焊缝及热影响区的组织与性能.ppt

熔焊焊接接头的形成及其冶金过程 熔焊焊接接头的形成经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变直至形成焊接接头。 亦可归纳为焊接热过程、焊接化学冶金过程和焊接物理冶金过程三个相互交错进行且彼此联系的局部过程。见图7-2(P137) 焊接热过程：整个焊接过程自始至终都是在焊接热作用过程发生和发展的。 焊接化学冶金过程：液态金属、熔渣及气相之间进行一系列化学冶金反应，如金属的氧化、还原、脱磷、脱硫、合金化等。这些反应可以直接影响焊缝金属、组织和性能。 熔焊焊接接头的形成及其冶金过程 焊接物理冶金过程：焊接热源作用→焊材及母材局部熔化→热源移走金属凝固结晶(原子近程有序→远程有序) →温度降低，同素异构金属固态相变 热影响区(Heat Affected Zone, HAZ)：焊接过程中，焊缝周围未熔化的母材在加热和冷却过程中，发生显微组织和力学性能变化的区域。该区主要发生物理冶金过程。 焊接接头由焊缝(Weld Metal)、热影响区(HAZ)、熔合区(Fusion Zone)和母材(Base Metal)组成。 熔焊焊接接头的形成及其冶金过程 保证焊接接头的措施： 1 选择合适的母材； 选择合适的焊材； 3 控制焊接热过程，保证焊缝金属达到成分和组织要求及焊接接头的力学性能； 控制HAZ的组织转变，使接头满足设计和使用要求； 5 控制使焊接接头性能下降且在局部加热和冷却过程中产生的成分偏析、夹杂、气孔、裂纹、催化等缺陷。 焊接温度场见“第二章凝固的温度场”“第三节 熔焊过程温度场” 一 焊接熔池的结晶 见“第五章 铸件凝固组织及其控制”“第五节 焊接熔池凝固及控制” 二 焊缝金属的组织 焊缝金属在连续冷却过程中发生固态相变的类型取决于化学成分及冷却条件。 对碳钢和低合金钢焊缝，高温奥氏体在不同温度区间转变为铁素体、珠光体、贝氏体及马氏体。 低碳钢焊缝的室温组织 因含碳量较低，沿A晶界析出F，然后发生共析转变：A→P(F+Fe3C) 焊缝过热时，可能出现魏氏组织，其特征是F在原A晶界呈网状或沿原A晶粒内部一定方向析出，具有长短不一的针状或片状，亦可直接插入P晶粒之中。 焊缝金属是一种多相组织，是晶界F、侧板条F和P混合组织的总称。 低合金钢焊缝的室温组织 1 铁素体(Ferrite) 低合金钢焊缝中F大体分为以下四类： 先共析F (Proeutectoid Ferrite,PF)，亦称晶界或粒界F(Grain Boundary Ferrite, GBF)，块状F----焊缝冷却到较低高温区间(770～680℃)、沿A晶界首先析出的F。多以长条形沿晶界扩展，也以多边形状，互相连接沿晶分布。 是低屈服强度的脆弱相，使焊缝金属韧性下降。 低合金钢焊缝的室温组织 (2)侧板条F (Ferrite Side Plate,FSP)，亦称无碳贝氏体(Carbon Free Binete, CFB) ----焊缝冷却到较低高温区间(700～550℃)、比PF形成温度稍低的F。多在晶界F的侧面以板条状向晶内生长，多呈镐牙状。 有人认为其属魏氏组织，也有人由于其转变温度偏低称为无碳贝氏体。由于其位错密度比PF稍高，使焊缝金属韧性显著下降。 低合金钢焊缝的室温组织 (3)针状F (Acicular Ferrite,AF) ----焊缝冷却到更低500℃左右、在中等冷速下得到的F。在原A晶内以针状分布，宽度约为2μm,长宽比在3：1～5：1范围内常以弥散氧化物和氮化物夹杂物为形核质点并放射性成长。 由于其位错密度更高，可以显著改善焊缝的韧性，是提高焊缝金属韧性的理想组织。 低合金钢焊缝的室温组织 (4)细晶F (Fine Grain Ferrite,FGF) ，又称贝氏体F (Binetic Ferrite)----焊缝冷却到500℃以下、有细化晶粒的Ti、B等元素存在、在原A晶内得到的F。如果在更低温度下转变(约450 ℃)，可转变为上贝氏体。 以上四种组织亦可在低碳钢焊缝中出现，只是所含比例不同而已。 低合金钢焊缝的室温组织 2 珠光体(Pearite) 在接近平衡状态(如热处理时的连续冷却)低合金钢中出现的组织，其转变温度大约在Ar1～550℃之间出现。依细密程度可分为层状P、粒状P及细P。 在焊接非平衡条件下，原子扩散减缓，P来不及转变，扩大了F和B的区域。 当焊缝中有细化元素Ti、B时，P可被完全抑制。低合金钢固态相变时很少得到P。 P会增加焊缝金属强度，但其韧性往往下降。 低合金钢焊缝的室温组织 3 贝氏体(Bainite) 属中温转变，转变温度大约在550℃ ～Ms。依形成温度区间及其特性可为上贝氏体(Upper B)和下贝氏体(L