焊接接头的组织与性能.ppt

关于焊接接头的组织与性能 第1页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 熔焊时，在高温热源的作用下，母材将发生局部熔化，并与熔化了焊丝金属搅拌混合而形成焊接熔池。 与此同时，进行了短暂而复杂的冶金反应。 当焊接热源离开以后，熔池金属便开始凝固（结晶），如图3-1。 第2页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 熔池凝固过程的研究目的： 熔池凝固过程对焊缝金属的组织、性能具有重要影响。 焊接工程中，由于熔池中的冶金条件和冷却条件不同，可得到性能差异很大的组织。 同时有许多缺陷是在熔池凝固的过程中产生的，如气孔、夹杂、偏析和结晶裂纹等。 另一方面，焊接过程是处于非平衡的热力学条件，因此熔池金属在凝固过程中会产生许多晶体缺陷，如点缺陷（空位和间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（界面）。这些缺陷的发展严重影响焊缝的金属的性能。 第3页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 一、 熔池凝固的特点 1、熔池的凝固条件和特点 1）结晶过程：晶核生成、晶核长大 2）熔池的体积小、冷却速度大 熔池的体积最大只有30cm3，重量不超过100g。周围冷金属→冷速非常大，4?100oC/s。钢锭平均冷速（3 ? 150）?10-4 oC/s。 第4页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 第三章 熔池凝固与焊缝固态相变 2、熔池中的金属处于过热状态 电弧焊条件下，熔池温度1770?100 oC，熔滴 2300?200 oC。钢锭不超过1550oC。 3、熔池在运动状态下结晶 第5页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 第三章 熔池凝固与焊缝固态相变 二、熔池结晶的一般规律 形核与长大过程 在熔池状态下，结晶过程规律？焊缝金属结晶形态？ （一）熔池中晶核的形成 均匀形核与非均匀形核。过冷度，形核功。 焊接条件下，熔池中存在两种现成表面： 一种是合金元素或杂质的悬浮质点 一种是熔合区附近半熔化的金属界面晶粒表面（主要的非自发形核表面）。 第6页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 第三章 熔池凝固与焊缝固态相变 （二）熔池中的晶核长大 柱状晶生长的形态与焊接条件密切相关，如焊接线能量、焊缝的位置、熔池的搅拌与振动等。 粗大的柱状晶 第7页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 第三章 熔池凝固与焊缝固态相变 五、焊缝金属的化学成分不均匀性 冷速快，化学成分扩散不充分→偏析 （一）焊缝中的化学不均匀性 成分偏析 显微偏析 区域偏析 层状偏析 晶界、亚晶界、树枝晶之间 杂质等在焊缝中心区域聚集 结晶过程的周期性变化 层状偏析往往聚集有害元素，也易于形成缺陷，尤其是气孔→力学性能不均匀，抗腐蚀性下降，断裂韧性降低等。 第8页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 第三章 熔池凝固与焊缝固态相变 （二）熔合区的化学不均匀性 整个焊接接头的薄弱环节。易出现缺陷，裂纹等。 1、熔合区的形成 半熔化过渡状态、热传播不均匀、晶粒的传热方向不同 第9页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 第三章 熔池凝固与焊缝固态相变 2、熔合区宽度 材料的液—固温度范围、被焊材料自身的热物 理性质和组织状态： 被焊金属的固相线温度 温度梯度 被焊金属的液相线温度 第10页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 第三章 熔池凝固与焊缝固态相变 低合金钢熔合区附近的温度梯度约为300～80oC/mm，液固相线温度差约40 oC，因此，一般电弧焊条件下，熔合区宽度为： A=40/（300～80）=0.133～0.50（mm） 奥氏体钢电弧焊：A=0.06～0.12mm **熔合区的宽度对焊缝性能影响很大。由于焊接工艺的因素，当熔合区宽度大时，焊缝的整体性能下降。如奥氏体不锈钢的熔合区宽度在0.1mm时，对不锈钢焊接接头的抗腐蚀性影响不大；但当该宽度较大，达到接近1mm时，则焊接接头的耐蚀性显著下降，甚或出现裂纹。 第11页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 第三章 熔池凝固与焊缝固态相变 3、熔合区的成分分布 成分严重不均匀→性能下降 熔合区固液界面附近元素（溶质）的浓度分布 决定于该元素在固、液相中的扩散系数和分配系数。 *异种钢焊接时，特别注意这一问题。很多焊接 接头的早期失效与此有关。 第12页，共37页，2022年，5月20日，7点25分，星期五 分析焊缝和熔合区的化学不均匀性