西安工大焊接冶金學(xué)基本原理-第3章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變

1、西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第2 2章章 焊接化學(xué)冶金焊接化學(xué)冶金焊接冶金學(xué)焊接冶金學(xué)-基本原理基本原理主講主講: 張文興張文興西安工業(yè)大學(xué)材化學(xué)院西安工業(yè)大學(xué)材化學(xué)院2014年年11月月共需 4學(xué)時(shí)西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變第第3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：3.1熔池凝固熔池凝固3.2焊縫固態(tài)相

2、變焊縫固態(tài)相變3.3焊縫中的氣孔、夾雜焊縫中的氣孔、夾雜西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變焊接熱過(guò)程焊接熱過(guò)程 焊接化學(xué)冶金過(guò)程焊接化學(xué)冶金過(guò)程 焊縫結(jié)晶及焊接組織焊縫結(jié)晶及焊接組織 焊接熱影響區(qū)的組織與性能焊接熱影響區(qū)的組織與性能 焊接裂紋焊接裂紋焊接冶金學(xué)主要內(nèi)容焊接冶金學(xué)主要內(nèi)容v焊接接頭形成以熔化焊為例，焊接過(guò)程經(jīng)過(guò)了v加熱加熱v熔化熔化v冶金反應(yīng)冶金反應(yīng)v結(jié)晶結(jié)晶v固態(tài)相變固態(tài)相變v接頭接頭焊縫焊縫熱影響區(qū)熱影響區(qū)西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)

3、大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變?nèi)鄢啬倘鄢啬?形成焊縫形成焊縫熔池的固液相變?nèi)鄢氐墓桃合嘧儯蹋蹋┤鄢氐慕Y(jié)晶過(guò)程熔池的結(jié)晶過(guò)程焊縫的組織焊縫的組織氣孔、夾雜、氣孔、夾雜、偏析、結(jié)晶裂紋偏析、結(jié)晶裂紋焊縫的性能焊縫的性能 正常正常 不正常不正常（缺陷）（缺陷）西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.1 熔

4、池凝固熔池凝固3.1.1 熔池凝固的條件和特點(diǎn)熔池凝固的條件和特點(diǎn)3.1.2 熔池結(jié)晶的一般規(guī)律熔池結(jié)晶的一般規(guī)律3.1.3 熔池結(jié)晶速度和方向熔池結(jié)晶速度和方向3.1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)熔池結(jié)晶的形態(tài)3.1.5 焊縫金屬的化學(xué)成份不均勻性焊縫金屬的化學(xué)成份不均勻性3.2 焊縫固態(tài)相變焊縫固態(tài)相變3.3 焊縫中的氣孔、夾雜焊縫中的氣孔、夾雜3.4 焊縫性能的控制焊縫性能的控制西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.1 熔池凝固熔池凝固3.1.1

5、熔池凝固的條件和特點(diǎn)熔池凝固的條件和特點(diǎn) （與普通鋼鐵凝固相比較）（與普通鋼鐵凝固相比較）（1）焊接熔池體積小，冷卻速度高；）焊接熔池體積小，冷卻速度高； 最大最大100g，平均，平均4100 /s，約為鑄造的，約為鑄造的104倍。倍。 淬硬傾向大、易開(kāi)裂。淬硬傾向大、易開(kāi)裂。（2）焊接熔池的液態(tài)金屬處于過(guò)熱狀態(tài)）焊接熔池的液態(tài)金屬處于過(guò)熱狀態(tài) 熔池熔池1770100; 鋼錠鋼錠1550 。冶金反應(yīng)劇烈、燒損嚴(yán)重。冶金反應(yīng)劇烈、燒損嚴(yán)重西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)

6、相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（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)晶結(jié)晶前沿隨熱源同步運(yùn)動(dòng)，焊縫組織和外形規(guī)律性變化結(jié)晶前沿隨熱源同步運(yùn)動(dòng)，焊縫組織和外形規(guī)律性變化液態(tài)金屬受到力的攪拌運(yùn)動(dòng)，冶金反應(yīng)充分液態(tài)金屬受到力的攪拌運(yùn)動(dòng)，冶金反應(yīng)充分魚(yú)鱗紋示意圖魚(yú)鱗紋示意圖魚(yú)鱗紋實(shí)圖魚(yú)鱗紋實(shí)圖西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.1.2 熔池結(jié)晶的一般規(guī)律熔池結(jié)晶的一般規(guī)律 焊接時(shí)，熔池金屬的結(jié)晶與一般煉鋼時(shí)鋼錠的結(jié)晶一樣，也是焊接時(shí)，熔池金屬的結(jié)

