焊縫結(jié)晶過程概要學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1焊縫結(jié)晶過程焊縫結(jié)晶過程(guchng)概要概要第一頁，共27頁。焊縫金屬焊縫金屬(jnsh)從高溫的液態(tài)冷從高溫的液態(tài)冷卻到常溫固態(tài)，經(jīng)歷過兩次結(jié)晶過卻到常溫固態(tài)，經(jīng)歷過兩次結(jié)晶過程。程。第一次：第一次： 是從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟慕Y(jié)晶過程是從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟慕Y(jié)晶過程；第二次：第二次： 是在固相中出現(xiàn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的是在固相中出現(xiàn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程。過程。第1頁/共26頁第二頁，共27頁。第2頁/共26頁第三頁，共27頁。1一次結(jié)晶一次結(jié)晶 由液態(tài)由液態(tài)(yti)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過程，也是晶體形成的凝固過程，也是晶體形成的過程。它遵循金屬結(jié)晶的的過程。它遵循金屬結(jié)晶的一般規(guī)律。一般

2、規(guī)律。即：生核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段。即：生核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段。第3頁/共26頁第四頁，共27頁。生核：生核：（隨熱源移去（隨熱源移去-溫度降低溫度降低-原子原子(yunz)活動(dòng)減弱活動(dòng)減弱-達(dá)到凝固溫達(dá)到凝固溫 度原子度原子(yunz)重排列重排列-形成小形成小晶體晶體-即：晶核形成。）即：晶核形成。）熔熔合合線線熔熔合合線線液體液體(yt)晶核晶核第4頁/共26頁第五頁，共27頁。 長(zhǎng)大長(zhǎng)大 晶核形成后晶核形成后并不斷吸附并不斷吸附周圍液體中周圍液體中的原子，使的原子，使得體積不斷得體積不斷增大，直至增大，直至液態(tài)完全消液態(tài)完全消失失(xiosh)為止。為止。 長(zhǎng)大長(zhǎng)大部分部分第5頁/共26頁第六頁

3、，共27頁。熔熔池池結(jié)結(jié)晶晶(jijng)的的過過程程： 第6頁/共26頁第七頁，共27頁。2焊縫結(jié)晶過程中的偏析焊縫結(jié)晶過程中的偏析焊縫的一次結(jié)晶時(shí)冷卻速度很快，成分焊縫的一次結(jié)晶時(shí)冷卻速度很快，成分很難趨于一致，而結(jié)晶又有先后，因此很難趨于一致，而結(jié)晶又有先后，因此在相當(dāng)程度上存在著化學(xué)成分不均勻而在相當(dāng)程度上存在著化學(xué)成分不均勻而產(chǎn)生產(chǎn)生(chnshng)偏析，導(dǎo)致焊縫性能偏析，導(dǎo)致焊縫性能變差。變差。偏析包括：（偏析包括：（1）顯微偏析）顯微偏析 （2）區(qū)域偏析）區(qū)域偏析 （3）層狀偏析）層狀偏析第7頁/共26頁第八頁，共27頁。顯微偏析：在一個(gè)柱狀晶粒內(nèi)部焊晶粒之間顯微偏析：在一個(gè)柱

4、狀晶粒內(nèi)部焊晶粒之間化學(xué)成分分布不均的現(xiàn)象?；瘜W(xué)成分分布不均的現(xiàn)象。柱狀晶粒長(zhǎng)大和結(jié)晶的特點(diǎn)：柱狀晶粒長(zhǎng)大和結(jié)晶的特點(diǎn)：最先結(jié)晶中心軸的金屬最純，最先結(jié)晶中心軸的金屬最純，后結(jié)晶的部分金屬含有合金元素后結(jié)晶的部分金屬含有合金元素(yun s)和和雜質(zhì)較高，雜質(zhì)較高，最后結(jié)晶的部分晶粒外緣和前端含合金與雜最后結(jié)晶的部分晶粒外緣和前端含合金與雜質(zhì)最高。質(zhì)最高。在一個(gè)柱狀晶粒內(nèi)部合金元素在一個(gè)柱狀晶粒內(nèi)部合金元素(yun s)分布分布不均的現(xiàn)象叫晶內(nèi)偏析。不均的現(xiàn)象叫晶內(nèi)偏析。第8頁/共26頁第九頁，共27頁。影響顯微偏析的因素是化學(xué)成分分布不均，而這影響顯微偏析的因素是化學(xué)成分分布不均，而這個(gè)不均

