焊接-冶金第三章

1、焊接原理及工藝01020304熔池的凝固焊縫固態(tài)相變焊縫中的氣孔和夾雜焊縫性能的控制第三章第三章0201熔池的凝固PART ONE1.1 熔池的凝固條件和特點(diǎn)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 熔池凝固：結(jié)晶、相變、缺陷焊縫性能，極其重要的研究 與鑄鋼過程類似，但又有獨(dú)特的特點(diǎn) 1 1、熔池的體積小，冷卻速度大、熔池的體積小，冷卻速度大 熔池的體積最大只有30cm3，重量不超過100g。周圍冷金屬冷速非常大，4100oC/s。鋼錠平均冷速（3 150）10-4 oC/s。 大的溫度梯度柱狀晶發(fā)達(dá)，無等軸晶，缺陷 1.1 熔池的凝固條件和特點(diǎn)2 2、熔池中的金屬

2、處于過熱狀態(tài)、熔池中的金屬處于過熱狀態(tài) 電弧焊條件下，熔池溫度電弧焊條件下，熔池溫度1770 100 oC，熔滴，熔滴2300 200 oC。鋼錠不超過。鋼錠不超過1550oC。 3 3、熔池在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶、熔池在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶 1.1 熔池的凝固條件和特點(diǎn)形核與長(zhǎng)大過程形核與長(zhǎng)大過程 （一）熔池中晶核的形成（一）熔池中晶核的形成 均勻形核與非均勻形核。過冷度，形核功。均勻形核與非均勻形核。過冷度，形核功。 焊接條件下，熔池中存在兩種現(xiàn)成表面：焊接條件下，熔池中存在兩種現(xiàn)成表面： 一種是合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點(diǎn)一種是合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點(diǎn) 一種是熔合區(qū)附近半熔化的金屬界面晶粒表面一種是熔合

3、區(qū)附近半熔化的金屬界面晶粒表面（主要的非自發(fā)形核表面）。（主要的非自發(fā)形核表面）。 1.2 熔池結(jié)晶的一般規(guī)律（二）熔池中的晶核長(zhǎng)大（二）熔池中的晶核長(zhǎng)大 柱狀晶生長(zhǎng)的形態(tài)與焊接條件密切相關(guān)，如焊接柱狀晶生長(zhǎng)的形態(tài)與焊接條件密切相關(guān)，如焊接線能量、焊縫的位置、熔池的攪拌與振動(dòng)等。線能量、焊縫的位置、熔池的攪拌與振動(dòng)等。 粗大的柱狀晶粗大的柱狀晶1.2 熔池結(jié)晶的一般規(guī)律熔池的結(jié)晶方向和線速度對(duì)焊接質(zhì)量有很大的影響，熔池的結(jié)晶方向和線速度對(duì)焊接質(zhì)量有很大的影響，特別是對(duì)裂紋、夾雜、氣孔等缺陷的形成影響更大。特別是對(duì)裂紋、夾雜、氣孔等缺陷的形成影響更大。 焊接溶池的外形是橢球狀的曲焊接溶池的外形是

4、橢球狀的曲面，是結(jié)晶的等溫面，溶池的面，是結(jié)晶的等溫面，溶池的散熱方向也垂直于結(jié)晶等溫面，散熱方向也垂直于結(jié)晶等溫面，因此晶粒的成長(zhǎng)方向也是垂直因此晶粒的成長(zhǎng)方向也是垂直于結(jié)晶等溫面的。于結(jié)晶等溫面的。晶粒主軸的生長(zhǎng)方向與結(jié)晶等晶粒主軸的生長(zhǎng)方向與結(jié)晶等溫面正交，并且以彎曲的形狀溫面正交，并且以彎曲的形狀向焊縫中心生長(zhǎng)。向焊縫中心生長(zhǎng)。 1.3 熔池結(jié)晶線速度任一晶粒主軸，在任一點(diǎn)任一晶粒主軸，在任一點(diǎn)A的生長(zhǎng)方向?yàn)榈纳L(zhǎng)方向?yàn)锳點(diǎn)的切點(diǎn)的切線（線（S-S線）線） 晶粒生長(zhǎng)的平均線速度晶粒生長(zhǎng)的平均線速度 vc = vcos 焊接速度焊接速度 規(guī)律：規(guī)律： 1. 1.晶粒生長(zhǎng)的平均線速度是變化

5、的晶粒生長(zhǎng)的平均線速度是變化的 2.2.焊接工藝參數(shù)對(duì)晶粒生長(zhǎng)方向及平均線速度均焊接工藝參數(shù)對(duì)晶粒生長(zhǎng)方向及平均線速度均有影響有影響 1.3 熔池結(jié)晶線速度 焊接速度越大焊接速度越大晶粒主軸的生長(zhǎng)方向越垂直于晶粒主軸的生長(zhǎng)方向越垂直于焊縫的中心線；焊縫的中心線； 焊接工藝參數(shù)對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響：焊接工藝參數(shù)對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響： 焊接速度越小焊接速度越小晶粒主軸的生長(zhǎng)方向越彎曲。晶粒主軸的生長(zhǎng)方向越彎曲。 1.3 熔池結(jié)晶線速度焊接工藝參數(shù)對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響：焊接工藝參數(shù)對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響： 當(dāng)晶粒主軸垂直于焊縫中心時(shí)，易形成脆弱的結(jié)當(dāng)晶粒主軸垂直于焊縫中心時(shí)，易形成脆弱的結(jié)合面合面采用過大的焊接速度，

