速度大于氣泡上浮速度2.形核①純金屬中氣泡形核的可能性極小②焊接熔池中，存在很多現(xiàn)成的表面（易聚集N、H、C等活性元素），產(chǎn)生氣泡就較為容易68第