金屬熔焊原理第二章 焊縫的組織與性能ppt課件

1、第一節(jié) 焊條、焊絲及母材的熔化第二節(jié) 焊縫金屬的一次結(jié)晶 第二章第二章 焊縫的組織和性能焊縫的組織和性能第三節(jié) 焊縫金屬的二次結(jié)晶 第四節(jié) 焊縫組織和性能的改善焊條金屬的加熱焊條金屬的加熱 電阻熱：焊接電流經(jīng)過焊芯時(shí)產(chǎn)生電阻熱：焊接電流經(jīng)過焊芯時(shí)產(chǎn)生的電阻熱。的電阻熱。電弧熱：焊接電弧傳給焊條端部的電弧熱：焊接電弧傳給焊條端部的熱量。熱量?；瘜W(xué)反響熱：藥皮部分化學(xué)物質(zhì)化化學(xué)反響熱：藥皮部分化學(xué)物質(zhì)化學(xué)反響時(shí)產(chǎn)生的熱量。學(xué)反響時(shí)產(chǎn)生的熱量。 第一節(jié)第一節(jié) 焊條、焊絲及母材的熔化焊條、焊絲及母材的熔化圖2-1 焊接時(shí)沿焊條軸向藥皮外表上的溫度分布不銹鋼焊條，=5mm，I=190A，U=25V，電弧

2、經(jīng)過時(shí)間：110s、220s、330s、440s圖2-2 在焊條橫截面上的溫度分布t焊芯平均溫度 t1藥皮內(nèi)外表溫度 t2藥皮平均溫度 t3藥皮外外表溫度 藥皮厚度電阻熱： PR=I2RS Rs=Ls/S焊條電阻熱過大的不良影響：1、飛濺添加；2、藥皮開裂或零落，電弧熄滅不穩(wěn)定；3、藥皮喪失冶金作用；4、焊條發(fā)紅變軟，操作困難；5、焊縫成形變壞，甚至產(chǎn)生氣孔等缺陷。不銹鋼焊條焊接時(shí)，這種景象更為突出。嚴(yán)厲限制焊芯和藥皮的加熱溫度，普通焊接終了時(shí)，焊芯的溫度不應(yīng)超越600650。熔滴上的作用力：熔滴上的作用力： 1. 重力2. 外表張力3. 電磁力4. 摩擦力 焊條金屬的過渡特性焊條金屬的過渡特

3、性熔化極電弧焊焊條電弧焊、CO2焊、MIG、MAG、埋弧焊熔滴是指電弧焊時(shí)，在焊條或焊絲端部構(gòu)成的向熔熔滴是指電弧焊時(shí)，在焊條或焊絲端部構(gòu)成的向熔池過渡的液態(tài)金屬滴。池過渡的液態(tài)金屬滴。熔滴經(jīng)過電弧空間向熔池的轉(zhuǎn)移過程即熔滴過渡。熔滴的比外表積和作用時(shí)間：熔滴的比外表積和作用時(shí)間：比外表積S：熔滴外表積A與其質(zhì)量V之比，即S=A/V 。設(shè)熔滴是半徑為R的球體，那么S=3/R。熔滴越細(xì)其熔滴比外表積越大，凡是能使熔滴變細(xì)的要素，都能加強(qiáng)冶金反響。熔滴相互作用時(shí)間近似等于熔滴存在時(shí)間0.011.0s，是很短暫的。熔滴過渡的方式：熔滴過渡的方式：國際焊接學(xué)會(huì)IIW對熔滴過渡方式分類：爆炸過渡旋轉(zhuǎn)射流

