1.7熔化焊接头组织与性能.ppt

1.7熔化焊接头的组织与性能 1.7.1 焊缝金属的组织与性能 1.7.2 焊接热影响区的组织与性能 1.7.1 焊缝金属的组织与性能 一、熔池凝固 二、焊缝固态相变 三、焊缝性能的控制 一、熔池凝固 2、熔池结晶的一般规律 （1）形核 自发形核和非自发形核 在焊接熔池中，温度达到1600℃，自发形核几乎不可能，非自发形核起主要作用。 2、熔池结晶的一般规律 （2）晶核长大 择优生长 每一种晶体点阵都存在一个最优结晶取向, 对于立方点阵的金属（Fe, Ni, Cu, Al），最优结晶取向为001。 温度梯度大的方向，也是晶粒易于生长的方向。与焊接熔池边界垂直的方向温度梯度G最大。 当母材晶粒取向001与导热最快的方向一致时，即垂直熔池边界时，晶粒生长最快而优先长大。 3、焊接工艺对一次组织结构的影响 焊接熔池的外形是椭球状的曲面，即结晶的等温面，熔池的散热方向是垂直于结晶等温面，因此晶粒的生长方向也是垂直于结晶等温面。由于等温面是曲线，那么晶粒生长的主轴也是弯曲的。 3、焊接工艺对一次组织结构的影响 熔池中不同部位温度梯度和结晶速度不同，成分过冷的分布不同，焊缝各部位出现不同的结晶形态：平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶。 4.焊缝金属化学成分不均匀性 宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析 （1）宏观偏析 层状偏析、焊缝中心偏析、焊道偏析、弧坑偏析 4.焊缝金属化学成分不均匀性 宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析 （2）微观偏析 柱状晶偏析、树枝晶偏析、胞状晶偏析 4.焊缝金属化学成分不均匀性 宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析 （3）熔合线偏析 1）熔合区是母材与熔池的界面，熔合区及其附近微小区域的化学成分与母材和焊缝存在显著不同； 2）碳的偏析 3）硫磷的偏析 二、焊缝固体相变 低碳钢焊缝的相变组织 低合金钢焊缝的相变组织 2、低合金钢焊缝的相变组织 铁素体 珠光体 贝氏体 马氏体 焊缝最终组织的构成 1）铁素体 三、焊缝性能控制 1、焊缝金属的固溶强化和变质处理 2、调整焊接工艺改善焊缝的性能 1、焊缝金属的固溶强化和变质处理 硅和锰 矾和铌 钛和硼 钼 稀土 2）矾和铌 Nb和V在低合金钢焊缝中可固溶，推迟冷却时奥氏体向铁素体转变，抑制焊缝中先共析铁素体析出，而激发细小的AF组织。另外还可以固定焊缝中的N，提高韧性。 但氮化物如以微细共格沉淀相存在则降低韧性，可通过正火处理，消除共格关系，提高韧性。 采用微量元素改善焊缝金属的组织和韧性是一项十分复杂的问题，特别是不同合金体系最佳韧化效果的合适微量元素，有时很难解释。但最终都能改善焊缝的微观组织。对于低合金钢来讲，就是增加焊缝金属中的针状铁素体，抑制先共析铁素体，这是最重要的韧化机制。 1.7.2焊缝热影响区的组织与性能 1.焊接热影响区的组织转变 2.焊接热影响区的组织分布 3.焊接热影响区的性能 1.焊接热影响区的组织转变 （1）焊接过程的特殊性： 加热速度快 比热处理时快几十倍甚至几百倍； 加热温度高 在熔合线附近温度可达1350～1400℃； 高温停留时间短 在AC3以上保温的时间很短(一般手工电弧焊约为4～20s，埋弧焊时30～100s) ； 自然条件下连续冷却，冷却速度快； 加热的局部性和移动性； 在应力状态下进行组织转变。 （2）焊接加热过程组织转变 组织转变向高温推移； A均质化程度降低，部分晶粒严重长大； 1）组织转变向高温推移 焊接过程的快速加热，使各种金属的相变温度比起等温转变时大有提高。 原因： F 或P→ A－扩散重结晶－需要孕育期；碳化物形成元素－－减慢A的进程。 （3）焊接冷却过程的组织转变特点 组织转变向低温推移，可形成非平衡组织； M转变临界冷速发生变化　 （1）不易淬火钢HAZ的组织分布 1）HAZ尺寸如下表所示： 1） 完全淬火区 2） 不完全淬火区 3）回火区（调质态母材） （1）焊缝热影响区的硬化 （2）焊缝热影响区的脆化 （3）焊缝热影响区的韧化 （4）焊缝热影响区的软化 影响硬度的因素 最高硬度 最低硬度 1）影响硬度的因素 2)最高硬度 3)最低硬度 不易淬火钢： 与母材相接处； 易淬火钢（调质态）： 在Ac1附近的区域； （2）焊接热影响区的脆化 2. 焊接热影响区的脆化 HAZ因晶粒粗大发生韧性降低的现象。 2）组织脆化 焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化称之组织脆化。 b) M - A 组元 b) M - A 组元 焊接低碳低合金钢； 先析出F→残余A的碳浓度增高； 高碳A →高碳M+残余A，即M-A组元。 3）时效脆化 a) 热应变时效脆化 b) 相析出时效脆化 3、力学性能的分布 不易淬火钢HAZ的力学性能 不易淬火钢HAZ的力学性能 3、焊接