7、晶與一般煉鋼時(shí)鋼錠的結(jié)晶一樣，也是在在過(guò)冷過(guò)冷的液體金屬中，首先的液體金屬中，首先形成晶核形成晶核和和晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大的結(jié)晶過(guò)程。的結(jié)晶過(guò)程。 形核的熱力學(xué)條件形核的熱力學(xué)條件是過(guò)冷度而造成的自由能降低；是過(guò)冷度而造成的自由能降低； 形核的動(dòng)力學(xué)條件形核的動(dòng)力學(xué)條件是自由能降低的程度。是自由能降低的程度。 下面來(lái)分析焊接條件下有那些特點(diǎn)。下面來(lái)分析焊接條件下有那些特點(diǎn)。 1、熔池中晶核的形成、熔池中晶核的形成熔池中晶核的生成分為：非自發(fā)晶核、自發(fā)晶核。形成兩種晶核熔池中晶核的生成分為：非自發(fā)晶核、自發(fā)晶核。形成兩種晶核都需要能量。都需要能量。（1）自發(fā)形核：）自發(fā)形核：32163KKFE：新相

8、與液相間的表面能。：新相與液相間的表面能。FK：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)液固兩相自由能差。單位體積內(nèi)液固兩相自由能差。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（2）非自發(fā)形核）非自發(fā)形核3323162 3coscos342 3coscos4(0180 )( )KkFKKKEEEE f ：非自發(fā)晶核的浸潤(rùn)角：非自發(fā)晶核的浸潤(rùn)角 f()=01。如。如=10，f()=0.0017=0,EK=0,液相中存在懸浮質(zhì)點(diǎn)和液相中存在懸浮質(zhì)點(diǎn)和 某些現(xiàn)成表面。形核容易。某些現(xiàn)成表

9、面。形核容易。=180,EK=EK，只存在自發(fā)形核。只存在自發(fā)形核。 形核較難。形核較難。研究表明，焊接熔池結(jié)晶，非自發(fā)形核主導(dǎo)。研究表明，焊接熔池結(jié)晶，非自發(fā)形核主導(dǎo)。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 接觸角接觸角 基底形狀基底形狀對(duì)臨界晶核的影響對(duì)臨界晶核的影響 對(duì)臨界晶核的影響對(duì)臨界晶核的影響 AGG313162V3西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineeri

10、ng第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變關(guān)于關(guān)于： 取決于新相晶核與現(xiàn)成表面之間的表面張力，取決于新相晶核與現(xiàn)成表面之間的表面張力，若結(jié)構(gòu)相似，若結(jié)構(gòu)相似，表面張力越小表面張力越小, ,越小越小，濕潤(rùn)性越好，形核需要能量越小。，濕潤(rùn)性越好，形核需要能量越小。 如果新相與母材屬于同一物質(zhì)，則形核所需能量為如果新相與母材屬于同一物質(zhì)，則形核所需能量為0 0，即，即不需形核，直接長(zhǎng)大。不需形核，直接長(zhǎng)大。焊接條件下非自發(fā)形核焊接條件下非自發(fā)形核：熔合區(qū)的液態(tài)金屬依附于熔合區(qū)的液態(tài)金屬依附于母材母材晶粒表面長(zhǎng)大，而形成同一晶粒，晶粒表面長(zhǎng)大，而形成同一晶粒，并以柱狀晶的形態(tài)向焊

11、縫中心成并以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心成長(zhǎng)，即長(zhǎng)，即聯(lián)生結(jié)晶（起主要作用）。聯(lián)生結(jié)晶（起主要作用）。合金元素或雜質(zhì)（一般作用不合金元素或雜質(zhì)（一般作用不大）。大）。如何細(xì)化晶粒？如何細(xì)化晶粒？西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變2.熔池中晶核的長(zhǎng)大熔池中晶核的長(zhǎng)大a 聯(lián)生結(jié)晶起主導(dǎo)作用聯(lián)生結(jié)晶起主導(dǎo)作用b 當(dāng)晶體最易長(zhǎng)大方向（當(dāng)晶體最易長(zhǎng)大方向（bccbcc，fccfcc 方向）與散熱最快方向（溫方向）與散熱最快方向（溫度梯度）相一致，最有利長(zhǎng)大。度

12、梯度）相一致，最有利長(zhǎng)大。不銹鋼自動(dòng)焊時(shí)的聯(lián)生結(jié)晶不銹鋼自動(dòng)焊時(shí)的聯(lián)生結(jié)晶西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.1.3 熔池結(jié)晶速度和方向熔池結(jié)晶速度和方向 熔池的結(jié)晶方向和結(jié)晶速度對(duì)焊接質(zhì)量有很大的影響，特別是對(duì)熔池的結(jié)晶方向和結(jié)晶速度對(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很大。裂紋、夾雜、氣孔等缺陷的形成影響很大。 熔池在結(jié)晶過(guò)程中熔池在結(jié)晶過(guò)程中晶粒成長(zhǎng)的方向晶粒成長(zhǎng)的方向與與晶粒主軸成長(zhǎng)的線速度晶粒主軸成長(zhǎng)的線

