熔池凝固和焊缝固态相变.ppt

埋弧焊接凝固组织Q235A钢*第26页，共74页，星期日，2025年，2月5日五、焊缝的化学成分不均匀性1.焊缝中的化学成分不均匀性①显微偏析：先结晶的合金溶质浓度C0低，后结晶的合金溶质浓度C0高，即晶粒中心C0高，边缘低原因：冷却速度快，来不及均匀化要求细晶化，降低偏析②区域偏析焊缝中心部位聚集较多低熔点杂质，柱状晶结晶的结果③层状偏析结晶（熔滴过渡）的周期性所致*第27页，共74页，星期日，2025年，2月5日2.熔合区的化学成分不均匀性①熔合区的形成母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区域熔合区熔化不均（传热、半熔化晶粒散热不均匀）②熔合区宽度（P131）*第28页，共74页，星期日，2025年，2月5日③熔合区成分分布（如图3-39)溶质在液相中的溶解度在固相中的溶解度故：固相浓度 界面 液相浓度 C0–C′ C0 C0+C′分配取决于扩散系数和分配系数，特别是S、P、C、B、O、N等熔合区还存在物理不均匀（组织、性能）焊接接头的薄弱部位*第29页，共74页，星期日，2025年，2月5日第二节焊缝金属的一次结晶组织一、焊接条件下的凝固结晶形态1.理论上熔合线处：G最大、R最小→平面晶焊缝中心处：G最小、R最大→等轴晶2.实际上（不一定全部形态都出现，与许多因素有关）成分：溶质浓度C0对成分过冷的影响板厚和接头形式：影响温度梯度焊接速度V↑→R↑,熔合线处G↑,焊缝中心处G↓→出现大量等轴晶（否则出现胞状晶或树枝晶）焊接电流I↑→G↓,胞状晶→粗大胞状树枝状晶*第30页，共74页，星期日，2025年，2月5日钨极氩弧焊接凝固组织纯度为99.99%的铝焊缝-a）：平面晶-胞状晶纯度为99.6%的铝焊缝-b）、c）：胞状树枝晶-等轴晶*第31页，共74页，星期日，2025年，2月5日焊接工艺参数对焊缝结晶形态的影响焊接速度的影响V↑→R↑→成分过冷↑等轴晶胞状树枝晶*第32页，共74页，星期日，2025年，2月5日焊接工艺参数对焊缝结晶形态的影响焊接电流I↑→G↓→成分过冷↑粗胞状树枝晶胞状晶胞状树枝晶*第33页，共74页，星期日，2025年，2月5日二、凝固组织形态对性能的影响生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、夹杂、热裂都有影响消除粗大的树枝晶三、焊缝金属的性能的改善措施1.固溶强化和变质处理加入Mo、V、Ti、Zr、Al、B、N、稀土Te等2.振动结晶机械振动、高频超声振动、电磁振动3.焊接工艺焊后热处理、多层焊（层间回火）、锤击、跟踪回火等*第34页，共74页，星期日，2025年，2月5日第三节焊缝固态相变完全凝固之后，在连续冷却过程中，对于钢铁材料将发生组织转变，转变后的组织是根据焊缝的化学成分和冷却条件而定的。一、低碳钢焊缝组织特征：F（白色）+少量P，A晶界析出F，有时F呈魏氏组织形态魏氏组织特征：过热组织，铁素体在奥氏体晶界呈网状析出，也可从奥氏体晶粒内部沿一定方向析出，具有长短不一的针状或片条状，可直接插入珠光体晶粒之中，一般经A3点以上20~30℃正火后，柱状晶可消除。冷速不同，组织不同：冷速增加，P增多，F减少，硬度升高魏氏组织*第35页，共74页，星期日，2025年，2月5日二、低合金钢的固态相变1.总的来说，以F+P为主，有时出现B及M，具体是否出现则与焊材及工艺有关（成分、冷速）2.铁素体（F）转变（Firrite，F）转变①粒界F（高温转变770~680℃）：为先共析F,由奥氏体晶界析出向晶内生长，呈块状②侧板条F（700~550℃）：由奥氏体晶界形核，以板条状向晶内生长（由于F形成温度较低，F内含碳极低，故又称为无碳贝氏体）③针状F（500℃附近）：大都非自发形核，在奥氏体内形成④细晶F（500℃以下）：奥氏体晶内形成，有细化晶粒元素（Ti、B）出现时，晶界有Fe3C出现，接近上贝氏体*第36页，共74页，星期日，2025年，2月5日焊缝中铁素体的类型（1）先共析铁素体（Pro-eutectoidFerrite，PF）温度：770-680℃；位置：沿奥氏体晶界,又称为粒界铁素体（GrainBoundaryFerrite,GBF)形态：长条形或多边形块状性能特点：使韧性下降（低屈服点）条状块状*第37页，共74页，星期日，2025年，2月5日（2）侧板条铁素体（FerriteSidePlate，FSP）温度：700-550℃位置：从晶界铁素体侧面向晶内生长形状：板条状，形态如镐