第一章 焊接2.ppt

Chapter 1 焊接成形概述;第 2节 熔焊（Fusion Welding）;　　焊接接头的形成一般经历几个过程：加热、熔化、 冶金反应、凝固结晶、固态相变直至形成焊接接头。; 1. 焊缝金属的组织和性能 热源移走后，熔池中的液体金属开始冷却结晶，垂直于熔合线朝向焊接方向并弯曲指向熔池中心，生长为柱状树枝晶。 低熔点物质将被推向焊缝最后结晶部位，形成成分偏析。;（1）熔池凝固的特点 联生结晶/交互结晶/外延结晶 　 依附于母材晶粒的现成表面而形成共同晶粒的凝固方式 择优成长 　　并非“齐步前进”。当散热最快的方向与晶体成长的结晶位向相同时，有利于柱状晶的成长; 固－液界面前方液相中温度梯度GL很大，液相中实际温度曲线高于液相线温度T，不形成成分过冷区。向前生长出的晶核被“过热”液态金属重新熔化，凝固界面为平滑界面，且在柱状晶内无溶质???观偏析。;　　液相中温度梯度GL变小，实际温度曲线与液相线温度T在小范围x内相交，形成少量成分过冷区，平面结晶界面不稳定，凝固界面长出许多平行束状的晶芽胞，突入液相生长并向侧面亚晶界排出溶质，降低其液相线温度从而形成相互平行的棱柱体元。;　　GL变小，成分过冷区增大，生长加快，胞状晶前沿深入液相内部较长距离，突起部分向周围排出溶质，横向也产生成分过冷并从主干上长出短小二次枝，形成较多十字棱柱体亚结构。;　　GL进一步减小，成分过冷区更大，生长更快，一个晶粒内只产生一个长主干，周围界面突入过冷液相中形成二次枝晶，邻近枝晶接触即停止生长。;（a）成分过冷条件;在熔池两侧翼边界，由于结晶速度R非常小，温度梯度G较大，G/R 则很大，成分过冷接近于零，满足平面晶生长的条件。;（2）焊缝金属的组织： 固态相变，影响因素：化学成分+冷却条件;低合金钢;铁素体（Ferrite / F） 先共析（晶界或粒界/块状）铁素体（Proeutectoid Ferrite / PF） 转变温度：770－680℃ 位置：沿奥氏体晶界 形态：长条形或多边形块状 性能特点：位错密度低，降低焊缝金属的韧性 侧板条铁素体(Ferrite Side Plate / FSP) 转变温度：700－550℃ 位置：??晶界铁素体侧面生长 形态：板条状 性能特点：位错密度比PF高，降低韧性;铁素体 针状铁素体(Acicular Ferrite / AF) 转变温度：500℃左右 位置：原奥氏体晶内 形态：针状 性能特点：位错密度高，为PF的两倍，改善韧性 细晶铁素体(Fine Grain Ferrite / FGF) 转变温度：500℃以下 位置：有Ti、B等细晶元素存在时，位于奥氏体晶粒内部 形态：细小晶粒 性能特点：降低韧性;珠光体(Pearlite / P) 　接近平衡条件下的组织，焊接条件下很少产生 贝氏体(Bainite / B) 上贝氏体(Upper Bainite / BU) 转变温度：550－450℃ 位置：沿奥氏体晶界 形态：平行的条状铁素体之间分布渗碳体 　　　光镜下为羽毛状 性能特点：韧性较差 下贝氏体(Lower Bainite / BL) 转变温度：450 ℃ －Ms 形态：针状铁素体和针状渗碳体的机械混合物 　　　光镜下类似回火片状马氏体 性能特点：强度和韧性都较好;马氏体(Martensite / M)　 　　Ms温度下，不同的碳含量，形成： 板条/位错型/低碳马氏体(Dislocated Martensite) 低碳低合金钢焊缝金属，奥氏体内部 细条状 位错密度高，强度、韧性、抗裂纹能力等综合性能指标在马氏体中最好 片状/孪晶马氏体(Plate Martensite) 焊缝中含碳量大于0.4% 粗大，贯穿奥氏体晶粒内部，片间不相互平行 硬度???而脆，易致冷裂纹，应避免 M-A组元 　　富碳马氏体和残留奥氏体 　　硬度高，致裂纹;;（3）焊缝金属连续冷却转变图(WM一CCT) ???　 　　目的：预测低合金钢焊缝金属连续冷却组织与性能，从而根据性能要求合理地选择母材、焊材并制定焊接参数。 定义：表征具有一定化学成分的焊缝金属，在各种连续冷却条件下，转变开始温度和终了温度、转变开始时间和终了时间以及转变的组织、室温硬度与冷却速度之间关系的曲线图谱。类似于热处理中的CCT图。 ;（4）焊缝金属性能控制; 2.热影响区的组织和性能 热影响区（HAZ）/近缝区：熔焊时，在焊接热源的作用下焊缝周围的母材发生组织和性能变化的区域。;①加热速度υH 速度快，相变不充分。与方法、热输入、母材厚度和材质有关 ②最高/峰值温度θm 与每点对应，距焊缝近的θm高 ③相变温度以下/高温停留时间