13、速度vc及及焊接速度焊接速度v有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。晶粒主軸成長(zhǎng)方向與結(jié)晶等溫面正晶粒主軸成長(zhǎng)方向與結(jié)晶等溫面正交，并以彎曲狀向焊縫中心生長(zhǎng)。交，并以彎曲狀向焊縫中心生長(zhǎng)。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 cosdxds cosdtdxdtdscoscvvds dx圖圖 晶粒成長(zhǎng)線速度分析圖晶粒成長(zhǎng)線速度分析圖西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3

14、 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變焊接工藝參數(shù)與焊接工藝參數(shù)與（0 09090）關(guān)系：關(guān)系：( (熔池半橢球體假設(shè)）熔池半橢球體假設(shè)）212z2y2z2yMKK1KKTqVA1cos 212y2y2MK1KTqA1cos 厚大件上快速堆焊：厚大件上快速堆焊：薄板上自動(dòng)焊：薄板上自動(dòng)焊：西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變結(jié)論：結(jié)論：（1 1） 晶粒成長(zhǎng)的平均線速度是變化的，在熔合線上最小，在焊晶粒成長(zhǎng)的平均線速度是變化的，在熔

15、合線上最小，在焊縫中心最大，縫中心最大，v vc c=0=0v v。 K Ky y=1=1， coscos=0, =0, =90 =90,V,Vc c=0, =0, 說(shuō)明熔合區(qū)上晶粒開(kāi)始成說(shuō)明熔合區(qū)上晶粒開(kāi)始成長(zhǎng)的瞬間，成長(zhǎng)的方向垂直于熔合區(qū)，晶粒成長(zhǎng)的平均線速度長(zhǎng)的瞬間，成長(zhǎng)的方向垂直于熔合區(qū)，晶粒成長(zhǎng)的平均線速度等于零。等于零。 Ky=0Ky=0，coscos =1, =1, =0=0,V,Vc c=V, =V, 說(shuō)明晶粒成長(zhǎng)到接觸說(shuō)明晶粒成長(zhǎng)到接觸X X軸時(shí)，軸時(shí)，晶粒成長(zhǎng)的平均線速度等于焊接速度，晶粒成長(zhǎng)的平均線速度等于焊接速度，且方向一致且方向一致。（2 2） 焊接工藝參數(shù)對(duì)晶粒成長(zhǎng)

16、方向和平均線速度均有影響焊接工藝參數(shù)對(duì)晶粒成長(zhǎng)方向和平均線速度均有影響 。當(dāng)焊接速度越大時(shí)，當(dāng)焊接速度越大時(shí)，角越大，晶粒主軸的成長(zhǎng)方向越垂直于角越大，晶粒主軸的成長(zhǎng)方向越垂直于焊縫的中心線；相反，當(dāng)焊接速度小時(shí)，則晶粒主軸的成長(zhǎng)方焊縫的中心線；相反，當(dāng)焊接速度小時(shí)，則晶粒主軸的成長(zhǎng)方向越彎曲。向越彎曲。 西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical E

17、ngineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.1.4 熔池結(jié)晶的形態(tài)熔池結(jié)晶的形態(tài)符合符合 一般結(jié)晶理論，一般結(jié)晶理論，本課程僅分析焊接中的特色部分本課程僅分析焊接中的特色部分。1、純金屬的結(jié)晶理論、純金屬的結(jié)晶理論（1） 正溫度梯度正溫度梯度 液相溫度高于固相溫度，且距界面越遠(yuǎn)，液相溫度越高，液相溫度高于固相溫度，且距界面越遠(yuǎn)，液相溫度越高， 稱(chēng)為正溫度梯度，稱(chēng)為正溫度梯度，G0。純金屬焊縫凝固時(shí)，屬于此類(lèi)，是。純金屬焊縫凝固時(shí)，屬于此類(lèi)，是 平面晶平面晶。 （2） 負(fù)溫度梯度負(fù)溫度梯度 當(dāng)距界面越遠(yuǎn)液相的溫度越低，稱(chēng)為負(fù)溫度梯度，當(dāng)距界面越遠(yuǎn)液相的溫度

18、越低，稱(chēng)為負(fù)溫度梯度，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)西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變2、固溶體合金的結(jié)晶形態(tài)、固溶體合金的結(jié)晶形態(tài)合金結(jié)晶溫度與成分有關(guān)，先結(jié)晶與后結(jié)晶的固液相成分也不相合金結(jié)晶溫度與成分有關(guān)，先結(jié)晶與后結(jié)晶的固液相成分也不相同，造成固液界面一定區(qū)域的成分起伏，因此合金凝固時(shí)，除同，造成固液界面一定區(qū)域的成分起伏，因此合金凝固時(shí)，除了由于實(shí)際溫度造成的過(guò)冷外了由于實(shí)際溫度造成的過(guò)冷外( 溫度過(guò)