6、常在焊縫中心出現(xiàn)縱采用過大的焊接速度，常在焊縫中心出現(xiàn)縱向裂紋。向裂紋。 焊接速度對(duì)晶粒生長(zhǎng)平均線速度的影響明顯：焊接速度對(duì)晶粒生長(zhǎng)平均線速度的影響明顯： 功率不變時(shí)，焊接速度增大功率不變時(shí)，焊接速度增大晶粒生長(zhǎng)平均線速度晶粒生長(zhǎng)平均線速度增大，結(jié)晶加快。增大，結(jié)晶加快。 奧氏體鋼和鋁合金焊接時(shí)要特別注意奧氏體鋼和鋁合金焊接時(shí)要特別注意 1.3 熔池結(jié)晶線速度主要是柱狀晶，少量等軸晶。等軸晶多為樹枝晶。主要是柱狀晶，少量等軸晶。等軸晶多為樹枝晶。 1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)（一）純金屬的結(jié)晶形態(tài)（一）純金屬的結(jié)晶形態(tài) 1 1、正的溫度梯度、正的溫度梯度 液相溫度高于固相溫度，溫度沿液相方向正增長(zhǎng)液

7、相溫度高于固相溫度，溫度沿液相方向正增長(zhǎng) 液相溫度高，散熱慢，平緩生長(zhǎng)，形成平滑的晶界液相溫度高，散熱慢，平緩生長(zhǎng)，形成平滑的晶界 2 2、負(fù)溫度梯度、負(fù)溫度梯度 朝向液相溫度降低，溫度梯度為負(fù)，過冷度大，朝向液相溫度降低，溫度梯度為負(fù)，過冷度大，金屬生長(zhǎng)速度快，形成樹枝晶。金屬生長(zhǎng)速度快，形成樹枝晶。 1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)a)G0時(shí)的溫度分布b)G0時(shí)的界面結(jié)晶形態(tài)d)G0時(shí)的界面結(jié)晶形態(tài)（二）固溶體合金的結(jié)晶形態(tài)（二）固溶體合金的結(jié)晶形態(tài) 除了溫度梯度過冷，還有成分過冷除了溫度梯度過冷，還有成分過冷 （三）成分過冷對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響（三）成分過冷對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響 1 1、平面結(jié)晶、平面結(jié)晶

8、 液相的正溫度梯度很大時(shí)，不出現(xiàn)成分過冷，液相的正溫度梯度很大時(shí)，不出現(xiàn)成分過冷，平面生長(zhǎng)，平面結(jié)晶平面生長(zhǎng)，平面結(jié)晶 1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)2 2、胞狀結(jié)晶、胞狀結(jié)晶 較小的成分過冷，胞狀結(jié)晶。不穩(wěn)定界面，出現(xiàn)芽胞較小的成分過冷，胞狀結(jié)晶。不穩(wěn)定界面，出現(xiàn)芽胞1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)3 3、胞狀樹枝結(jié)晶、胞狀樹枝結(jié)晶 產(chǎn)生條件：過冷度稍大。產(chǎn)生條件：過冷度稍大。特征：主干四周伸出短小二次橫枝，縱向樹枝晶特征：主干四周伸出短小二次橫枝，縱向樹枝晶斷面胞狀。斷面胞狀。1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)4 4、 樹枝狀結(jié)晶樹枝狀結(jié)晶產(chǎn)生條件：過冷度較大。產(chǎn)生條件：過冷度較大。特征：主枝長(zhǎng)，

9、主枝向四周伸出二次橫枝，并能得特征：主枝長(zhǎng)，主枝向四周伸出二次橫枝，并能得到很好的生長(zhǎng)到很好的生長(zhǎng)。1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)5 5、等軸晶、等軸晶產(chǎn)生條件：過冷度大。產(chǎn)生條件：過冷度大。特征：結(jié)晶前沿長(zhǎng)出粗大樹枝晶，液相內(nèi)，可自發(fā)特征：結(jié)晶前沿長(zhǎng)出粗大樹枝晶，液相內(nèi)，可自發(fā)生核，形成自由長(zhǎng)大的等軸樹枝晶。生核，形成自由長(zhǎng)大的等軸樹枝晶。 1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)綜合綜合結(jié)晶形態(tài)的不同，主要決定于結(jié)晶形態(tài)的不同，主要決定于合金中溶質(zhì)的合金中溶質(zhì)的濃度（雜質(zhì)）濃度（雜質(zhì)）C0、結(jié)晶速度（或晶粒長(zhǎng)大速、結(jié)晶速度（或晶粒長(zhǎng)大速度）度）R和液相的溫度梯度的綜合作用和液相的溫度梯度的綜合作用。q當(dāng)結(jié)晶速度當(dāng)結(jié)

10、晶速度R和溫度梯度和溫度梯度G不變時(shí)，隨合不變時(shí)，隨合金中金中溶質(zhì)濃度的提高溶質(zhì)濃度的提高，則成分過冷增加，則成分過冷增加，從而使結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹В瑥亩菇Y(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹?、胞狀樹枝晶、樹枝狀晶、最后到等軸、胞狀樹枝晶、樹枝狀晶、最后到等軸晶晶q當(dāng)合金中溶質(zhì)的濃度當(dāng)合金中溶質(zhì)的濃度C0和溫度梯度一定和溫度梯度一定時(shí)，時(shí)，結(jié)晶速度結(jié)晶速度R越快越快，成分過冷的程度越，成分過冷的程度越大，結(jié)晶形態(tài)也可由平面晶過渡到胞狀大，結(jié)晶形態(tài)也可由平面晶過渡到胞狀晶、樹枝狀晶，最后到等軸晶晶、樹枝狀晶，最后到等軸晶q當(dāng)合金中溶質(zhì)濃度當(dāng)合金中溶質(zhì)濃度C0和結(jié)晶速度和結(jié)晶速度R一定一定時(shí)，隨時(shí)，

