熔化焊接头组织与性能

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1、1.7熔化焊接头的组织与性能1.7.1焊缝金属的组织与性能1.7.2焊接热影响区的组织与性能1.7.1焊缝金属的组织与性能一、熔池凝固二、焊缝固态相变三、焊缝性能的控制一、熔池凝固1、焊接熔池凝固过程与铸造凝固过程的差别焊接熔池体积小，冷却速度高；平均100℃/s，约为铸造的104。冷速大→温度梯度大→裂纹此外→柱状晶发展大，一般焊缝没有等轴晶。焊接熔池的液态金属处于过热状态熔池边界的温度梯度比铸造时高103–104倍。焊接温度高。合金元素烧损严重，非自发形核质点减少，促使柱状晶发展。熔池在运动

2、状态下结晶结晶前沿随热源同步运动液态金属受到力的搅拌运动熔池金属存在对流运动，有利于除气和除渣。化学成分不均匀2、熔池结晶的一般规律（1）形核自发形核和非自发形核在焊接熔池中，温度达到1600℃，自发形核几乎不可能，非自发形核起主要作用。一、熔池凝固在焊接条件下，熔池中存在两种所谓现成表面：一种是合金元素或杂质的悬浮质点表面；另一种是熔合区附近加热到半熔化状态基体金属的晶体表面，非自发形核就依附在这个表面上，并以柱状晶的形态向焊缝中心成长，形成所谓交互结晶（联生结晶）。在焊接材料中加入一定的合金

3、元素可作为熔池非自发形核的质点，细化晶粒。2、熔池结晶的一般规律（2）晶核长大择优生长每一种晶体点阵都存在一个最优结晶取向,对于立方点阵的金属（Fe,Ni,Cu,Al），最优结晶取向为<001>。温度梯度大的方向，也是晶粒易于生长的方向。与焊接熔池边界垂直的方向温度梯度G最大。当母材晶粒取向<001>与导热最快的方向一致时，即垂直熔池边界时，晶粒生长最快而优先长大。一、熔池凝固焊缝金属柱状晶的择优生长3、焊接工艺对一次组织结构的影响焊接熔池的外形是椭球状的曲面，即结晶的等温面，熔池的散热方向是垂

4、直于结晶等温面，因此晶粒的生长方向也是垂直于结晶等温面。由于等温面是曲线，那么晶粒生长的主轴也是弯曲的。一、熔池凝固3、焊接工艺对一次组织结构的影响一、熔池凝固熔池中不同部位温度梯度和结晶速度不同，成分过冷的分布不同，焊缝各部位出现不同的结晶形态：平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶。一、熔池凝固1.焊接速度的影响焊速大，熔池中心的温度梯度下降很多，使熔池中心的成分过冷加大，在焊缝中心出现大量的等轴晶；而低焊速，在熔合线附近出现胞状树枝晶，在焊缝中心出现较细的胞状树枝晶。2.焊接电流的影响焊速一定，

5、焊接电流小得到胞状组织；增加电流，得到胞状树枝晶；电流继续增大，出现粗大的胞状树枝晶。4.焊缝金属化学成分不均匀性宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析（1）宏观偏析层状偏析、焊缝中心偏析、焊道偏析、弧坑偏析一、熔池凝固4.焊缝金属化学成分不均匀性宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析（2）微观偏析柱状晶偏析、树枝晶偏析、胞状晶偏析一、熔池凝固4.焊缝金属化学成分不均匀性宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析（3）熔合线偏析1）熔合区是母材与熔池的界面，熔合区及其附近微小区域的化学成分与母材和焊缝存在显著不同；2）碳的

6、偏析3）硫磷的偏析一、熔池凝固二、焊缝固体相变低碳钢焊缝的相变组织低合金钢焊缝的相变组织1、低碳钢焊缝的相变组织组织：F＋少量P，过热时产生W。改善组织的措施：1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶组织破坏。2)焊后热处理：A3+20~30℃，破坏柱状晶。3)冷却速度：冷却速度↑，组织细化，硬度↑2、低合金钢焊缝的相变组织铁素体珠光体贝氏体马氏体焊缝最终组织的构成1）铁素体先共析铁素体(GBF－grainboundaryferrite)产生温度770一680℃；沿原奥氏体晶界析出的铁素

7、体,呈长条状或块状多边形分布，降低焊缝的韧性。侧板条铁素体（FSP－ferritesideplate）产生温度700一550℃；是从先共析铁素体的侧面向晶内生长的板条状铁素体，其长宽比在20：１以上，使韧性显著降低。也有人称之为“无碳贝氏体”针状铁素体（AF－acicularferrite）产生温度500℃附近（中等冷速）；在原奥氏体晶内以针状生长的铁素体．常以某些质点为核心放射性生长。宽约2μm左右，长宽比多在3:1~5:1的范围内，可改善焊缝的韧性。细晶铁素体(FGF－finegrainfe

8、rrite）产生温度500℃以下（细化晶粒的元素）；在原奥氏体内形成晶粒尺寸较小的铁素体。一般有细化晶粒元素存在，在细晶之间有珠光体和碳化物析出。1）铁素体2）珠光体P=F+Fe3C—低合金钢在接近平衡状态下，Ac1~550℃间发生扩散转变的产物。根据片层的细密程度分为：焊接状态下――属非平衡转变，得到P量少；珠光体转变量小，冷速快，铁素体和贝氏体的转变区域增大；若含B、Ti合金元素，P转变全部被抑制。特点：2）珠光体3）贝氏体550℃~Ms间发生扩散—切变型相变的产物。分类：上贝氏体：形成温度