19、冷溫度過(guò)冷)，還存在由于固液界，還存在由于固液界面處成分起伏而造成的過(guò)冷，稱(chēng)為面處成分起伏而造成的過(guò)冷，稱(chēng)為成分過(guò)冷成分過(guò)冷。所以合金結(jié)晶隨。所以合金結(jié)晶隨過(guò)冷的不同晶體成長(zhǎng)也不同。過(guò)冷的不同晶體成長(zhǎng)也不同。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變溫度溫度TAT0T00 0液固前沿實(shí)際溫度液固前沿實(shí)際溫度T0 T= T0 +Gz與界面的距離與界面的距離z00T0T0溫度溫度 /%T0T0與界面的距離與界面的距離z /%西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化

20、學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（1）平面結(jié)晶）平面結(jié)晶產(chǎn)生條件：過(guò)冷度產(chǎn)生條件：過(guò)冷度0，無(wú)成分過(guò)冷，無(wú)成分過(guò)冷特征：平面晶（特征：平面晶（G正溫度梯度很大時(shí)）正溫度梯度很大時(shí)）3、成分過(guò)冷對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響、成分過(guò)冷對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響 根據(jù)過(guò)冷度不同，焊縫可出現(xiàn)五種結(jié)晶形態(tài)。根據(jù)過(guò)冷度不同，

21、焊縫可出現(xiàn)五種結(jié)晶形態(tài)。 西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變(2) 胞狀結(jié)晶胞狀結(jié)晶產(chǎn)生條件：過(guò)冷度很小。產(chǎn)生條件：過(guò)冷度很小。特征：斷面六角形，細(xì)胞或蜂窩狀。特征：斷面六角形，細(xì)胞或蜂窩狀。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（3 3）、胞狀樹(shù)枝結(jié)晶）、胞狀樹(shù)枝結(jié)晶 產(chǎn)生條件：過(guò)冷度稍大。產(chǎn)生條

22、件：過(guò)冷度稍大。特征：主干四周伸出短小二次橫枝，縱向樹(shù)枝晶斷面胞狀。特征：主干四周伸出短小二次橫枝，縱向樹(shù)枝晶斷面胞狀。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（4 4）、樹(shù)枝狀結(jié)晶）、樹(shù)枝狀結(jié)晶產(chǎn)生條件：過(guò)冷度進(jìn)一步增大。產(chǎn)生條件：過(guò)冷度進(jìn)一步增大。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)。長(zhǎng)。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and

23、Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（5 5）、等軸晶）、等軸晶產(chǎn)生條件：過(guò)冷度大，溫度梯度小。產(chǎn)生條件：過(guò)冷度大，溫度梯度小。特征：結(jié)晶前沿長(zhǎng)出粗大樹(shù)枝晶，液相內(nèi)，可自發(fā)生核，形成自特征：結(jié)晶前沿長(zhǎng)出粗大樹(shù)枝晶，液相內(nèi)，可自發(fā)生核，形成自由長(zhǎng)大的等軸樹(shù)枝晶。由長(zhǎng)大的等軸樹(shù)枝晶。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變結(jié)晶形態(tài)主要決定于結(jié)晶形態(tài)主要決定于合金中的合金中的溶質(zhì)的濃度溶質(zhì)的濃

24、度C C0 0、結(jié)晶速度結(jié)晶速度R R和和液相中溫度梯度液相中溫度梯度G G的綜合作用。的綜合作用。等軸晶等軸晶樹(shù)枝狀晶樹(shù)枝狀晶胞狀樹(shù)枝晶胞狀樹(shù)枝晶胞狀晶胞狀晶平面晶平面晶G / R 1/2 C0 圖圖328 C0、R和和G對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變等軸晶等軸晶樹(shù)枝晶樹(shù)枝晶平面晶平面晶G / R 1/2 胞狀樹(shù)枝晶胞狀樹(shù)枝晶胞狀晶胞狀晶G、R、成分對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響、成分對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響溫度溫度TA0 0T

25、0T0與界面的距離與界面的距離z西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變4、焊接條件下的凝固（結(jié)晶）形態(tài)、焊接條件下的凝固（結(jié)晶）形態(tài)(1)溫度梯度及結(jié)晶速度的影響（基本趨勢(shì)）溫度梯度及結(jié)晶速度的影響（基本趨勢(shì)） 在焊縫的熔化邊界，由于溫度梯度在焊縫的熔化邊界，由于溫度梯度G較大，結(jié)晶速度較大，結(jié)晶速度R又較小，又較小，故成分過(guò)冷接近與零，所以平面晶得到發(fā)展。故成分過(guò)冷接近與零，所以平面晶得到發(fā)展。向焊縫中心過(guò)渡時(shí)，溫度梯度向焊縫中心過(guò)渡時(shí)，溫度梯度