4、過渡射流過渡射滴過渡噴射過渡細(xì)滴過渡排斥過渡大顆粒過渡顆粒過渡自由過渡) 1 (套筒過渡渣壁過渡渣壁過渡搭橋過渡短路過渡接觸過渡) 3()2(接觸過渡自在過渡渣壁過渡熔滴過渡的方式：熔滴過渡的方式：圖2-4 熔滴的重力和熔滴的表面張力示意圖F1 -熔滴的重力 F2-熔滴的表面張力圖2-5 通有同方向電流的兩根導(dǎo)線的相互作用力圖2-6 磁力線在熔滴上的壓縮作用p 電磁壓縮力圖2-7 斑點(diǎn)壓力阻礙熔滴過渡的示意圖2-8焊條藥皮形成的套筒示意圖熔池的外形類似于不規(guī)范的半橢球，其輪廓為溫度等于母材熔點(diǎn)的等溫面。熔池的寬度和深度沿X軸延續(xù)變化。電流添加熔池的最大寬度Bmax略增，最大深度Hmax增大；隨

5、電弧電壓的添加， Bmax增大， Hmax減小。一、熔池的外形和尺寸一、熔池的外形和尺寸焊接熔池的構(gòu)成焊接熔池的構(gòu)成 熔焊時(shí)，母材上由熔焊的焊條金屬與部分熔化的母材所組成的具有一定幾何外形的的液體金屬叫熔池。如焊接時(shí)不填充金屬，那么熔池僅由部分熔化的母材組成。 熔池質(zhì)量和存在時(shí)間熔池質(zhì)量和存在時(shí)間 與熔滴階段相比，熔池的比外表與熔滴階段相比，熔池的比外表積要小，在積要小，在(0.313)10-3m2/kg間；間；熔池中各物化反響時(shí)間要長，在幾熔池中各物化反響時(shí)間要長，在幾s到幾十到幾十s之間。之間。 tmax=L/v熔池存在時(shí)間長久的利與弊：熔池存在時(shí)間長久的利與弊：利：有利用氣泡、熔渣的浮出

6、，合利：有利用氣泡、熔渣的浮出，合金化均勻等。金化均勻等。弊：焊接接頭過熱，組織晶粒容易弊：焊接接頭過熱，組織晶粒容易粗大，韌性值下降。粗大，韌性值下降。 熔池溫度熔池溫度 特點(diǎn)：中心溫度高、周邊溫度低，頭部特點(diǎn)：中心溫度高、周邊溫度低，頭部溫度高、尾部溫度低。溫度高、尾部溫度低。 熔池中液態(tài)金屬的流動(dòng)熔池中液態(tài)金屬的流動(dòng) 構(gòu)成熔池劇烈運(yùn)動(dòng)的緣由是什么呢？1、液態(tài)金屬密度差引起自在對流運(yùn)動(dòng)；2、外表張力差強(qiáng)迫對流運(yùn)動(dòng)；3、熔池中各種機(jī)械力攪拌。熔池運(yùn)動(dòng)對焊接質(zhì)量的影響：1、使熔化的母材和焊條金屬很好的混合，構(gòu)成成分均勻的焊縫金屬；2、有利于氣體和非金屬夾雜物的外溢，加速冶金反響，消除焊接缺陷氣

7、孔，提高焊接質(zhì)量。3、液態(tài)金屬與母材交界處，運(yùn)動(dòng)受限制，化學(xué)成分不均勻。焊縫金屬的熔合比焊縫金屬的熔合比熔合比：熔焊時(shí)，部分熔化的母材在焊熔合比：熔焊時(shí)，部分熔化的母材在焊縫金屬中所占的百分比。縫金屬中所占的百分比。A熔化的母材B填充金屬圖2-11 不同接頭方式焊縫橫截面積的熔透情況圖2-12 接頭方式與焊道層數(shù)對熔合比的影響I外表堆焊 IIV形坡口對接 IIIU形坡口對接奧氏體鋼、焊條電弧焊熔合比對焊縫金屬成分的影響 普通情況下，焊縫金屬是由填充金屬與部分熔化的母材組 成的。當(dāng)焊縫金屬的熔合比變化時(shí)，其焊縫金屬的成分必然隨之改動(dòng)。假設(shè)焊接時(shí)合金元素沒有任何損失，那么這時(shí)焊縫金屬中的合金元素B

