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，星期日，2025年，2月5日熔焊时，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，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日一、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）?10-4oC/s。第4页，共37页，星期日，2025年，2月5日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?100oC，熔滴2300?200oC。钢锭不超过1550oC。3、熔池在运动状态下结晶第5页，共37页，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日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40oC，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，星期日，2025年，2月5日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，星期日，2025年，2月5日分析焊缝和熔合区的化学不均匀性,为什么会形成这种不均匀性?1、从冷态开始到加热熔化，形成熔池的温度可达2000℃以上，母材又是冷态金属，两者温差巨大。并且随热源的移动局部受热区也在不断移动，造成