《焊縫結(jié)晶過程》PPT課件.ppt

高 級 焊 工 工 藝,第四講,復(fù)習(xí)舊課,一、填空題 1.超出木材表面連線上的那部分焊縫金屬的最大高度叫_ 。 2.熔焊時，焊件接縫所處的空間位置叫_ ，可用_ _ 和_ 來表示。 3.帶鈍邊V型焊縫的符號是 ，角焊縫的符號是 ；表示焊縫 表面平齊的符號是 ；表示環(huán)繞工件周圍焊縫的符號是_ 。 4.焊縫橫截面上的尺寸應(yīng)標(biāo)在基本符號的 側(cè)，焊縫長度方向 的尺寸應(yīng)標(biāo)在基本符號的_ 側(cè)，坡口角度、坡口面角度、根 部間隙等尺寸均應(yīng)標(biāo)在基本符號的 側(cè)，相同焊縫數(shù)量符 號應(yīng)標(biāo)在 。 5.焊縫符號一般由 、 、 、 和 組成。,二、選擇題 1.焊縫傾角為0焊縫轉(zhuǎn)角為90的焊接位置是指 ( )。 A平焊 B橫焊 C立焊 B仰焊 2.焊縫傾角為90,270的焊接位置是指 ( )位置。 A立焊 B橫焊 C立焊 D仰焊 3.焊縫成形系數(shù)是 ( ) 的比值用表示. A B與H B H與B C H與a 4.( )符號是表示焊縫表面形狀的符號 A基本 B輔助 C補(bǔ)充,復(fù)習(xí)舊課,模塊一 焊接基礎(chǔ)知識,包括,焊條、焊絲及母材的熔化,1,焊接冶金過程,2,焊縫結(jié)晶過程,3,焊接熱影響區(qū)的組織和性能,4,課題二 焊接冶金基礎(chǔ),控制和改善焊接接頭性能的方法,5,課題二 焊接冶金基礎(chǔ),焊縫金屬從高溫的液體狀態(tài)冷卻至常溫的固體狀態(tài) 經(jīng)歷了兩次結(jié)晶過程：,1.從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y(jié)晶. 2.在固相焊縫金屬中出現(xiàn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的二次結(jié)晶.,熔池結(jié)晶過程研究目的： 1.熔池凝固過程對焊縫金屬的組織、性能具有重 要影響。 2.防止氣孔、夾雜、偏析、結(jié)晶裂紋等焊接缺陷. 3.防止晶體缺陷影響接頭性能.,1.定義:焊縫金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過程稱為焊縫金屬的一次結(jié)晶。,一、焊縫金屬的一次結(jié)晶,2.基本過程 1）晶核生成 2）晶核長大,1.熔池體積小、冷卻速度大。,2.熔池中的金屬處于過熱狀態(tài)。,3.溶池在運動狀態(tài)下結(jié)晶。,一次結(jié)晶特殊性,二、焊接熔池一次結(jié)晶的特點和形態(tài),1.熔池中晶核的形成 自發(fā)形核 非自發(fā)形核 熔池中的現(xiàn)成表面,合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點。（在一般情況下所起作用不大） 熔合區(qū)附近加熱到半熔化狀態(tài)的基體金屬晶粒表面。 焊接時，為改善焊縫金屬的性能，通過焊接材料加入一定量的合金元素（如鉬、釩、鈦、鈮等），可以作為熔池中非自發(fā)形核的質(zhì)點，從而使焊縫金屬晶粒細(xì)化。（變質(zhì)處理）,現(xiàn)成表面,熔池結(jié)晶的一般規(guī)律,1）以新生的晶核為核心，不斷向焊縫中心成長。但長大的趨勢各不相同，有的一直長到焊縫中心，有的長到半途而停止。 2）在一個晶粒內(nèi)部晶胞具有相同的方位，稱為“位向”。不同的晶粒具有不同的位向，稱為各向異性。因此，在某一個方向上的晶粒就最易長大。 3）當(dāng)晶體的最易長大方向與最快散熱的反方向相一致時，可優(yōu)先成長，可一直長至熔池的中心，形成粗大的柱狀晶體。 4）有的晶體取向不利于生長，則晶粒的成長就停止下來。,2.熔池中的晶核長大,以上現(xiàn)象說明焊縫中柱狀晶體的長大是有方向選擇的。,1.熔池的結(jié)晶方向和結(jié)晶速度對焊接質(zhì)量有很大的影響，特別是對裂紋、夾雜、氣孔等缺陷的形成影響更大。 2.晶粒的成長方向也是垂直 于結(jié)晶等溫面的。 3.如圖所示，晶粒主軸的成 長方向與結(jié)晶等溫面正交， 并且以彎曲的形狀向焊縫 中心成長。,熔池結(jié)晶的線速度,2.純金屬的結(jié)晶形態(tài) 正的溫度梯度：平面晶，生長緩慢（主要） 負(fù)的溫度梯度：生長速度快，除主軸外，還有分枝，生成樹枝晶（較少）,15,1.分類,結(jié)晶形態(tài)的不同，是由于金屬的純度和散熱條件 的不同所致。,熔池結(jié)晶的形態(tài),平面晶，高純度的金屬,胞狀晶,胞狀樹枝結(jié)晶,樹枝狀結(jié)晶,液相的內(nèi)部形成的樹枝晶等軸晶,21,3.焊縫各部位結(jié)晶形態(tài)的變化,焊縫各部位出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶、等軸晶。,焊縫 樹枝狀晶,熔合區(qū) 混晶,熔合區(qū) 混晶,HAZ 粗晶,HAZ 細(xì)晶,4.實際焊縫凝固金屬的組織形態(tài),實際焊縫凝固金屬的組織形態(tài)不一定具有上述全部結(jié)晶形態(tài)，一般來說由柱狀晶和少量等軸晶構(gòu)成。 