11、隨液相溫度梯度的提高液相溫度梯度的提高，成分過冷，成分過冷的程度減小，因而結(jié)晶形態(tài)的演變方向的程度減小，因而結(jié)晶形態(tài)的演變方向恰好相反，由等軸晶、樹枝晶逐步演變恰好相反，由等軸晶、樹枝晶逐步演變到平面晶到平面晶1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)（四）焊接條件下的凝固（結(jié)晶）形態(tài)（四）焊接條件下的凝固（結(jié)晶）形態(tài) 熔池中成分過冷的分布在焊縫的不同部位是不同的熔池中成分過冷的分布在焊縫的不同部位是不同的 焊縫熔化邊界（近熔合區(qū)），溫度梯度大，結(jié)晶速焊縫熔化邊界（近熔合區(qū)），溫度梯度大，結(jié)晶速度小，成分過冷度小，成分過冷0 0平面晶發(fā)達(dá)平面晶發(fā)達(dá) 熔合區(qū)向焊縫中心過渡熔合區(qū)向焊縫中心過渡溫度梯度逐漸變小，結(jié)晶溫

12、度梯度逐漸變小，結(jié)晶速度逐漸增大速度逐漸增大結(jié)晶形態(tài)由平面晶向胞狀晶、樹枝結(jié)晶形態(tài)由平面晶向胞狀晶、樹枝胞狀晶（柱狀晶區(qū)）、等軸晶區(qū)發(fā)展胞狀晶（柱狀晶區(qū)）、等軸晶區(qū)發(fā)展 實(shí)際焊縫受各種因素的影響，結(jié)晶形態(tài)有異實(shí)際焊縫受各種因素的影響，結(jié)晶形態(tài)有異 1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫結(jié)晶形態(tài)的影響：焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫結(jié)晶形態(tài)的影響： 1 1）焊接速度）焊接速度 速度增大速度增大熔池中心溫度梯度下降熔池中心溫度梯度下降中心成分過中心成分過冷增大冷增大焊縫中心出現(xiàn)大的等軸晶。焊縫中心出現(xiàn)大的等軸晶。 高速焊接，在焊縫中心形成高速焊接，在焊縫中心形成的等軸晶的等軸晶 低速焊

13、接，在焊縫中心為低速焊接，在焊縫中心為的胞狀樹枝晶的胞狀樹枝晶 1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)2 2）焊接電流）焊接電流 焊接速度一定時(shí)，焊接焊接速度一定時(shí)，焊接電流較小電流較?。?50A150A）時(shí)，得到）時(shí)，得到胞狀組織胞狀組織；增加電流增加電流（300A300A）時(shí)，得到）時(shí)，得到胞狀樹枝晶胞狀樹枝晶；電流大電流大（450A450A）時(shí)，出現(xiàn)更為）時(shí)，出現(xiàn)更為粗大的胞狀樹枝晶粗大的胞狀樹枝晶 圖圖3-32 HY803-32 HY80鋼焊接電流的影響鋼焊接電流的影響 150A150A300A300A450A450A1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)（一）（一）.焊縫焊縫中的化學(xué)成分不均勻性中的化學(xué)成分不均勻性

14、顯微偏析：顯微偏析： 先結(jié)晶的先結(jié)晶的合金溶質(zhì)濃度合金溶質(zhì)濃度C0低，后結(jié)晶的合金溶低，后結(jié)晶的合金溶質(zhì)濃度質(zhì)濃度C0高，即晶粒中心高，即晶粒中心C0高，邊緣低高，邊緣低 原因：原因：冷卻速度快冷卻速度快，來不及均勻化，來不及均勻化 要求要求細(xì)晶化細(xì)晶化，降低偏析，降低偏析區(qū)域偏析區(qū)域偏析 焊縫中心部位聚集較多低熔點(diǎn)雜質(zhì)焊縫中心部位聚集較多低熔點(diǎn)雜質(zhì)，柱狀晶結(jié)柱狀晶結(jié)晶晶的結(jié)果的結(jié)果層狀偏析層狀偏析 結(jié)晶（熔滴過渡）的結(jié)晶（熔滴過渡）的周期性周期性所致所致1.5 焊縫的化學(xué)成分不均勻性（二）熔合區(qū)的化學(xué)不均勻性（二）熔合區(qū)的化學(xué)不均勻性 整個(gè)焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。易出現(xiàn)缺陷，裂紋等。整個(gè)焊接接頭

15、的薄弱環(huán)節(jié)。易出現(xiàn)缺陷，裂紋等。 1 1、熔合區(qū)的形成、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半熔化過渡狀態(tài)、熱傳播不均勻、晶粒的傳熱方向不同 1.5 焊縫的化學(xué)成分不均勻性2 2、熔合區(qū)寬度、熔合區(qū)寬度 材料的液材料的液固溫度范圍、被焊材料自身的熱物固溫度范圍、被焊材料自身的熱物理性質(zhì)和組織狀態(tài)：理性質(zhì)和組織狀態(tài)： YTTTASL被焊金屬的固相線溫度被焊金屬的固相線溫度溫度梯度溫度梯度被焊金屬的液相線溫度被焊金屬的液相線溫度1.5 焊縫的化學(xué)成分不均勻性 低合金鋼熔合區(qū)附近的溫度梯度約為低合金鋼熔合區(qū)附近的溫度梯度約為3003008080o oC/mmC/mm，液固相

