焊接熔池凝固.pptVIP

粗大的柱状晶会降低焊缝金属的强度和韧性。图2-62既为低碳钢碱性焊条焊接的焊缝中，晶粒粗细对冲击韧度的影响。在稳定型奥氏体钢焊接时，粗大柱状晶还是造成热裂纹 的原因之一。同时 对抵抗晶间腐蚀也 不利。 焊接过程中，改善凝固组织，防止粗晶产生的措施有： (1)变质处理 焊接时可通过焊接材料向熔池加入一些能细化晶粒的元素，如钼、钒、钛、稀土等，达到使焊缝晶粒细化，提高强度和韧性的目的。 (2)振动结晶 焊接时可同时对焊件施以振动，通过振动，可使柱状树枝晶破碎，增大晶粒游离倾向，达到细化晶粒的目的。振动方式主要有机械振动、超声振动和电磁振动。 （3)优化焊接工艺参数 对于不锈钢这类不发生相变重结晶的钢焊接时，在保持一定的电弧热功率的条件下，增大焊接速度v，即降低了焊接的线能量，可以便晶粒变细。若线能量不变，提高焊接速度v，也可以促使晶粒细化。因为焊接速度的提高，可使熔池在高温下停留时间缩短，熔池温度较低，焊缝冷却速度也提高了。对于低合金高强钢这类发生相变重结晶的钢，应尽量采用较小的线能量，减小熔池尺寸和过热度，同时加强焊缝的冷却，便可避免出现粗大的柱状晶组织。但冷却速度也不宜过高，过高会引起焊缝和热影响区产生淬火组织，在冷却过程中导致裂纹的发生。 * 固态中扩散困难。FCC结构比BCC更紧密，扩散更困难。 * 平衡偏析系数K1的合金元素，向胞晶之间或树枝晶臂之间交界处偏析。 平衡偏析系数K1的合金元素，向胞晶或树枝晶臂中心偏析。 * 通过对流加强熔池的混合，可以改善区域偏析。DCEN比AC熔池混合好。 * Banding: 1.焊接熔池特征 熔焊时，焊接熔池的凝固过程与一些铸造时液态金属凝固过程没有本质区别，因此，它也服从凝固理论的一般规律。但焊接熔池的凝固过程还有自己的一些特点。 焊接时，在高温热源的作用下，母材发生局部熔化，并与熔化了的焊丝金属混合形成熔池，同时进行短暂而复杂的冶金反应。当热源离开后，熔池金属便开始了凝固。如图2-56所示。因此，熔池具有下面一些特殊性。 1.1 体积小，冷却速度大。 在一般电弧焊条件下，熔池体积最大仅可达到30cm3，重量不超过100g。熔他的冷却速度一般可达4～100℃／s远比一般铸件的冷却速度高。由于冷却很快，温度梯度大，故焊缝中柱状晶得到充分发展。 1.2 过热温度高。 对一般低碳钢或低合金钢，熔池平均温度可达1770 ± 100℃，而熔滴温度更高，约为(2300±200) ℃。而一般炼钢时，其浇注温度仅为1550℃左右。由于液态金属的过热度较大，非自发形核的原始质点数将大为减少，这也促使柱状晶的发展。 1.3 动态下凝固。 处于热源移动方向前端的母材不断熔化，连同过渡到熔池中的焊丝熔滴一起在电弧吹力作用下，对流至熔池后部。随热源的离去，熔池后部的液态金属立即开始凝固，形成焊缝 1.4 对流强烈。 熔池中存在各种作用力，如电弧的机械力、气流吹力、电磁力，以及液态金属中密度差别，使熔池中存在有强烈的搅拌和对流，其方向一般趋于从熔池头部向尾部流动。 2.焊接熔池结晶 2.1 晶核形成 焊接条件下，非自发形核的现成表面有： 液态金属中未熔化的悬浮质点； 熔合区附近加热到未熔化状态基本金属（BM）的晶粒表面－联生结晶 (主要）； 联生结晶示意图 2.1.1 联生结晶（外延结晶） 依附于母材晶粒现成表面而形成共同晶粒的凝固方式 (a) C103合金电子束焊熔合线附近 (400×). Fusion boundary (b)采用4043 焊丝 (Al–5Si)焊接铸态 Al–4.5Cu合金焊缝熔合线附近. 409型铁素体不锈钢（bcc)采用Monel(70Ni-30Cu)焊材(fcc)，得到fcc焊缝 熔合线 沿熔合线新形核的晶粒 2.1.2 非联生结晶 当焊缝与母材晶体结构不同时，新的晶粒以半熔化区的异质点形核。 2.2 晶核长大 与焊接熔池边界垂直的方向，温度梯度G最大，散热最快。 每一种晶体结构都存在一个最优结晶取向（树枝晶或胞状晶最易生长的方向）； 对于fcc和bcc点阵的金属（Fe, Ni, Cu, Al），最优结晶取向为100。 在凝固过程中，最优结晶取向与与散热最快的方向一致时，晶粒生长最快而优先长大——择优长大； 焊缝中柱状晶体的选择长大 等温线 2.3 结晶线速度 设液相等温线上任一点A的晶粒主轴，沿等温线法线方向（S－S）生长，此方向与X轴的夹角为?。 设结晶速度为R，焊接速度为V，经过dt时间后，焊接熔池移动dx，A点便移至B点，A点晶粒长大至C点。 当dx很小时，