柱狀晶內(nèi)：平面晶、胞狀晶、樹枝狀晶 等軸晶內(nèi)：樹枝晶,24,例1：焊條電弧焊接凝固組織 Q235、14MnMoNbB鋼,25,例2：埋弧焊接凝固組織 Q235A鋼,改善措施,工藝措施,冶金措施,提高冷卻速度,采用多層焊,振動結(jié)晶,加入變質(zhì)劑,加入能夠細(xì)化 晶粒的元素,改善一次結(jié)晶組織措施,三、焊縫結(jié)晶過程中的偏析,1.偏析的定義 焊縫金屬中化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象稱為偏析,2.偏析的產(chǎn)生時間 主要產(chǎn)生在一次結(jié)晶時,3.偏析的影響 1）偏析的化學(xué)成分分布不均導(dǎo)致性能改變。 2）產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾雜物等焊接缺陷,4.偏析的分類 1）顯微偏析 熔池一次結(jié)晶時，最先結(jié)晶的結(jié)晶中心金屬最純，后結(jié)晶部分含其它合金元素和雜質(zhì)略高，最后結(jié)晶部分，即結(jié)晶的外端和前緣所含其它合金元素和雜質(zhì)最高。在一個柱狀晶粒內(nèi)部和晶粒之間的化學(xué)成分分布不均勻現(xiàn)象稱為顯微偏析。,4.偏析的分類 1）顯微偏析 2）區(qū)域偏析 熔池一次結(jié)晶時，由于柱狀晶體的不斷長大和推移，會把雜質(zhì)“趕”向熔池中心，使熔池中心的雜質(zhì)含量比其它部位多，這種現(xiàn)象稱為區(qū)域偏析。 焊縫的斷面形狀對區(qū)域偏析的分布影響很大。窄而深的焊縫，各柱狀晶的交界在其焊縫的中心，因此焊縫中心聚集有較多的雜質(zhì)，見圖1a。這種焊縫在其中心部位極易產(chǎn)生熱裂紋。寬而淺的焊縫，雜質(zhì)則聚集在焊縫的上部，見圖1b，這種焊縫具有較高的抗熱裂能力,4.偏析的分類 1）顯微偏析 2）區(qū)域偏析 3）層狀偏析 熔池在一次結(jié)晶的過程中，要不斷地放出結(jié)晶潛熱，當(dāng)結(jié)晶潛熱達(dá)到一定數(shù)值時，熔池的結(jié)晶就出現(xiàn)暫時的停頓。以后隨著熔池的散熱，結(jié)晶又重新開始，形成周期性的結(jié)晶，伴隨著出現(xiàn)結(jié)晶前沿液體金屬中雜質(zhì)濃度的周期變動，產(chǎn)生周期性的偏析稱為層狀偏析。 層狀偏析集中了一些有害元素，因此缺陷往往出現(xiàn)在層狀偏析中。由層狀偏析所造成的氣孔（如下圖）。,四、焊縫金屬的二次結(jié)晶,1.定義： 一次結(jié)晶結(jié)束后,熔池就轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的焊縫。高溫的焊縫金屬冷卻到室溫時,要經(jīng)過一系列的組織相變過程,這種相變過程稱為焊縫金屬的二次結(jié)晶。,焊縫金屬的固態(tài)相變過程即為焊縫金屬的二次結(jié)晶。,低碳鋼,二次組織,改善措施,控制冷卻速度,采用多層焊,焊后熱處理,2.低碳鋼焊縫二次結(jié)晶組織性能,F+P,W,魏氏組織,低合金鋼,二次組織,改善措施,錘擊焊縫表面,采用多層焊,焊后熱處理,B,M,F：塊、板、針、條,P,跟蹤回火,3.合金鋼焊縫二次結(jié)晶組織性能,1.夾雜物：,五、焊縫中的夾雜物,由焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，焊后殘留在焊縫 金屬中的微觀非金屬雜 質(zhì)，稱為夾雜物。,2.夾雜物種類,硫化物 氧化物 氮化物,硫化亞鐵和硫化錳,二氧化硅、氧化錳、氧化鈦,焊縫中很少出現(xiàn)（時效時可能出現(xiàn)Fe4N析出）。,1.焊縫金屬的一次結(jié)晶 2.焊接熔池一次結(jié)晶的特點和形態(tài) 3.焊縫結(jié)晶過程中的偏析 4.焊縫金屬的二次結(jié)晶 5.焊縫中的夾雜物,小 結(jié),第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變,（二）熔合區(qū)的化學(xué)不均勻性,整個焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。易出現(xiàn)缺陷，裂紋等。,1、熔合區(qū)的形成,半熔化過渡狀態(tài)、熱傳播不均勻、晶粒的傳熱方向不同,第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變,2、熔合區(qū)寬度,材料的液固溫度范圍、被焊材料自身的熱物 理性質(zhì)和組織狀態(tài)：,被焊金屬的固相線溫度,溫度梯度,被焊金屬的液相線溫度,第三章 熔池凝固與焊縫固態(tài)相變,低合金鋼熔合區(qū)附近的溫度梯度約為30080oC/mm，液固相線溫度差約40 oC，因此，一般電弧焊條件下，熔合區(qū)寬度為： A=40/（30080）=0.1330.50（mm） 奧氏體鋼電弧焊：A=0.060.12mm,*熔合區(qū)的寬度對焊縫性能影響很大。由于焊接工藝的因素，當(dāng)熔合區(qū)寬度大時，焊縫的整體性能下降。如奧氏體不銹鋼的熔合區(qū)寬度在0.1mm時，對不銹鋼焊接