5、勻又與金屬結(jié)晶的時(shí)間，結(jié)晶的溫度，結(jié)個(gè)不均勻又與金屬結(jié)晶的時(shí)間，結(jié)晶的溫度，結(jié)晶的區(qū)域不同有關(guān)。晶的區(qū)域不同有關(guān)。其結(jié)果是：其結(jié)果是： 1、結(jié)晶區(qū)間越大，越易產(chǎn)生偏析、結(jié)晶區(qū)間越大，越易產(chǎn)生偏析 2、對(duì)低碳鋼影響較小、對(duì)低碳鋼影響較小 3、而高碳鋼，合金鋼結(jié)晶區(qū)間大，產(chǎn)生的偏析、而高碳鋼，合金鋼結(jié)晶區(qū)間大，產(chǎn)生的偏析就嚴(yán)重。就嚴(yán)重。因此，對(duì)這類鋼焊后必須進(jìn)行擴(kuò)散和細(xì)化晶粒的因此，對(duì)這類鋼焊后必須進(jìn)行擴(kuò)散和細(xì)化晶粒的熱處理，以消除熱處理，以消除(xioch)顯微偏析現(xiàn)象。顯微偏析現(xiàn)象。第9頁/共26頁第十頁，共27頁。第10頁/共26頁第十一頁，共27頁。區(qū)域偏析區(qū)域偏析區(qū)域偏析的形成：由于柱狀

6、晶粒的區(qū)域偏析的形成：由于柱狀晶粒的長(zhǎng)大和推移，把雜質(zhì)推向熔池的中長(zhǎng)大和推移，把雜質(zhì)推向熔池的中心心(zhngxn)，使得中心，使得中心(zhngxn)雜質(zhì)含量大于其它部位雜質(zhì)含量大于其它部位。這種現(xiàn)象稱為區(qū)域偏析。這種現(xiàn)象稱為區(qū)域偏析。焊縫斷面形狀與偏析的關(guān)系：焊縫斷面形狀與偏析的關(guān)系： 第11頁/共26頁第十二頁，共27頁。層狀偏析：層狀偏析：隨著電弧的攪拌和移動(dòng)隨著電弧的攪拌和移動(dòng)，使熔池始終處于脈動(dòng)，使熔池始終處于脈動(dòng)狀態(tài)狀態(tài)(zhungti)。這。這種脈動(dòng)使得熱量傳遞也種脈動(dòng)使得熱量傳遞也發(fā)生了變化，造成了熔發(fā)生了變化，造成了熔池晶粒隨溫度出現(xiàn)周期池晶粒隨溫度出現(xiàn)周期性的變化，引起雜

7、質(zhì)濃性的變化，引起雜質(zhì)濃度的變化。形成周期性度的變化。形成周期性的偏析現(xiàn)象叫層狀偏析的偏析現(xiàn)象叫層狀偏析。 第12頁/共26頁第十三頁，共27頁。第13頁/共26頁第十四頁，共27頁。第14頁/共26頁第十五頁，共27頁。3 焊縫的二次結(jié)晶一次結(jié)晶結(jié)束之后，熔池就轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)結(jié)晶階段(jidun)。焊縫從高溫轉(zhuǎn)變到常溫，焊縫要經(jīng)過一系列相變過程。即焊縫的二次結(jié)晶。第15頁/共26頁第十六頁，共27頁。以低碳鋼為例：一次結(jié)晶的晶柱都是奧氏體組織，當(dāng)冷卻到Ac3時(shí)（930度）由-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe 當(dāng)溫度再降低到Ac1時(shí)（723度）余下(yxi)的奧氏體分解為珠光體，所以，低碳鋼焊縫在常溫下的組織為鐵

8、素體+珠光體。 第16頁/共26頁第十七頁，共27頁。第17頁/共26頁第十八頁，共27頁。鋼的珠光體含量與冷卻速度有關(guān)：鋼的珠光體含量與冷卻速度有關(guān)：由于焊縫冷卻速度很快，所得的珠光由于焊縫冷卻速度很快，所得的珠光體含量一般較平衡組織中的含量大。體含量一般較平衡組織中的含量大。一般的說，冷卻速度越大，珠光體含一般的說，冷卻速度越大，珠光體含量越高，而鐵素體含量越少，材料量越高，而鐵素體含量越少，材料(cilio)硬度和強(qiáng)度均有所提高，而硬度和強(qiáng)度均有所提高，而塑性和韌性則有所降低。塑性和韌性則有所降低。第18頁/共26頁第十九頁，共27頁。4焊縫熱影響焊縫熱影響區(qū)區(qū)焊接熱循環(huán)：焊接熱循環(huán)：在

