第3章焊接接头的组织和性能.ppt

第3章焊接接头的组织与性能控制第3章焊接接头的组织与性能控制???焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成、熔池金属在经历了一系列化学冶金反应后，随着热源远离温度迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝,并在继续冷却中发生固态相变。熔合区和热影响区在焊接热源的作用下，也将发生不同的组织变化，很多焊接缺陷，如气孔、夹杂物、裂纹等都是在上述这些过程中产生，因此,了解接头组织与性能变化的规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。????3.1焊接熔池一次结晶3.1.1熔池凝固的条件和特点????焊接熔池与铸锭相比，具有如下特点:1不平衡的动态结晶(1)焊接熔池体积小，冷却速度快一般在电弧焊条件下,熔池体积最大不过几十立方厘米,质量不超过100g,与以吨为单位的铸锭相比是微乎其微的。此外，焊接热源始终处于运动状态之中，焊接区中任何一点的温度变化都是准稳态，热源移近时迅速升温，热源移开时则迅速降温。这就决定了焊接过程中所发生的各种冶金学变化都无法达到平衡状态。?单道焊接的热循环特性(2)焊接时温度很快地升高到峰值温度([max]。而高温停留时间很短,例如在[c3]（见铁碳平衡图）以上只有几秒到十几秒钟。冷却速度相当大，往往会引起淬火决定了焊缝凝固时冷却速度极高，在4～100℃/s范围内，比一般的铸锭的冷速高出约104倍，所以极易产生淬硬组织，甚至冷裂纹。(3)熔池过热温度梯度大熔池中部处于热源中心呈过热状态，一般可达2300℃；而熔池边缘紧邻未熔化的母材处，是过冷的液体金属。因此，从熔池中心到边缘存在了很大的温度梯度。不均匀的温度场将引起不均匀的应力和变形，并造成不均匀的组织和性能变化。2、焊接熔池凝固以熔化母材为基础在熔化母材基础上的凝固过程与熔池的形状、尺寸密切相关,并直接取决于焊接工艺。此外，母材形成的”壁模”与熔池之间不存在空气隙,因而具有较好的导热条件与形核条件。（1）联生结晶以熔池边缘半融化晶粒为基础结晶。过热熔池边缘半融化晶粒粗大→焊缝晶粒也粗大(2)竞争成长背向传热方向，形成柱晶。3、结晶方向(1)焊接熔池的凝固过程服从于金属结晶的基本规律。宏观上，金属结晶的实际温度总是低于理论结晶温度，即液态金属具有一定的过冷度是凝固的必要条件，微观上，金属的凝固过程是由晶核不断形成和长大这两个基本过程共同构成。（2）结晶方向这个过程还受到焊接热循环特殊条件的制约。因此，研究焊接熔池的凝固过程，必须结合焊接热循环的特点与具体施焊条件。另外因为焊接熔池的长度与电流电压的乘积IU成正比，所以结晶方向还与焊接工艺参数有关。电流小电压低，焊接速度很慢时熔池的形状和结晶的方向电流和电压、焊接速度中等时熔池的形状和结晶的方向3.1.2熔池的凝固过程????焊接熔池结晶过冷度是液体金属凝固的必要条件。在一定范围内过冷度越大，固液两相的自由能相差越多，越有利于凝固的进行，焊接时的冷却速度很高，容易获得较大的过冷度，有利于凝固过程的进行。????与铸锭一样，熔池中的晶核也是以异质晶核为主。1、在焊接熔池中，由于温度高，可以成为异质晶核的难熔质点很少，但是，边界母材的半熔化晶粒之尺寸与构造最符合新相形成的条件，而成为新相形核的现成表面。也就是说,熔池凝固时主要是以半熔化的母材晶粒为晶核并长大，因此，熔池具备了有利的形核条件。??2、??熔池凝固从边界开始，在母材半熔化晶粒的基础上，沿着散热的反方向以柱状晶的形式向前推进，焊缝金属的晶粒实际是母材半熔化晶粒的延伸，二者之间不存在晶界面。?3、???由于焊缝晶粒是母材半熔化晶粒的延伸，半熔化区母材晶粒的尺寸就决定了焊缝柱状晶的尺寸。为了防止因母材过热而导致焊缝的晶粒粗化，在生产中焊接对过热比较敏感的材料时，应通过调整焊接参数等措施来控制近缝区母材的晶粒尺寸。????熔池开始凝固后，晶粒在向熔池中心推进的过程中，由于母材半熔化晶粒的取向不同，每个晶粒向前推进的速度是不同的。对于呈体心或面心点阵的金属来说，只有当晶粒最最易长大的位向与散热方向一致时，才最容易长大。因此，这部分晶粒就会优先长大而最终延伸到熔池中心，而那些位向与散热方向不一致的晶粒则长大较慢，最终受