第一章 熔化焊连接原理1.3上

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1、1.1熔化焊热过程及接头形成1.2熔化焊接化学冶金1.3熔化焊接头的组织和性能1.4焊接冶金缺陷焊缝金属的组织焊缝金属性能的控制焊接热影响区的组织焊接热影响区的性能焊接热模拟技术获得良好接头的条件:合适的热源,良好的熔池保护,焊缝填充金属焊接热过程,焊接化学冶金,焊接物理冶金焊缝中的气孔和夹杂裂纹焊缝金属性能的控制焊接热影响区的组织性能熔池凝固和焊缝固态相变焊接接头主要由焊缝和热影响区构成，其间窄的过渡区称为熔合区。焊缝与母材相比两种以上金属高温混合，化学冶金反应HAZ没有化学成分变化，焊接热循环，短时高温热处理化学冶金反应不均匀，成分不均匀，偏析

2、热效应的不均匀，组织梯度一、焊缝金属的组织1——焊缝区（熔化区）2——熔合区（半熔化区）3——热影响区4——母材1、焊缝金属的结晶一、焊缝金属的凝固条件和特点熔池体积小，加热温度高，冷却速度大熔池中的液态金属处于过热状态，温度不均匀熔池在运动状态下结晶熔池存在时间短,成分不均匀加热熔化—结晶—固态相变气孔、夹杂、偏析裂纹2、焊缝金属的凝固组织焊接时，熔池金属的结晶与一般炼钢时钢锭的结晶一样，也是在过冷的液体金属中，形成晶核和晶核长大的结晶过程。生核热力学条件是过冷度而造成的自由能降低；生核的动力学条件是自由能降低的程度。（1）生核熔池中晶核的生成分

3、为：1)自发晶核2)非自发形核形成两种晶核都需要能量焊接熔池：非常过热焊接时存在两种非自发晶核质点，一种是合金元素质点，另一种是焊接熔池边界现成表面，熔池边界半熔化的母材晶粒表面为新相晶核的“基底”。焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。（2）成长熔合区附近母材晶粒作为现成表面向焊缝中心生长原子由液相不断地向固相转移，晶核的成长是通过二维成核方式长大，但并不是齐步前进，长大趋势不同，有的一直向焊缝中部发展；有的长大很短距离就被抑制停止长大。选择长大当

4、晶体最易长大方向与散热最快方向相一致，最有利长大晶核的成长是一个原子从液相中吸收原子集团来进行的，并连续不断地吸附在晶体表面的小台阶处而迅速长大。焊接熔池边界正是固液相的相界面，熔池边界的部分熔化的母材晶粒表面完全可能成为新相晶核的“基底”，非均匀生核，焊缝金属呈柱状晶形式与母材相联系，好似母材晶粒外延长大。这种依附于母材晶粒现成表面而形成共同晶粒的凝固方式，称为外延结晶或联生结晶。（3）焊接工艺对一次组织结构的影响VR=VSCOSαVR熔池结晶速度VS焊接速度熔池结晶线速度1）晶粒成长的平均线速度是变化的晶粒成长方向和线速度是变化的，在熔合线处最

5、小，在焊道中心处最大，为焊速。2）焊接规范的影响当焊速大时，则θ越大，晶粒主轴的成长方向垂直于焊缝中心线，称为定向晶。当焊速小时，晶粒主轴的成长方向弯曲，形成偏向晶。（3）焊缝的凝固组织形态1）纯金属的结晶形态①G>0时G------温度梯度（正的温度梯度）液相温度高于固相，过冷度小，结晶缓慢，形成平面晶。②G<0液体内部温度比界面低，过冷度大，晶粒成长速度大，形成树枝晶a)G>0时的温度分布b)G<0时的温度分布c)G>0时的界面结晶形态d)G<0时的界面结晶形态2）固溶体合金的结晶形态在任意T，溶质B在液态A时的浓度为CL，在固态A中浓度为CS

6、，平衡分配系数金属结晶，温度过冷，合金的结晶形态除了温度过冷，还存在成分起伏造成成分过冷，由于过冷度不同形成不同的结晶形态。当液相的实际温度低于理论结晶温度T，出现成分过冷只要熔体某处的实际温度T(x)低于同一地点的液相线温度TL(x)，也能在界面前方熔体中获得过冷。3)浓度过冷对结晶形态的影响平面结晶产生条件：过冷度＝0，无成分过冷特征：平面晶（G正温度梯度很大时）平面结晶形态发生在结晶前沿没有浓度过冷的情况下。只有通过固相不断散热而使界面前沿熔体温度进一步降低，晶体才能得以生长，而界面本身则始终处于(T0-ΔTk)的等温状态下。这种界面生长方式

7、称为平面生长（planargrowth）。生长中，每个晶体逆着热流平行向内伸展成一个个柱状晶，胞状结晶产生条件：过冷度很小。特征：断面六角形，细胞或蜂窝状。胞状树枝结晶产生条件：过冷度稍大。特征：主干四周伸出短小二次横枝，纵向树枝晶断面胞状。树枝状结晶产生条件：过冷度较大。特征：主枝长，主枝向四周伸出二次横枝，并能得到很好的生长。等轴晶产生条件：过冷度大。特征：结晶前沿长出粗大树枝晶，液相内，可自发生核，形成自由长大的等轴树枝晶。（4）焊接条件下的凝固形态焊缝成分对结晶形态有影响，还与焊接规范参数有关。熔池中成分过冷的分布在焊缝的不同部位是不同的

8、，将会出现不同的结晶形态。1、溶质浓度影响纯AL99.99%焊缝熔合线附近为平面晶，中心为胞状晶。若纯AL99.6%，焊缝