2.4焊缝结晶及焊接接头组织性能的变化

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1、教案样例二教学章节2.4焊缝结晶及焊接接头组织性能的变化授课学时2学时教学目标1.了解焊缝结晶过程及焊接熔池的凝固特点2.了解改善焊缝一次结晶的途径3.掌握焊接接头组织性能的变化教学重点1.焊接熔池的凝固特点2.钢焊接热影响区的分布特征教学难点1.钢焊接热影响区的分布特征对焊接结构的影响学情分析学生如果学习了金属材料及热处理课程，接受焊缝结晶及焊接接头组织性能的变化知识应没有太大的困难。教具电化教学设备教学方法讲授法，多媒体课件教学过程时间分配组织教学复习旧课讲授新课巩固新课布置作业2分钟3分钟80分钟3分钟2分钟导入复习上次课的内容，分析处理课后习

2、题。用日常生活中水结冰为例，引入焊缝结晶。新课一、焊缝结晶1.焊缝结晶：熔焊焊缝一般经历加热熔化、冶炼反应、结晶、固态相变和形成焊接接头等过程。2.焊接熔池凝固的特点（1）熔池的体积小。弧焊时，熔池体积一般不超过30cm3,液态金属的重量不超过200g。（2）熔池的温度极不均匀。熔池中部呈过热状态,低碳钢和低合金熔池平均温度约为1770±100℃,而熔池边缘紧邻未熔化的母材处,是过冷的液态金属,因此,熔池的结晶是在很大的温差下进行的。（3）焊接熔池凝固时的冷却速度快。由于熔池的体积小，温度梯度大，决定了焊接熔池凝固时的冷却速度极快，一般冷却速度为4～

3、100℃/S。4（4）熔池在运动状态下凝固。一般熔焊时，熔池随热源的移动而移动，同时熔池内部气体的外逸、焊条的摆动、电弧的吹力以及电磁力对熔池有强烈搅拌作用。且在熔池中熔化与凝固过程是同步进行的。3.熔池的结晶过程：焊缝金属结构的形成过程，称为焊缝金属的一次结晶。它遵循金属结晶的一般规律，包括生核和长大两个基本过程。开始结晶晶体长大柱状结晶结晶结束4.改善焊缝一次结晶的途径：由于焊接熔池凝固特点等原因，造成了熔池结晶后成分的不均匀性→“偏析”。可采取如下措施改善焊接熔池的一次结晶（1）进行变质处理，以细化晶粒。（2）振动结晶：在熔池结晶时施加低频机械

4、振动、高频超声振动或电磁振动。其作用是击碎柱状晶从而细化晶粒。（3）控制焊接热输入及预热。其作用是有效减小晶粒尺寸，从而获得较细的焊缝一次结晶组织。二、焊接接头组织性能的变化1.焊接接头的组成：焊接接头是由焊缝、熔合区、热影响区组成。2.影响焊接接头性能的因素：影响因素较多，一般归纳为以下两个方面（1）成分及组织方面的影响，如：焊缝金属的组织、化学成分、热影响区的组织变化等。（2）力学性能方面的影响，如：焊接缺欠、焊接变形、焊缝余高等都是应力集中的根源。因此焊接接头具有组织和力学性能不均匀性。3.焊缝：焊缝的力学性能与基体相比强度指标略高、塑性指标略

5、低。如果焊缝中含硫量、含磷量偏高，或者焊接工艺参数及焊接结构不当，则容易引起低熔点杂质偏析，特别是母材含碳量偏高时，热裂的倾向更为严重，使焊缝的承载能力大大降低，往往造成焊接结构破坏，必须采取措施加以防范。4.熔合区：熔合区的塑性和韧性很低，是焊接接头最薄弱地带。是紧邻焊缝两侧的金属，焊接时由于热传导，金属的温度在固相线至液相线之间，冷凝后得到铸造组织，并有热裂倾向；未熔化的那部分金属，由于过热严重，晶粒剧烈长大，所以材料的塑性和韧性很低。45.热影响区：焊接热影响区的组织和性能取决于母材的化学成分、焊前母材的热处理状态、焊接工艺措施等。用于焊接的结

6、构钢，按其热处理特性可分为不易淬火钢和易淬火钢两类。其焊接热影响区的分布特征及热影响区各部分被加热的温度与铁碳相图的关系如下图。20钢的热影响区各部分被加热的温度与铁碳相图的关系钢焊接热影响区的分布特征（1）不易淬火钢：热影响区大致划分为：为过热区、重结晶区、不完全重结晶区等。①过热区。温度在1100℃至固相线之间，金属被严重过热，甚至过烧，塑性和韧性急剧下降，是热影响区中性能最差的部位。②重结晶区。温度被加热到Ac1～1100℃之间。对于低碳钢相当于正火热处理，得到细小均匀的铁素体和珠光体组织，性能优于母材。③不完全重结晶区。温度被加热到Ac1～A

7、c3之间，其特点是只有部分金属经受了重结晶相变得到细小铁素体+珠光体，其余部分为没发生相变是粗大原始铁素体，由于该区晶粒大小不均匀，因而其力学性能也不均匀。④再结晶区。当母材经冷加工变形或由于焊接应力而引起塑性应变时，被加热至Ac1温度以下，会发生再结和应变时效过程，此区无相变和组织变化，综合性能优于母材。（2）易淬火钢：热影响区大致划分为：完全淬火区、不完全淬火区等。①完全淬火区，温度处于固相线到AC3之间。当温度在1100℃至固相线之间，焊后冷却很易获得粗大的马氏体。当Ac1～1100℃之间时，得到的是细小马氏体。如母材含碳量或合金元素含量不高或

8、冷却速度较慢时，也可能出现贝氏体、索氏体和珠光体。②不完全淬火区，加热温度在AC1～AC3之间。加热时，珠光