16、線溫度差約，液固相線溫度差約40 40 o oC C，因此，一般，因此，一般電弧焊條件下，熔合區(qū)寬度為：電弧焊條件下，熔合區(qū)寬度為： A=40/A=40/（3003008080）=0.133=0.1330.500.50（mmmm） 奧氏體鋼電弧焊：奧氏體鋼電弧焊：A=0.06A=0.060.12mm0.12mm* * *熔合區(qū)的寬度對(duì)焊縫性能影響很大。由于焊接工藝熔合區(qū)的寬度對(duì)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(shí)，焊縫的整體性能下降。的因素，當(dāng)熔合區(qū)寬度大時(shí)，焊縫的整體性能下降。如奧氏體不銹鋼的熔合區(qū)寬度在如奧氏體不銹鋼的熔合區(qū)寬度在0.1mm0.1mm時(shí)，對(duì)不銹鋼時(shí)，對(duì)不銹

17、鋼焊接接頭的抗腐蝕性影響不大；但當(dāng)該寬度較大，達(dá)焊接接頭的抗腐蝕性影響不大；但當(dāng)該寬度較大，達(dá)到接近到接近1mm1mm時(shí)，則焊接接頭的耐蝕性顯著下降，甚或時(shí)，則焊接接頭的耐蝕性顯著下降，甚或出現(xiàn)裂紋。出現(xiàn)裂紋。 1.5 焊縫的化學(xué)成分不均勻性3 3、熔合區(qū)的成分分布、熔合區(qū)的成分分布 成分嚴(yán)重不均勻成分嚴(yán)重不均勻性能下降性能下降 熔合區(qū)固液界面附近元素（溶質(zhì)）的濃度分布熔合區(qū)固液界面附近元素（溶質(zhì)）的濃度分布決定于該元素在固、液相中的擴(kuò)散系數(shù)和分配系數(shù)。決定于該元素在固、液相中的擴(kuò)散系數(shù)和分配系數(shù)。 * *異種鋼焊接時(shí)，特別注意這一問題。很多焊接異種鋼焊接時(shí)，特別注意這一問題。很多焊接接頭的早

18、期失效與此有關(guān)。接頭的早期失效與此有關(guān)。1.5 焊縫的化學(xué)成分不均勻性02焊縫固態(tài)相變PART TWO含碳量低含碳量低鐵素體鐵素體+ +珠光體。珠光體。特點(diǎn)：組織粗大，特點(diǎn)：組織粗大，過熱時(shí)過熱時(shí)鐵素體中有鐵素體中有粗大魏氏粗大魏氏組織組織 一次結(jié)晶組織：粗大的柱狀晶一次結(jié)晶組織：粗大的柱狀晶2.1 低碳鋼焊縫的固態(tài)相變組織改善措施：改善措施：1)1)多層焊：使焊縫獲得細(xì)小和少量珠光體，使柱狀晶多層焊：使焊縫獲得細(xì)小和少量珠光體，使柱狀晶組織破壞。組織破壞。2 )2 )焊后熱處理：加熱焊后熱處理：加熱A3+2030%A3+2030%消失柱狀晶。消失柱狀晶。3)3)冷卻速度：冷卻速度冷卻速度：冷

19、卻速度，硬度，硬度2.1 低碳鋼焊縫的固態(tài)相變組織 低合金鋼焊縫二次組織，隨匹配焊接材料化低合金鋼焊縫二次組織，隨匹配焊接材料化學(xué)成分和冷卻條件的不同，可由不同的組織。學(xué)成分和冷卻條件的不同，可由不同的組織。以以F F為主，為主，P P、B B、MM占次要地位。以占次要地位。以F F為主，為主，F(xiàn) F越細(xì)小，則韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，一般以越細(xì)小，則韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，一般以V V型缺型缺口沖擊試件斷口中纖維區(qū)占口沖擊試件斷口中纖維區(qū)占50%50%時(shí)的溫度時(shí)的溫度VTVTS S為判斷為判斷. . 2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（一）鐵素體（一）鐵素體鐵素體的形態(tài)不同：鐵素體的形態(tài)不同：1、先共析鐵

20、素體、先共析鐵素體 Pro eutectoid Ferrite (PF) 粒界鐵素體粒界鐵素體Grain Boundary Ferrite (GBF)2、側(cè)板條鐵素體、側(cè)板條鐵素體 Ferrite Side Plate (FSP)3、針狀鐵素體、針狀鐵素體 Acicular Ferrite (AF)4、細(xì)晶鐵素體、細(xì)晶鐵素體 Fine Grain Ferrite (FGF)2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（1 1）粒界鐵素體）粒界鐵素體(GBF)(GBF)(先共析鐵素體先共析鐵素體PF)PF)u 先共析鐵索體先共析鐵索體(PF)(PF)是沿原奧氏體晶界析出是沿原奧氏體晶界析出的鐵素體。先共析

21、鐵素體也稱的鐵素體。先共析鐵素體也稱晶界鐵素體晶界鐵素體。有。有的沿晶界呈長(zhǎng)條狀擴(kuò)展，有的以多邊形形狀互的沿晶界呈長(zhǎng)條狀擴(kuò)展，有的以多邊形形狀互相連結(jié)沿晶界分布。相連結(jié)沿晶界分布。u 在高溫區(qū)在高溫區(qū)發(fā)生發(fā)生，相變時(shí)優(yōu)先形成，因晶，相變時(shí)優(yōu)先形成，因晶界能量較高而易于形成新相核心。先共析鐵素界能量較高而易于形成新相核心。先共析鐵素體的位錯(cuò)密度較低。體的位錯(cuò)密度較低。2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（2）側(cè)板條鐵素體（）側(cè)板條鐵素體（Ferrite Side Plate， FSP）v溫度：溫度：700-550 v位置：從晶界鐵素體側(cè)面向晶內(nèi)生長(zhǎng)位置：從晶界鐵素