8、的含量與熔合比的關(guān)系為： wBwB1-wB 式中 wB 元素B在焊縫中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； wB 元素B在母材中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； wB 元素B在焊條中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 熔合比。 焊接熔池結(jié)晶的特點(diǎn) 第二節(jié)第二節(jié) 焊縫金屬的一次結(jié)晶焊縫金屬的一次結(jié)晶1焊接熔池的體積小 2焊接熔池的溫度極不均勻3焊接熔池的冷卻速度高 4熔池在運(yùn)動(dòng)形狀下結(jié)晶5. 焊接熔池的結(jié)晶以熔化母材為根底圖2-13 焊縫金屬的一次結(jié)晶過程 圖2-14 熔池在運(yùn)動(dòng)形狀結(jié)晶焊接熔池結(jié)晶過程 圖2-15 熔合區(qū)母材晶粒外表柱狀晶的構(gòu)成圖2-16 奧氏體鋼焊縫的聯(lián)生結(jié)晶圖2-17 柱狀晶的選擇長大Gmax最大溫度梯度圖2-18 焊縫一次結(jié)晶過程表示圖

9、金屬的偏析 焊縫中的偏析主要有顯微偏析、區(qū)域偏析和層狀偏析等三種方式。 圖2-19 顯微偏析表示圖圖2-20含碳量對碳鋼焊縫及鑄錠中硫、磷偏析的影響圖2-21 不同成形系數(shù)的焊縫區(qū)域偏析a成形系數(shù)小 b成形系數(shù)大a b圖2-22 焊縫的層狀偏析a焊條電弧焊 b電子束焊a b圖2-23 層狀偏析呵斥的氣孔 a橫截面 b縱截面a b第三節(jié)第三節(jié) 焊縫金屬的二次結(jié)晶焊縫金屬的二次結(jié)晶 熔池凝固后得到的組織是一次結(jié)晶組織，對大多數(shù)鋼來說是高溫奧氏體。隨著延續(xù)冷卻過程的進(jìn)展，高溫奧氏體還要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變即固態(tài)相變，也稱二次結(jié)晶。二次結(jié)晶得到的組織即為室溫組織，或稱二次組織。二次組織對焊縫的性能起決議性作用

10、。低碳鋼焊縫的固態(tài)相變 由于低碳鋼焊縫含碳量較低，固態(tài)相變后的組織主要是鐵素體加少量珠光體。普通情況下，鐵素體首先沿奧氏體柱狀晶晶界析出，其晶粒非常粗大，當(dāng)冷卻至共析溫度以下過冷時(shí)，剩下的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。低合金鋼焊縫的固態(tài)相變 低合金鋼焊縫固態(tài)相變后的組織比低碳鋼焊縫的組織要復(fù)雜得多，隨母材、焊接資料及工藝條件的不同而變化。固態(tài)相變除鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變外，還有能夠出現(xiàn)貝氏體和馬氏體轉(zhuǎn)變。第四節(jié)第四節(jié) 焊縫組織與性能的改善焊縫組織與性能的改善 焊縫的性能取決于焊縫的化學(xué)成分與組織形狀。構(gòu)成焊縫金屬的化學(xué)成分不同，其力學(xué)等性能就不一樣；具有一樣化學(xué)成分的焊縫金屬，由于結(jié)晶組織的不同，在性能上也會(huì)有很大的差別。因此，改善焊縫的性能應(yīng)從調(diào)整化學(xué)成分和控制組織兩個(gè)方面入手。焊縫金屬的蛻變處置 圖2-32 焊縫晶粒粗細(xì)對沖擊韌性的影響 1-細(xì)晶粒 2-粗晶粒振動(dòng)結(jié)晶 1低頻機(jī)械振動(dòng) 2高頻超聲振動(dòng) 3電磁振動(dòng)改善焊縫金屬二次組織的方法 1焊后熱處置 2多層焊接 3錘擊焊道或坡口外表 4跟蹤回火本章終了本章