26、G逐漸變小，而結(jié)晶速度逐漸增大，逐漸變小，而結(jié)晶速度逐漸增大，所以結(jié)晶形態(tài)由平面向胞狀晶、樹(shù)枝晶、等軸晶發(fā)展。所以結(jié)晶形態(tài)由平面向胞狀晶、樹(shù)枝晶、等軸晶發(fā)展。 等等軸軸晶晶樹(shù)枝樹(shù)枝狀晶狀晶平面晶平面晶G / R 1/2 C0 西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（2）純度的影響。）純度的影響。99.99%99.96%等軸晶等軸晶樹(shù)枝晶樹(shù)枝晶平面晶平面晶G / R 1/2 C0 胞狀樹(shù)枝晶胞狀樹(shù)枝晶胞狀晶胞狀晶C0、R、G對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響對(duì)結(jié)晶形態(tài)

27、的影響純度純度西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 （3）工藝參數(shù)的影響）工藝參數(shù)的影響 b 焊接速度的影響。焊接速度的影響。 V，熔池中心出現(xiàn)等軸晶。 V，熔合線附近出現(xiàn)胞狀樹(shù)枝晶。 c 焊接電流的影響焊接電流的影響I小，G，胞狀晶I 較大，胞狀樹(shù)枝晶I大，G，粗大樹(shù)枝晶等軸晶等軸晶樹(shù)枝晶樹(shù)枝晶平面晶平面晶G / R 1/2 胞狀樹(shù)枝晶胞狀樹(shù)枝晶胞狀晶胞狀晶G、R、成分對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響、成分對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響 西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院

28、學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.1.5 焊縫金屬的化學(xué)成份不均勻性焊縫金屬的化學(xué)成份不均勻性化學(xué)不均勻性：結(jié)晶過(guò)程中化學(xué)成分的一種偏析現(xiàn)象?；瘜W(xué)不均勻性：結(jié)晶過(guò)程中化學(xué)成分的一種偏析現(xiàn)象。（一）焊縫中的化學(xué)不均勻性（一）焊縫中的化學(xué)不均勻性 1 1、顯微偏析：、顯微偏析：枝晶偏析枝晶偏析指晶粒邊界或一個(gè)晶粒內(nèi)部亞晶界或樹(shù)枝狀晶的晶枝之間的偏析。指晶粒邊界或一個(gè)晶粒內(nèi)部亞晶界或樹(shù)枝狀晶的晶枝之間的偏析。 焊縫焊縫熔合區(qū)熔合區(qū)西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School

29、 of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 2、區(qū)域偏析（宏觀偏析）、區(qū)域偏析（宏觀偏析） 指焊縫邊緣到焊縫中心，宏觀上的成分不均勻性，指焊縫邊緣到焊縫中心，宏觀上的成分不均勻性，焊縫金屬以柱狀晶長(zhǎng)大，把雜質(zhì)推向熔池中心，中心雜焊縫金屬以柱狀晶長(zhǎng)大，把雜質(zhì)推向熔池中心，中心雜質(zhì)濃度逐漸升高，使最后凝固的部位發(fā)生較嚴(yán)重的偏析。質(zhì)濃度逐漸升高，使最后凝固的部位發(fā)生較嚴(yán)重的偏析。焊接速度過(guò)大時(shí)出現(xiàn)定向晶，焊縫中心易出現(xiàn)裂紋焊接速度過(guò)大時(shí)出現(xiàn)定向晶，焊縫中心易出現(xiàn)裂紋西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院Sc

30、hool of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 3、層狀偏析（宏觀偏析）、層狀偏析（宏觀偏析） 由于化學(xué)成分分布不均勻引起分層現(xiàn)象。焊縫橫斷面由于化學(xué)成分分布不均勻引起分層現(xiàn)象。焊縫橫斷面經(jīng)浸蝕之后，可以看到顏色深淺不同的分層結(jié)構(gòu)。經(jīng)浸蝕之后，可以看到顏色深淺不同的分層結(jié)構(gòu)。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 由部分熔化的母材和部分未熔化的母由部分熔

31、化的母材和部分未熔化的母材組成的窄小區(qū)域，材組成的窄小區(qū)域，化學(xué)成分、微觀組織化學(xué)成分、微觀組織和力學(xué)性能不均勻，焊接接頭最薄若環(huán)節(jié)和力學(xué)性能不均勻，焊接接頭最薄若環(huán)節(jié)。1、熔合區(qū)的形成、熔合區(qū)的形成（1）理論（平滑）邊界）理論（平滑）邊界母材上母材上TSTTL（2）實(shí)際（參差不齊）邊界）實(shí)際（參差不齊）邊界 熱源不均勻及晶粒散熱熱源不均勻及晶粒散熱 不一致不一致熔合區(qū)熔合區(qū)or線？線？（二）焊接熔合區(qū)與化學(xué)不均勻性（二）焊接熔合區(qū)與化學(xué)不均勻性西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固