22、體側(cè)面向晶內(nèi)生長(zhǎng)v形狀：板條狀，形態(tài)如鎬牙狀形狀：板條狀，形態(tài)如鎬牙狀v性能特點(diǎn)：使韌性下降性能特點(diǎn)：使韌性下降側(cè)板條鐵素體 Ferrite Side Plate (FSP)2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（3 3）針狀鐵素體（）針狀鐵素體（Acicular Ferrite ，AF） 2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織v溫度：溫度：500 ；v位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部v形態(tài)：針狀形態(tài)：針狀v條件：中等冷卻速度條件：中等冷卻速度v性能特點(diǎn)：韌性好性能特點(diǎn)：韌性好（4 4）細(xì)晶鐵素體）細(xì)晶鐵素體 （Fine Grain Ferrite ，F(xiàn)GF）v溫度：溫度：500 以下以下

23、v位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部位置：在奧氏體晶粒內(nèi)部v形狀：細(xì)晶狀形狀：細(xì)晶狀v條件：存在細(xì)化晶粒的元條件：存在細(xì)化晶粒的元素（素（Ti，B等）等）v性能特點(diǎn)：韌性好性能特點(diǎn)：韌性好晶內(nèi)白色塊狀為晶內(nèi)白色塊狀為FGF2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（4 4）細(xì)晶鐵素體）細(xì)晶鐵素體(FGF)(FGF)、( (貝氏體鐵素體貝氏體鐵素體) ) 板條間為小傾角，板條內(nèi)的位錯(cuò)密度很高。板條間為小傾角，板條內(nèi)的位錯(cuò)密度很高。在用不同強(qiáng)度級(jí)別焊條所焊接的焊縫：在用不同強(qiáng)度級(jí)別焊條所焊接的焊縫：J507J507焊條的焊縫中有焊條的焊縫中有FSPFSP，其間存在的確為珠光體，其間存在的確為珠光體，未見，未見M MA

24、 A；J707J707焊條的焊縫中，出現(xiàn)的是塊狀焊條的焊縫中，出現(xiàn)的是塊狀M MA A組元；組元；J807J807焊條的焊縫中已無焊條的焊縫中已無PFPF，M MA A組元呈顆粒狀；組元呈顆粒狀；J907J907焊條的焊縫中，因合金化程度提高而出現(xiàn)板焊條的焊縫中，因合金化程度提高而出現(xiàn)板條狀馬氏體，部分條狀馬氏體，部分M MA A組元由顆粒狀變成條狀。組元由顆粒狀變成條狀。2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織針狀鐵素體 Acicular Ferrite (AF)FGF+P2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（一）珠光體（一）珠光體（P）轉(zhuǎn)變（）轉(zhuǎn)變（Pearite，P）熱處理平衡狀態(tài)熱處理平衡狀態(tài)

25、 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變ArAr-550 -550 ， C C、FeFe原子擴(kuò)散比較原子擴(kuò)散比較容易。珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散型相變。（容易。珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散型相變。（P P是是F F和和FeFe3 3C C的的層狀混合物領(lǐng)先相層狀混合物領(lǐng)先相FeFe3 3C C）焊接狀態(tài)焊接狀態(tài)非平衡轉(zhuǎn)變，得到非平衡轉(zhuǎn)變，得到P P量少，珠光體轉(zhuǎn)變量小。若添加量少，珠光體轉(zhuǎn)變量小。若添加B B 、TiTi合金元素，合金元素，P P轉(zhuǎn)變?nèi)勘灰种?。轉(zhuǎn)變?nèi)勘灰种啤Ｒ话闱闆r不出現(xiàn)一般情況不出現(xiàn)P，只有在緩冷時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)片狀或粒，只有在緩冷時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)片狀或粒狀的珠光體狀的珠光體原因：焊接過程是一個(gè)不平衡過程，冷卻速度快，

26、原因：焊接過程是一個(gè)不平衡過程，冷卻速度快，C擴(kuò)擴(kuò)散受到抑制，很難出現(xiàn)散受到抑制，很難出現(xiàn)F/Fe3C片狀結(jié)構(gòu)片狀結(jié)構(gòu)442.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織45P+F粒P+AF2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（三）貝氏體（三）貝氏體 （B）轉(zhuǎn)變（）轉(zhuǎn)變（Bainite，B）（中溫轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變550Ms）上貝氏體（上貝氏體（B上上）轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變q形成溫度：形成溫度：550450q形態(tài)：羽毛狀形態(tài)：羽毛狀q形成機(jī)理：擴(kuò)散形成機(jī)理：擴(kuò)散下貝氏體（下貝氏體（B下下）轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變q轉(zhuǎn)變溫度：轉(zhuǎn)變溫度：450MSq形態(tài)：針狀鐵素體和針狀滲碳體機(jī)械混合，針與針之間呈一定的角形態(tài)：針狀鐵素體和針狀滲碳體機(jī)械混

