焊接物理冶金 第三章+焊缝金属上ppt课件.ppt

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1、第三章焊缝金属图3.1对熔焊焊缝成分有作用的各种影响途径示意图焊接热过程特点（1）焊接热过程的局部集中性（加热、冷却速度极不均匀）（2）焊接热过程的瞬时性（加热、冷却速度极快）；（3）焊接热源的运动性（特殊的热循环）；（4）焊接传热过程的复杂性（液体对流、固体导热、辐射）。第一节焊接熔池结晶特点1、熔池体积小、冷却速度快电弧焊条件下，熔池体积约30cm3，重量约100g，冷却速度2、熔池中的液态金属处于过热状态低合金钢熔池温度，熔滴温度23003、熔池在运动状态下结晶结晶行为与焊接速度有关，熔池均匀化过程

2、通过搅拌、对流、扩散完成。图3.6晶体生长速度与焊接速度间的关系第二节焊接熔池的形状图3.2合金种类及热扩散率对等温线形状影响图3.3低碳钢中焊接速度对等温线形状的影响图3.4板厚对等温线形状的影响图3.5铝平板堆焊时的温度分布图3-11熔池形状第三节焊接熔池结晶过程焊接熔池结晶包括两个过程：晶核形成和晶核长大一、焊接熔池中晶核的形成晶核形成有两种途径：自发形核和非自发形核。形成自发临界晶核所需能量（3—1）γSL：新相与液相间的表面能ΔGV=单位体积内液、固两相自由能差形成非自发临界晶核所需能量（3—2

3、）（3—3）图3.6熔合线处半球状固相晶核的不均匀成核图3.7焊缝金属的柱状晶由熔合线处母材晶粒外延凝固而成图3-8熔合线二、焊接熔池中晶核长大（结晶方向和速度）1、结晶方向假设晶粒生长具有各向同性，晶粒沿垂直于等温面方向生长。2、结晶速度(3—4)（3—5）（3—6）（3—7）图3-9晶粒成长速度的示意图3.10钢焊缝中晶体生长方向的改变（如箭头所示）图3-11熔池形状q—热源有效功率v—焊接速度a—导温系数λ—导热系数Tm—被焊金属熔点OB：平面椭圆短半轴OH：熔池椭圆熔深半轴图3.12焊接速度对熔化

4、形状及晶体生长模式的影响图1焊缝柱状晶成长与焊接速度的关系（示意）a）偏向晶b）定向晶图3.13晶体沿最大温度梯度方向生长速度(R)与沿<100>方向生长速度(R’)间的关系图3.14晶体在最接近熔池最大温度梯度方向上的<100>方向上生长三、焊接熔池的成分过冷与结晶形态1、成分过冷结晶条件：（1）平衡结晶（2）固相无扩散，液相混合均匀（搅拌、对流、扩散）（3）固相无扩散，液相混合不均匀（扩散）由于结晶界面成分分布变化引起的过冷度称之为“成分过冷”（“浓度过冷”）图3.15简单二元系统中合金X0的不平衡

5、凝固图3.16液相中完全混合、固相中无扩散时，凝固柱体a)的成分曲线由b)向c)过渡图3.17液相中扩散混合时，柱体的浓度分布由a)向c)演变。若结晶速度均匀不变，在凝固的最后阶段，液相中合金浓度富集时，柱体中的成分达到稳定前状态图3.18生长中晶体前缘的前方，溶质在液相中浓度富集，引起液相凝固温度降低时发生成分过冷，成分过冷与熔融金属中的温度梯度TL有关图3.19向平面界面前方生长的固态球节，当它进入较热的液体时，一般会被重新熔化。但若界面前方的液体是成分过冷的话，这个球节是稳定的图3.20焊缝中平面状

6、结晶向胞状结晶的转变图2平面晶形态a）成分过冷条件b）结晶形态c）纯铌板氩弧焊时的平面晶图3胞状晶形态a）成分过冷条件b）结晶形态c）Cr25Ni35AlTi合金TIG焊时胞状晶图2胞状树枝晶形态a）成分过冷条件b）结晶形态c）Cr25Ni35AlTi合金TIG焊时胞状树枝晶图3胞状树枝晶形态a）成分过冷条件b）结晶形态c）Cr25Ni35AlTi合金TIG焊时胞状树枝晶图4胞状树枝晶形态a）成分过冷条件b）结晶形态c）铝板TIG焊时胞状树枝晶图5C0、R、G对结晶形态的影响图3.20熔融金属

7、中温度梯度的变化和成分过冷引起的平面状——胞状晶的转变（箭头指示晶体生长方向）图3.21a）平面状界面破裂成晶胞b）胞状结晶的温度及溶质分布图3.24蒙乃尔TIG焊缝中树枝状晶的生长情况图3.23充分发育的树枝状晶，在立方晶格的金属中，一次、二次及三次晶轴都与<100>生长方向相对应图3.25C0、R和G对结晶形态的影响图3.13铸造及焊接凝固的不同自由能驱动力，两者都是不均匀过程，但焊接时的外延向凝固，使成核势垒实际上降为0图3.26焊缝金属凝固时，合金成分晶体生长率和熔融金属中的温度梯度对生长产物类型

8、的影响2、焊接熔池的结晶形态图3.25T.Senda的测定说明在最后凝固阶段，晶体生长速度快，温度梯度低，焊缝中心处会形成树枝状晶