9、熱源的作用在熱源的作用下，焊件某一下，焊件某一點(diǎn)溫度隨時(shí)間點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化變化(binhu)的過程，稱為的過程，稱為該點(diǎn)的焊接熱該點(diǎn)的焊接熱循環(huán)。循環(huán)。 第19頁/共26頁第二十頁，共27頁。焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能（以低碳鋼，（以低碳鋼，Q235,Q345,16Mn為例）為例） 熔合區(qū)：熔合區(qū)： 熔合區(qū)是指在焊接接頭中焊縫向熱影響熔合區(qū)是指在焊接接頭中焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。區(qū)過渡的區(qū)域。熔合熔合 區(qū)附近又稱半熔化區(qū)，是固相線和區(qū)附近又稱半熔化區(qū)，是固相線和液相線之間的區(qū)域。在此區(qū)域，金屬組液相線之間的區(qū)域。在此區(qū)域，金屬組織是處于過熱狀態(tài)的組織，其塑性織是處于過熱

10、狀態(tài)的組織，其塑性(sxng)差。是產(chǎn)生焊接裂紋或局部脆差。是產(chǎn)生焊接裂紋或局部脆性破壞的發(fā)源地。性破壞的發(fā)源地。 第20頁/共26頁第二十一頁，共27頁。第21頁/共26頁第二十二頁，共27頁。2過熱區(qū)過熱區(qū) 過熱區(qū)所處的溫度范圍是在固相線以過熱區(qū)所處的溫度范圍是在固相線以下到下到1100左右左右(zuyu)的區(qū)間內(nèi)。的區(qū)間內(nèi)。其特點(diǎn)是：奧氏體晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，冷其特點(diǎn)是：奧氏體晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，冷卻以后呈現(xiàn)晶粒粗大的過熱組織。氣卻以后呈現(xiàn)晶粒粗大的過熱組織。氣焊或埋弧焊時(shí)易造成魏氏體組織。焊或埋弧焊時(shí)易造成魏氏體組織。過熱區(qū)的組織塑性很低，尤其是沖擊過熱區(qū)的組織塑性很低，尤其是沖擊韌性降低韌性降低

11、2030%第22頁/共26頁第二十三頁，共27頁。正火區(qū)正火區(qū) 溫度范圍在溫度范圍在Ac3（910）1100之之間。（這個(gè)區(qū)也叫做金屬的重結(jié)晶區(qū)間。（這個(gè)區(qū)也叫做金屬的重結(jié)晶區(qū)）特點(diǎn)是：常溫時(shí)的鐵素體特點(diǎn)是：常溫時(shí)的鐵素體+珠光體此時(shí)珠光體此時(shí)全部轉(zhuǎn)換為奧氏體，如果是自然空氣全部轉(zhuǎn)換為奧氏體，如果是自然空氣冷卻，可以得到均勻的細(xì)小冷卻，可以得到均勻的細(xì)小(xxio)的鐵素體和珠光體晶粒。的鐵素體和珠光體晶粒。也是熱影響區(qū)中性能最好的區(qū)域。也是熱影響區(qū)中性能最好的區(qū)域。第23頁/共26頁第二十四頁，共27頁。不完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū) 該區(qū)處于該區(qū)處于Ac1Ac3之間（之間（723910）焊縫

12、金屬中的珠光體和部分鐵素體轉(zhuǎn)變焊縫金屬中的珠光體和部分鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，但仍保留部分鐵素體。冷卻為奧氏體，但仍保留部分鐵素體。冷卻時(shí)，奧氏體晶粒又發(fā)生了重結(jié)晶過程，時(shí)，奧氏體晶粒又發(fā)生了重結(jié)晶過程，得到晶粒細(xì)小的鐵素體和珠光體組織得到晶粒細(xì)小的鐵素體和珠光體組織(zzh)，而始終未轉(zhuǎn)變的奧氏體的鐵素，而始終未轉(zhuǎn)變的奧氏體的鐵素體卻長(zhǎng)大了，變成了粗大的鐵素體組織體卻長(zhǎng)大了，變成了粗大的鐵素體組織(zzh)。因此，這個(gè)區(qū)域的組織因此，這個(gè)區(qū)域的組織(zzh)是不均勻是不均勻的，力學(xué)性能也是不均勻的。的，力學(xué)性能也是不均勻的。第24頁/共26頁第二十五頁，共27頁。根據(jù)熱影響區(qū)的大小，可以間接判斷焊接根據(jù)熱影響區(qū)的大小，可以間接判斷焊接質(zhì)量。一般來說，熱影響區(qū)窄的鋼，焊接質(zhì)量。一般來說，熱影響區(qū)窄的鋼，焊接接頭中的內(nèi)應(yīng)力越大，越容易出現(xiàn)裂紋。接頭中的內(nèi)應(yīng)力越大，越容