27、合，針與針之間呈一定的角度度q形成機(jī)理：擴(kuò)散形成機(jī)理：擴(kuò)散粒狀貝氏體（粒狀貝氏體（B粒粒）q形成溫度高于上貝氏體形成溫度高于上貝氏體q形態(tài)：無碳鐵素體包圍著富碳物質(zhì)形態(tài)：無碳鐵素體包圍著富碳物質(zhì)q轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：F + Cm、M-A組織或殘余奧氏體組織或殘余奧氏體2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織中溫轉(zhuǎn)變，中溫轉(zhuǎn)變， 550 Ms（1）上貝氏體）上貝氏體 (Upper Bainite， Bu)v溫度：溫度：550-450 ；v位置：沿奧氏體晶界析出位置：沿奧氏體晶界析出v形態(tài)：呈羽毛狀，平行的條狀形態(tài)：呈羽毛狀，平行的條狀鐵素體之間分布有滲碳體鐵素體之間分布有滲碳體v性能特點(diǎn)：韌性較差（小

28、條狀性能特點(diǎn)：韌性較差（小條狀Fe3C分割了基體的連續(xù)性）分割了基體的連續(xù)性）2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（2）下貝氏體）下貝氏體 （Lower Bainite ，BL）v溫度：溫度：450 -Msv形態(tài)：針狀鐵素體和針狀滲形態(tài)：針狀鐵素體和針狀滲碳體的機(jī)械混合物碳體的機(jī)械混合物v性能特點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性都較性能特點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性都較好好2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（3）粒狀貝氏體）粒狀貝氏體 (Grain Bainite， BG)MA組元（組元（Constitution M-A) 在塊狀鐵素體形成之后，待轉(zhuǎn)變的富碳奧氏體呈島狀分布在塊狀鐵素體形成之后，待轉(zhuǎn)變的富碳奧氏體呈島狀分布在塊狀

29、鐵素體之中，在一定的合金成分和冷卻速度下，這在塊狀鐵素體之中，在一定的合金成分和冷卻速度下，這些富碳的奧氏體島可轉(zhuǎn)變?yōu)楦惶捡R氏體和殘余奧氏體。富些富碳的奧氏體島可轉(zhuǎn)變?yōu)楦惶捡R氏體和殘余奧氏體。富碳馬氏體和殘余奧氏體碳馬氏體和殘余奧氏體,硬度高。硬度高。在塊狀鐵素體上的組元以粒狀分布時(shí)，即為在塊狀鐵素體上的組元以粒狀分布時(shí)，即為“粒狀粒狀貝氏體貝氏體”。2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織5.馬氏體馬氏體(M)轉(zhuǎn)變（轉(zhuǎn)變（Martensite，M） （Ms以下）以下）低碳馬氏體（板條馬氏體）低碳馬氏體（板條馬氏體） 轉(zhuǎn)變溫度：轉(zhuǎn)變溫度：MS溫度以下溫度以下 形態(tài)：在奧氏體晶粒的內(nèi)部形成細(xì)條狀馬氏體

30、板條，條形態(tài)：在奧氏體晶粒的內(nèi)部形成細(xì)條狀馬氏體板條，條與條之間有一定的交角與條之間有一定的交角 形成機(jī)理：位錯(cuò)形成機(jī)理：位錯(cuò)高碳馬氏體（片狀馬氏體）高碳馬氏體（片狀馬氏體） 形態(tài)：馬氏體較粗大，往往貫穿整個(gè)奧氏體晶粒，使以形態(tài)：馬氏體較粗大，往往貫穿整個(gè)奧氏體晶粒，使以后形成的馬氏體片受到阻礙后形成的馬氏體片受到阻礙 形成機(jī)理：孿晶形成機(jī)理：孿晶2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織當(dāng)焊縫中含量較高或合金元素含量較多時(shí)，在快冷條當(dāng)焊縫中含量較高或合金元素含量較多時(shí)，在快冷條件下，冷卻到件下，冷卻到s以下，將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。以下，將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。（1）板條馬氏體）板條馬氏體（Lath Marte

31、nsite）、低碳馬氏體、位）、低碳馬氏體、位錯(cuò)型馬氏體錯(cuò)型馬氏體 v低碳低合金鋼低碳低合金鋼v奧氏體內(nèi)部奧氏體內(nèi)部v細(xì)條狀細(xì)條狀v綜合性能指標(biāo)在馬氏體中最好綜合性能指標(biāo)在馬氏體中最好2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織（2）片狀馬氏體）片狀馬氏體（Plate Martensite）、高碳馬氏體、孿）、高碳馬氏體、孿晶馬氏體晶馬氏體 v焊縫中含碳量大于焊縫中含碳量大于0.4%v粗大，經(jīng)常貫穿奧氏體晶粒內(nèi)部粗大，經(jīng)常貫穿奧氏體晶粒內(nèi)部v硬度高而脆硬度高而脆2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織532.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織55焊縫金屬連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖焊縫金屬

32、連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（WMWMCCTCCT圖）圖） WM-CCT圖對(duì)于預(yù)測(cè)焊縫的組織及調(diào)節(jié)焊縫的性能圖對(duì)于預(yù)測(cè)焊縫的組織及調(diào)節(jié)焊縫的性能具有重要意義。具有重要意義。2.2 低合金鋼焊縫的固態(tài)相變組織03焊縫中的氣孔和夾雜PART THREE普遍存在的問題。重點(diǎn)是氣孔的形成、影響和控制。普遍存在的問題。重點(diǎn)是氣孔的形成、影響和控制。 3.1 焊縫中的氣孔一、氣孔一、氣孔（一）氣孔的類型及其分布特征（一）氣孔的類型及其分布特征1.氣孔的類型及形成原因氣孔的類型及形成原因類型：表面氣孔、內(nèi)部氣孔類型：表面氣孔、內(nèi)部氣孔形成原因形成原因q結(jié)晶時(shí)因氣體溶解度突然下降來不及逸出殘留在焊縫內(nèi)結(jié)晶時(shí)因氣體溶解度