32、和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變2、熔合區(qū)的特征、熔合區(qū)的特征（1）幾何尺寸?。缀纬叽缧?熔合區(qū)的寬度估算：熔合區(qū)的寬度估算： 其中，其中，A-熔合區(qū)的寬度（熔合區(qū)的寬度（mm） -溫度梯度溫度梯度(/mm) TL-被焊金屬的液相線被焊金屬的液相線() TS-被焊金屬的固相線被焊金屬的固相線()GTTTTSLYTSLAYTa. 母材液固線溫度范圍母材液固線溫度范圍越小，熔合區(qū)寬度越小。越小，熔合區(qū)寬度越小。b. 母材導(dǎo)熱性越差，熱源能量密度高，母材導(dǎo)熱性越差，熱源能量密度高，溫度梯度溫度梯度G大大，熔合區(qū)小。，熔合區(qū)小。比如，一般電弧焊，碳鋼低合金鋼：0.1330.5mm； 奧氏體鋼0.

33、060.12mm 區(qū)or線？TL-TS GS L西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（2）熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻，薄弱地帶）熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻，薄弱地帶熔合區(qū)是液固兩相共存的地方，嚴(yán)重化學(xué)不均勻性，性能下降。熔合區(qū)是液固兩相共存的地方，嚴(yán)重化學(xué)不均勻性，性能下降。平衡凝固平衡凝固k0焊縫凝固焊縫凝固k0西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章

34、熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變線能量線能量E=11.76kJ/cm結(jié)果結(jié)果（不同線能量下規(guī)律類(lèi)似數(shù)值稍有差異）（不同線能量下規(guī)律類(lèi)似數(shù)值稍有差異）線能量線能量E=23.94kJ/cm結(jié)果結(jié)果西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.1 熔池凝固熔池凝固3.2 焊縫固態(tài)相變焊縫固態(tài)相變3.3 焊縫中的氣孔、夾雜焊縫中的氣孔、夾雜3.4 焊縫性能的控制焊縫性能的控制西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Materia

35、l and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.2 焊縫固態(tài)相變焊縫固態(tài)相變p 對(duì)于具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的焊縫金屬（例如鋼），焊接熔池完全對(duì)于具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的焊縫金屬（例如鋼），焊接熔池完全結(jié)晶后形成的固態(tài)焊縫（結(jié)晶后形成的固態(tài)焊縫（一次組織一次組織），在隨后的連續(xù)冷卻過(guò)程），在隨后的連續(xù)冷卻過(guò)程中還將發(fā)生相變，從而形成相變組織（中還將發(fā)生相變，從而形成相變組織（二次組織二次組織），即焊縫最），即焊縫最終組織。終組織。p 對(duì)鋼鐵而言，相變組織主要取決于焊縫金屬的對(duì)鋼鐵而言，相變組織主要取決于焊縫金屬的化學(xué)成分化學(xué)成分和和冷卻冷卻

36、條件。條件。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖-即即CCT曲線（復(fù)習(xí)）曲線（復(fù)習(xí)）西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變焊縫金屬連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（簡(jiǎn)稱(chēng)焊縫金屬連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（簡(jiǎn)稱(chēng)WM-CCT圖）圖）西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院Sc

37、hool of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.1 熔池凝固熔池凝固3.2 焊縫固態(tài)相變焊縫固態(tài)相變3.3 焊縫中的氣孔、夾雜焊縫中的氣孔、夾雜3.3.1 焊縫中的氣孔焊縫中的氣孔3.3.2 焊縫中的夾雜焊縫中的夾雜3.4 焊縫性能的控制焊縫性能的控制西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變3.3 焊縫中的氣孔和夾雜焊縫中的氣孔和夾雜焊接缺陷：按照焊接缺

38、陷：按照GB/T6417.1-2005金屬熔化焊焊縫缺欠分類(lèi)及金屬熔化焊焊縫缺欠分類(lèi)及說(shuō)明說(shuō)明，焊接缺欠分為六類(lèi)：裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合及，焊接缺欠分為六類(lèi)：裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合及未焊透、形狀缺陷（形狀和尺寸）、其他缺陷。焊接缺欠的存在未焊透、形狀缺陷（形狀和尺寸）、其他缺陷。焊接缺欠的存在是焊接結(jié)構(gòu)失效的重要原因之一。是焊接結(jié)構(gòu)失效的重要原因之一。裂紋、氣孔、夾雜裂紋、氣孔、夾雜對(duì)焊接結(jié)構(gòu)至關(guān)重要又容易出現(xiàn)。對(duì)焊接結(jié)構(gòu)至關(guān)重要又容易出現(xiàn)。冶金缺欠冶金缺欠西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering

