河南工業(yè)大學

1、河南工業(yè)大學 10 材具有交互結(jié)晶的特征，圖2-2為母材和焊縫金屬交互結(jié)晶的示意圖。由圖可知，焊縫金屬與聯(lián)接處母材具有共晶現(xiàn)象，即熔池金屬的結(jié)晶是從熔合區(qū)母材的半熔化晶粒上開始向焊縫中心成長的。這種結(jié)晶形式稱為交互結(jié)晶或聯(lián)生結(jié)晶。當晶體最易長大方向與散熱最快方向一致時，晶體便優(yōu)先得到成長，有的晶體由于取向不利于成長，晶粒的成長會被遏止。這就是所謂選擇長大，并形成焊縫中的柱狀晶。 在圖2-2中顯示，隨著晶粒的成長，熔池中晶粒界面前的濃度過冷和溫度梯度也隨著發(fā)生變化。因而，熔池全部凝固以后，各處將會出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)。在焊接熔池的熔化邊界上，溫度梯度G較大，結(jié)晶速度R很小，因此此處的濃度過冷最小，

2、隨著焊接熔池的結(jié)晶。溫度梯度G由熔化邊界處直到焊縫中心逐漸變小，熔池的結(jié)晶速度R卻逐漸增大，到焊縫中心處，溫度梯度最小，結(jié)晶速度最大。 熱影響區(qū)是焊接或切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學性能變化的區(qū)域。按其組織特征又可分為以下四個區(qū)域： 圖 23 河南工業(yè)大學 11 （a）過熱區(qū) （粗晶區(qū)） 指焊接熱影響區(qū)中，具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。此區(qū)的溫度范圍為固相線至1100，因加熱溫度過高，奧氏體晶粒急劇長大，使其塑性明顯下降，尤其是沖擊韌度下降20-30，對于易淬火鋼，此區(qū)脆性更大，是熱影響區(qū)中性能最差的部位。焊接剛度大的結(jié)構(gòu)件時，常在過熱粗晶區(qū)產(chǎn)生脆化或裂紋。

3、（b）細晶區(qū) 細晶區(qū)是焊接時母材被加熱到1100Ac3的部位，將發(fā)生重結(jié)晶，將發(fā)生重結(jié)晶，即鐵素體和珠光體全部變?yōu)閵W氏體，然后在空氣中冷卻得到細小均勻的鐵素體和珠光體，相當于熱處理的正火組織。此區(qū)域的塑性和韌性都較好，是焊接熱影響區(qū)中性能最好的區(qū)域。 （c）熔合區(qū) 熔合區(qū)為焊縫與母材相鄰的部位，又稱半熔化區(qū)，溫度處于液相線與固相線之間。這個區(qū)域的微觀行為十分復雜，焊縫與母材的不規(guī)則結(jié)合，形成了參差不齊的分界面。此區(qū)域的范圍很窄，但由于在化學成分上和組織性能上都有較大的不均勻性，所以對焊接接頭的強度、韌性有很大影響。在許多情況下熔合區(qū)是產(chǎn)生裂紋、脆性破壞的發(fā)源地。 （d)不完全重結(jié)晶區(qū) 加熱溫度

4、Ac1- Ac3，約750-900，鋼被加熱奧氏體+ 部分鐵素體區(qū)域，冷卻后的組織為細小鐵素體+珠光體+部分大塊未變化的鐵素體，晶粒大小不 河南工業(yè)大學 12 均勻。此區(qū)特點是晶粒大小不一，組織不均勻，因此力學性能也不均勻。 2.2實驗材料與設(shè)備 實驗設(shè)備 鎢極交、直流方波氬弧焊焊機（焊機型號WANBO-WSE-350）、BM-4XDV倒置金相顯微鏡、維氏顯微硬度計HV1000A、型材切割機（J1G-DI-355）、250毫米落地砂輪機、金相砂紙、金相拋光機，J422系列焊條等。 圖2-4 粗拋設(shè)備 圖2-5 精拋設(shè)備 河南工業(yè)大學河南工業(yè)大學 25 圖3-9 熱影響區(qū)40倍 圖3-10 熱影

5、響區(qū)100倍 圖3-11 熱影響區(qū)400倍 熱影響區(qū)的顯微組織 受焊接過程熱循環(huán)（加熱和冷卻）的作用焊縫附近的熱影響區(qū)相當于經(jīng)歷了“特殊的熱處理” 過程一樣。 焊縫及熱影響區(qū)各部分由于離焊池距離不同而被加熱到不同的溫度，焊后冷卻時又以不同的冷速冷卻下來,因此使該區(qū)的組織變得復雜。 由于焊縫周圍的金屬導熱作用，焊縫和熱影響的冷卻速度很快，有時可達淬火的程度。冷卻速度受材料的導河南工業(yè)大學 26 熱性、板厚和接頭形狀及鋼板在焊前初始溫度（包括環(huán)境溫度或預熱溫度） 等因素的影響。鋼板尺寸越大，冷卻越快，鋼板初始溫度越高（預熱） ，冷速越慢。 通過一組同學的對比觀察到的組織隨焊接電流的變大，焊縫區(qū)、熔