33、突然下降來不及逸出殘留在焊縫內(nèi)部的氣體（部的氣體（H2、N2）q冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶于金屬的氣體（冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶于金屬的氣體（CO、H2O）3.1 焊縫中的氣孔（一）氣孔的類型及其分布特征（一）氣孔的類型及其分布特征溶解過多的氣體。溶解過多的氣體。H2、O2、CO2、CO、H2O等。等。1、氫氣孔、氫氣孔 低碳鋼和低合金鋼，多數(shù)情況下，氫氣孔出現(xiàn)在低碳鋼和低合金鋼，多數(shù)情況下，氫氣孔出現(xiàn)在焊縫的表面，氣孔的斷面形狀如同螺釘狀，焊縫表面焊縫的表面，氣孔的斷面形狀如同螺釘狀，焊縫表面上呈喇叭口型，氣孔四周有光滑內(nèi)壁。上呈喇叭口型，氣孔四周有光滑內(nèi)壁。 有時(shí)在內(nèi)部。含水量大。危害更大。有時(shí)在內(nèi)部。

34、含水量大。危害更大。 控制焊條含水，坡口清理干凈，采用低氫焊條?？刂坪笚l含水，坡口清理干凈，采用低氫焊條。 氮?dú)庑纬傻臍饪着c氫氣孔類似。氮?dú)庑纬傻臍饪着c氫氣孔類似。3.1 焊縫中的氣孔2、CO氣孔氣孔 冶金反應(yīng)產(chǎn)生的冶金反應(yīng)產(chǎn)生的COCO。凝固時(shí)逸出不足，形成沿結(jié)。凝固時(shí)逸出不足，形成沿結(jié)晶方向的條蟲狀氣孔。晶方向的條蟲狀氣孔。 在在熔池后部熔池后部，結(jié)晶期間，在柱狀晶，結(jié)晶期間，在柱狀晶界區(qū)域，由于溫度低，界區(qū)域，由于溫度低，C濃度高，濃度高，產(chǎn)生產(chǎn)生C的偏析，易發(fā)生反應(yīng)：的偏析，易發(fā)生反應(yīng)：FeO+C CO+Fe，反應(yīng)產(chǎn)生的，反應(yīng)產(chǎn)生的CO因因熔池金屬粘度大，浮出阻力大而滯熔池金屬粘度大，

35、浮出阻力大而滯留內(nèi)部，并隨結(jié)晶過程的進(jìn)行而不留內(nèi)部，并隨結(jié)晶過程的進(jìn)行而不斷形成，故斷形成，故氣孔是沿結(jié)晶方向分布?xì)饪资茄亟Y(jié)晶方向分布的的3.1 焊縫中的氣孔（二）氣孔形成機(jī)理（二）氣孔形成機(jī)理（三）影響氣孔形成的因素（三）影響氣孔形成的因素1、冶金因素、冶金因素 熔渣的氧化性、藥皮與焊劑的冶金反應(yīng)、保護(hù)熔渣的氧化性、藥皮與焊劑的冶金反應(yīng)、保護(hù)氣體的氣氛、水份和鐵銹等氣體的氣氛、水份和鐵銹等 （1 1）熔渣氧化性的影響）熔渣氧化性的影響* * *對(duì)氣孔敏感性影響很大對(duì)氣孔敏感性影響很大 氧化性增大氧化性增大還原性增大還原性增大COCO氣孔傾向增大氣孔傾向增大 氫氣孔傾向增大氫氣孔傾向增大 3.

36、1 焊縫中的氣孔適當(dāng)?shù)卣{(diào)整熔渣的氧化性，可防止這兩種氣孔。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整熔渣的氧化性，可防止這兩種氣孔。 用用CC OO乘積表征乘積表征COCO氣孔的傾向。在酸性氣孔的傾向。在酸性焊條焊接時(shí)，焊條焊接時(shí)，CC OO乘積為乘積為31.3631.36 1010-4-4%時(shí)，尚時(shí)，尚不出現(xiàn)氣孔；在堿性焊條焊接時(shí)，不出現(xiàn)氣孔；在堿性焊條焊接時(shí)，CC OO乘積為乘積為27.3027.30 1010-4-4%時(shí)，就出現(xiàn)大量氣孔。時(shí)，就出現(xiàn)大量氣孔。3.1 焊縫中的氣孔（2 2）焊條藥皮和焊劑的影響）焊條藥皮和焊劑的影響不僅與此有關(guān)，還與被焊材料有關(guān)。復(fù)雜。不僅與此有關(guān)，還與被焊材料有關(guān)。復(fù)雜。 F F能夠與能

37、夠與H H結(jié)合形成穩(wěn)固的結(jié)合形成穩(wěn)固的HFHF，在焊接溫度下幾乎，在焊接溫度下幾乎不分解。所以，不分解。所以，F(xiàn) F能夠有效的抑制氫氣孔的形成。能夠有效的抑制氫氣孔的形成。* *堿性焊條中都有堿性焊條中都有F F（螢石，（螢石，CaFCaF2 2）。）。* * *SiOSiO2 2和和CaFCaF2 2同時(shí)存在時(shí)，效果最好。同時(shí)存在時(shí)，效果最好。* *焊劑中氧化性組成物，如焊劑中氧化性組成物，如SiOSiO2 2、MnOMnO、FeOFeO等，等，對(duì)消除氣孔也有效。對(duì)消除氣孔也有效。* * *酸性藥皮中不含酸性藥皮中不含CaFCaF2 2，消除氣孔主要靠氧化物。，消除氣孔主要靠氧化物。3.1