39、第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 （2）氣孔的類(lèi)型）氣孔的類(lèi)型 不同的分布方式，如內(nèi)部的，表面的；單個(gè)的，密集的；不同的分布方式，如內(nèi)部的，表面的；單個(gè)的，密集的； 析出的，反應(yīng)的；析出的，反應(yīng)的； 按照產(chǎn)生氣孔的氣體種類(lèi)，可分為氫氣孔、氮?dú)饪?、按照產(chǎn)生氣孔的氣體種類(lèi)，可分為氫氣孔、氮?dú)饪住O氣孔。氣孔。1、氣孔的類(lèi)型及其分布特征、氣孔的類(lèi)型及其分布特征 （1）焊縫中氣孔產(chǎn)生的根本原因）焊縫中氣孔產(chǎn)生的根本原因 a.高溫時(shí)金屬溶解了較多的氣體（高溫時(shí)金屬溶解了較多的氣體（H,N),凝固時(shí)來(lái)不及逸出。凝固時(shí)來(lái)不及逸出。 b.焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生不溶解不溶

40、解氣體（氣體（CO),凝固時(shí)來(lái)不及逸出。凝固時(shí)來(lái)不及逸出。3.3.1 焊縫中的氣孔焊縫中的氣孔西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變圖圖 電渣焊焊縫的內(nèi)部氣孔電渣焊焊縫的內(nèi)部氣孔圖圖 手弧焊的表面氣孔手弧焊的表面氣孔西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變a. 氫氣孔氫氣孔 特征：特征：多出現(xiàn)在焊縫表面，

41、斷面形狀多為螺釘狀，從焊縫表面多出現(xiàn)在焊縫表面，斷面形狀多為螺釘狀，從焊縫表面看呈看呈園喇叭口形園喇叭口形，氣孔的四周有光滑內(nèi)壁。有個(gè)別殘存在內(nèi)部，氣孔的四周有光滑內(nèi)壁。有個(gè)別殘存在內(nèi)部（輕金屬中），以小圓球狀存在。（輕金屬中），以小圓球狀存在。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：焊接過(guò)程中，熔池金屬吸收大量的氫氣，在冷卻和焊接過(guò)程中，熔池金屬吸收大量的氫氣，在冷卻和結(jié)晶過(guò)程中，氫的溶解度發(fā)生了急劇下降，熔池冷卻速度快，結(jié)晶過(guò)程中，氫的溶解度發(fā)生了急劇下降，熔池冷卻速度快，來(lái)不及逸出，殘存在內(nèi)部，發(fā)生了氫的過(guò)飽和，使焊縫中形成來(lái)不及逸出，殘存在內(nèi)部，發(fā)生了氫的過(guò)飽和，使焊縫中形成具有具有喇叭口形喇叭口形的表

42、面氣孔。的表面氣孔。 氮?dú)饪滓话爿^少，形成機(jī)理同氫氣孔。氮?dú)饪滓话爿^少，形成機(jī)理同氫氣孔。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 b.CO氣孔氣孔 特征：特征：焊縫內(nèi)部，條蟲(chóng)狀，表面光滑。焊縫內(nèi)部，條蟲(chóng)狀，表面光滑。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：冶金反應(yīng)。冶金反應(yīng)。 CO不溶于液態(tài)金屬。不溶于液態(tài)金屬。 在高溫時(shí)在高溫時(shí)C被氧、氧化物氧化，被氧、氧化物氧化，CO以氣泡的形式猛烈地逸出。以氣泡的形式猛烈地逸出。 熔池結(jié)晶時(shí)熔池結(jié)晶時(shí)FeO氧化氧化C，vc，及

43、樹(shù)枝晶凹陷處及樹(shù)枝晶凹陷處，CO不易逸出，不易逸出，為吸熱反應(yīng)，促使結(jié)晶速度加快，為吸熱反應(yīng)，促使結(jié)晶速度加快，CO形成氣泡不能逸出，形成氣泡不能逸出，沿沿結(jié)晶方向結(jié)晶方向形成條蟲(chóng)形內(nèi)氣孔。形成條蟲(chóng)形內(nèi)氣孔。西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變2 焊縫中的形成氣孔的機(jī)理焊縫中的形成氣孔的機(jī)理氣孔的形成：氣泡生核氣孔的形成：氣泡生核長(zhǎng)大長(zhǎng)大上?。荷细。?1）浮出：無(wú)氣孔）浮出：無(wú)氣孔 2）浮不出：氣孔）浮不出：氣孔（1）氣泡的生核）氣泡的生核具備條