6、合區(qū)和熱影響區(qū)組織晶粒度逐漸粗化，由鐵素體逐漸變?yōu)橹楣怏w和魏氏組織。 結(jié)論 (1)在其他條件一定的情況下，隨著電弧焊焊接電流增大，焊接的引弧性、河南工業(yè)大學 27 穩(wěn)弧性、脫渣性及焊縫成形性都逐漸變好，但是焊接飛濺和電弧吹力較大。 （2）隨著焊接電流增大，焊接接頭同一特征區(qū)的組織由鐵素體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或者魏氏組織，晶粒度逐漸變粗化。 （3）焊條直徑相同，焊接電流不同時，焊接電流越大，各特征區(qū)的硬度分布呈現(xiàn)曲線分布，逐漸變大；同一焊接電流下，焊縫區(qū)硬度最低，熔合區(qū)和熱影響區(qū)較高。 （4）焊條直徑為3.2mm時最佳焊接電流為120A。 河南工業(yè)大學 28 結(jié)束語 通過這次課程設(shè)計，我學會了不少知

7、識，也對以前學的焊接方面的知識有了很好的復習鞏固。這次的課程設(shè)計并不是很簡單，想要做好，需要查很多文獻，對工藝設(shè)計有較好的了解。做實驗獲得數(shù)據(jù)的過程也并不容易，尤其是磨金相組織，一開始有很多劃痕，結(jié)果返工重新磨了多次才可以看清組織，順利完成實驗。這次的課程設(shè)計試驗和理論相結(jié)合，既提高了自己的動手操作能力，也學會了很多理論知識，在焊接基礎(chǔ)和焊接工藝這方面受益匪淺，工藝設(shè)計和應用能力得到很大的提高，我學到許多課本上沒有的知識，了解到實踐的重要性，很感謝老師們的耐心指導。由于自己焊接知識方面還有很多欠缺，難免存在不足和錯誤之處，希望老師給以指正。 河南工業(yè)大學25圖3-9 熱影響區(qū)40倍圖3-10

8、熱影響區(qū)100倍圖3-11 熱影響區(qū)400倍熱影響區(qū)的顯微組織受焊接過程熱循環(huán)（加熱和冷卻）的作用焊縫附近的熱影響區(qū)相當于經(jīng)歷了“特殊的熱處理”過程一樣。焊縫及熱影響區(qū)各部分由于離焊池距離不同而被加熱到不同的溫度，焊后冷卻時又以不同的冷速冷卻下來,因此使該區(qū)的組織變得復雜。由于焊縫周圍的金屬導熱作用，焊縫和熱影響的冷卻速度很快，有時可達淬火的程度。冷卻速度受材料的導河南工業(yè)大學26熱性、板厚和接頭形狀及鋼板在焊前初始溫度（包括環(huán)境溫度或預熱溫度）等因素的影響。鋼板尺寸越大，冷卻越快，鋼板初始溫度越高（預熱），冷速越慢。通過一組同學的對比觀察到的組織隨焊接電流的變大，焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組織

9、晶粒度逐漸粗化，由鐵素體逐漸變?yōu)橹楣怏w和魏氏組織。結(jié)論(1)在其他條件一定的情況下，隨著電弧焊焊接電流增大，焊接的引弧性、河南工業(yè)大學27穩(wěn)弧性、脫渣性及焊縫成形性都逐漸變好，但是焊接飛濺和電弧吹力較大。（2）隨著焊接電流增大，焊接接頭同一特征區(qū)的組織由鐵素體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或者魏氏組織，晶粒度逐漸變粗化。（3）焊條直徑相同，焊接電流不同時，焊接電流越大，各特征區(qū)的硬度分布呈現(xiàn)曲線分布，逐漸變大；同一焊接電流下，焊縫區(qū)硬度最低，熔合區(qū)和熱影響區(qū)較高。（4）焊條直徑為3.2mm時最佳焊接電流為120A。河南工業(yè)大學28結(jié)束語通過這次課程設(shè)計，我學會了不少知識，也對以前學的焊接方面的知識有了很好的復習鞏固。這次的課程設(shè)計并不是很簡單，想要做好，需要查很多文獻，對工藝設(shè)計有較好的了解。做實驗獲得數(shù)據(jù)的過程也并不容易，尤其是磨金相組織，一開始有很多劃痕，結(jié)果返工重新磨了多次才可以看清組織，順利完成實驗。這次的課程設(shè)計試驗和理論相結(jié)合，既提高了