38、焊縫中的氣孔（3 3）鐵銹及水分的影響）鐵銹及水分的影響鐵銹、油污、水分，嚴(yán)重的影響。鐵銹、油污、水分，嚴(yán)重的影響。生產(chǎn)中必須注意消除。生產(chǎn)中必須注意消除。2 2、工藝因素的影響、工藝因素的影響工藝因素主要有焊接工藝參數(shù)、電流種類、操作技巧等工藝因素主要有焊接工藝參數(shù)、電流種類、操作技巧等3.1 焊縫中的氣孔（1 1）焊接工藝參數(shù)的影響）焊接工藝參數(shù)的影響 焊接電流、電壓、焊接速度焊接電流、電壓、焊接速度 保證在正常的焊接工藝參數(shù)下施焊保證在正常的焊接工藝參數(shù)下施焊增大電流增大電流能增長(zhǎng)熔池存在的時(shí)間能增長(zhǎng)熔池存在的時(shí)間有利于氣體逸出有利于氣體逸出但使熔滴變細(xì)但使熔滴變細(xì)比表面積增大比表面積增

39、大熔滴吸收的氣體較熔滴吸收的氣體較多多反而增加了氣孔得到傾向。反而增加了氣孔得到傾向。不銹鋼焊接，增大電流不銹鋼焊接，增大電流焊條發(fā)熱焊條發(fā)熱藥皮提前分解藥皮提前分解增加氣孔傾向增加氣孔傾向電弧電壓太高電弧電壓太高空氣中的氮進(jìn)入焊縫空氣中的氮進(jìn)入焊縫形成氮?dú)饪仔纬傻獨(dú)饪缀附铀俣却蠛附铀俣却蠼Y(jié)晶速度提高結(jié)晶速度提高氣體逸出不足氣體逸出不足導(dǎo)致氣體導(dǎo)致氣體殘留殘留形成氣孔形成氣孔 3.1 焊縫中的氣孔（2 2）電流種類和極性）電流種類和極性 交流焊比直流焊傾向大交流焊比直流焊傾向大 直流反接比直流正接傾向小直流反接比直流正接傾向?。? 3）工藝操作）工藝操作注意：焊前清除雜物注意：焊前清除雜物 焊

40、條、焊劑烘干焊條、焊劑烘干 焊接規(guī)范保持穩(wěn)定焊接規(guī)范保持穩(wěn)定3.1 焊縫中的氣孔（一）夾雜物種類及其危害性（一）夾雜物種類及其危害性 1 1、氧化物、氧化物SiOSiO2 2、MnOMnO、TiOTiO2 2、AlAl2 2OO3 3等，硅酸鹽形式存等，硅酸鹽形式存在在大小、分布大小、分布聚集、成鏈狀聚集、成鏈狀熱裂紋熱裂紋2 2、氮化物、氮化物 FeFe4 4NN時(shí)效過程中析出，成針狀。時(shí)效過程中析出，成針狀。焊縫硬度提高，塑性、韌性急劇下降焊縫硬度提高，塑性、韌性急劇下降合理控制，可以得到強(qiáng)韌化效果。合理控制，可以得到強(qiáng)韌化效果。15MnVN15MnVN，06AlNbCuN06AlNbCu

41、N鋼鋼 3.2 焊縫中的夾雜3 3、硫化物、硫化物焊條藥皮或藥劑。焊條藥皮或藥劑。主要的危害最大的夾雜物。主要的危害最大的夾雜物。MnSMnS、FeSFeS。形成低熔點(diǎn)共晶形成低熔點(diǎn)共晶熱裂紋（主要原因熱裂紋（主要原因) ) （二）防止焊縫中夾雜物的措施（二）防止焊縫中夾雜物的措施 工藝參數(shù)工藝參數(shù) 工藝操作工藝操作 注意保護(hù)注意保護(hù)3.2 焊縫中的夾雜04焊縫性能的控制 PART FOUR 合金元素的作用，復(fù)雜。結(jié)合具體的鋼種、焊合金元素的作用，復(fù)雜。結(jié)合具體的鋼種、焊接方法和焊接工藝規(guī)范具體分析。接方法和焊接工藝規(guī)范具體分析。 微合金化，微合金化，MoMo、V V、TiTi、NbNb、B

42、B、ZrZr、AlAl和稀和稀土，細(xì)化晶粒土，細(xì)化晶粒強(qiáng)韌性提高。強(qiáng)韌性提高。 （一）（一）Mn和和Si對(duì)焊縫性能的影響對(duì)焊縫性能的影響 低碳鋼和低合金鋼焊縫中不可缺少的元素低碳鋼和低合金鋼焊縫中不可缺少的元素 焊縫金屬充分脫氧焊縫金屬充分脫氧 提高焊縫的抗拉強(qiáng)度（固溶強(qiáng)化）提高焊縫的抗拉強(qiáng)度（固溶強(qiáng)化） 4.1 焊縫金屬的固溶強(qiáng)化和變質(zhì)處理w(Mn)=0.8%1.0%時(shí)，焊縫沖擊吸收功最高 4.1 焊縫金屬的固溶強(qiáng)化和變質(zhì)處理 焊縫中焊縫中w(Mn) 0.8%，w(Si) 0.10%，組織為，組織為粗大的先共析鐵素體（粗大的先共析鐵素體（PF） w(Mn) 1.0%，w(Si) 0.10%，組織為粗大的，組織為粗大的側(cè)板條鐵素體（側(cè)板條鐵素體（FSP） w(Mn)=0.81.0%，w(Si) =0.100.25%，組，組織為細(xì)晶鐵素體（織為細(xì)晶鐵素體（FGF）和針狀鐵素體（）和針狀鐵素體（AF），），韌性最好（韌性最好（