44、件：液態(tài)金屬中有過(guò)飽和的氣體具備條件：液態(tài)金屬中有過(guò)飽和的氣體 要消耗一定的能量要消耗一定的能量 西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變形成氣泡核的數(shù)目：形成氣泡核的數(shù)目：在純金屬中在純金屬中n非常小，非常小，在極純金屬中形成氣泡核的可能性很小。在極純金屬中形成氣泡核的可能性很小。2216.2 1010n西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池

45、凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變焊接熔池焊接熔池現(xiàn)成表面現(xiàn)成表面形核需要的能量：（固、液、氣三相）形核需要的能量：（固、液、氣三相）11 cosaAphLAEPP VA 動(dòng)力動(dòng)力阻力阻力西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變結(jié)論結(jié)論：a）降低）降低和提高和提高A Aa a/A/A，E Ep p減少，比如減少，比如氣泡依附在現(xiàn)成表氣泡依附在現(xiàn)成表面（面（樹(shù)枝晶凹陷處，母材尚未熔化晶粒表面）樹(shù)枝晶凹陷處，母材尚未熔化晶粒表面） 。 b b）越大

46、，形成氣泡核所需能量越小。越大，形成氣泡核所需能量越小。阻力阻力不同于不同于凝固形核凝固形核2.g 1.2 1.g西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變（2）.氣泡長(zhǎng)大氣泡長(zhǎng)大21(hacPPPr 大氣壓）0(hoaMscPPPPPPP內(nèi)壓大于外壓）0haMscPPPPPPr氣泡中各種氣體分壓的總和；阻礙氣泡長(zhǎng)大的外界壓力大氣壓力；氣泡上部的金屬的壓力氣泡上部的熔渣的壓力由表面張力構(gòu)成的附加壓力；金屬與氣泡間的界面張力；氣泡半徑。氣泡形成初期，氣泡

47、形成初期，r很小，附加壓很小，附加壓Pc則很大，氣泡很難形成。焊接則很大，氣泡很難形成。焊接時(shí)，由于時(shí)，由于熔池內(nèi)存在著很多現(xiàn)成熔池內(nèi)存在著很多現(xiàn)成表面，如柱狀晶粒和液態(tài)金屬相表面，如柱狀晶粒和液態(tài)金屬相接觸的地方形成接觸的地方形成，這些地方由于，這些地方由于界面張力的作用，界面張力的作用，氣泡成橢圓形，氣泡成橢圓形，可以得到較大的曲率半徑可以得到較大的曲率半徑r使使Pc減小。減小。忽略忽略西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變氣泡核脫離表面主要與

48、氣泡核脫離表面主要與 氣泡氣泡-液體金屬液體金屬-現(xiàn)成表面現(xiàn)成表面之間的表面張之間的表面張力有關(guān)。力有關(guān)。 （3）、氣泡上?。?、氣泡上浮2.g 1.2 1.g2,2,液相液相 g,g,氣相氣相 1,1,固相固相西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變影響上浮因素：影響上浮因素：1）浸潤(rùn)角）浸潤(rùn)角當(dāng)當(dāng)90, 由于形成細(xì)頸過(guò)程需由于形成細(xì)頸過(guò)程需要時(shí)間，若結(jié)晶速度氣泡脫離要時(shí)間，若結(jié)晶速度氣泡脫離現(xiàn)成表面的速度，就會(huì)形成氣孔現(xiàn)成表面的速度，就會(huì)形成氣孔

49、（氣泡與固體接觸面收縮趨勢(shì)小，（氣泡與固體接觸面收縮趨勢(shì)小，固體表面對(duì)氣體吸附力大）固體表面對(duì)氣體吸附力大）保持保持不變不變西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 2） 結(jié)晶速度結(jié)晶速度 R R較小時(shí)，氣泡有充分時(shí)間逸出，無(wú)氣孔，氣泡易上浮；較小時(shí)，氣泡有充分時(shí)間逸出，無(wú)氣孔，氣泡易上?。?R R大時(shí)，氣泡上浮時(shí)間短，可能殘余在焊縫內(nèi)部。大時(shí)，氣泡上浮時(shí)間短，可能殘余在焊縫內(nèi)部。 圖圖 不同結(jié)晶速度對(duì)氣孔形成的影響不同結(jié)晶速度對(duì)氣孔形成的影響a）小結(jié)晶速度，）小結(jié)晶速度， b）大結(jié)晶速度）大結(jié)晶速度上有等軸晶阻擋，上有等軸晶阻擋，形成螺釘狀氣孔形成螺釘狀氣孔西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院學(xué)院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊縫固態(tài)相變?nèi)鄢啬毯秃缚p固態(tài)相變 3 3）氣泡上浮速度）氣泡上浮速度22192grv西安工業(yè)大學(xué)西安工業(yè)大學(xué)材材化化學(xué)院