第三章 熔池凝固和焊缝固态相变ppt课件.ppt

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1、第三章熔池凝固和焊缝固态相变1第四节焊缝性能的控制第一节熔池凝固第二节焊缝固态相变第三节焊缝中的气孔和夹杂第三章--熔池凝固和焊缝固态相变2重点内容1、熔池凝固条件和特点及一般规律2、各钢种焊缝的固态相变组织的转变3、焊缝中的气孔和夹杂问题4、焊缝性能问题讨论3§3-1熔池凝固一、熔池的凝固条件和特点1.熔池体积小，冷却速度大2．熔池中的液态金属处于过热状态3．熔池在运动状态下结晶45二、熔池结晶的一般规律焊接时，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，首先形成晶核和晶核长大的

2、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。61.生核熔池中晶核的生成分为：非自发晶核、自发晶核。形成两种晶核都需要能量1)自发晶核自发临界晶核所需的能量б：新相与液相间的表面张力系数。ΔFr：单位体积内液固两相自由能之差。72)非自发形核θ：非自发晶核的浸润角θ=0℃EK`=08焊接时存在两种非自发晶核质点，一种是合金元素，另一种是现成表面，焊接熔池边界，正是固液相的相界石，熔池边界半熔化的母材晶粒表面为新相晶核的“基底”。92．成长原子由液相不断地向固相转

3、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；有的只长大很短距离就被抑制停止长大。当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厚度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。10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

4、结晶或联生结晶。11三、熔池结晶线速度12在厚大焊件的表面上快速堆焊α：热扩散率（cm2/s）vc:晶粒成长的平均速度v:焊速θ:v0和vc的夹角薄板上自动焊接131、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。1415四、金属的微观结晶形态（一）．纯金属的结晶形态①G>0时G------温度梯度（正的温度梯度）液

5、相温度固相，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，进过冷度大，晶粒成长速度大，形成树枝晶。16a)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17（二）．固溶体合金的结晶形态在任意T，溶质B在液态A是的浓度为CL`，在固态A中浓度为CS，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，由于过冷成度不同形成不同的结晶形态。18三、浓度过冷对结晶形态的影响1、平面结晶产生条件：过冷度＝0，无成分过冷特

6、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。19202、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。213、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。224、树枝状结晶产生条件：过冷度圈较大。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。235、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。24（四）、焊接条件下的凝固形态焊缝成分对结晶形态

7、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，将会出现不同的结晶形态。251、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%，焊缝出现胞状晶，中心为等轴晶2、焊接速度的影响V↑，熔池中心出现等轴晶。V小，熔合线附近出现胞状树枝晶。263、电流的影响I小，胞状晶,I较大，胞状树枝晶I大，粗大树枝晶焊接速度过大时，焊缝中心出现等轴晶，低速时，焊缝中心有胞状树枝晶。焊接电流大时，出现粗大的树枝晶。272829五、焊缝金属的化学不均匀性

8、（一）焊缝中的化学不均匀性化学不均匀性：结晶过程中化学成分的一种偏析现象。1.显微偏析：→枝晶偏析指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝状晶的晶枝之间的偏析。30晶轴上含有熔点较高的成分，熔点较低的成分则集中在枝晶枝干与枝干间的孔隙以及柱状枝晶的晶粒边界，称枝晶偏析。31322、宏观偏析（区域偏析）指焊缝边缘到焊缝中心，宏观上的成分不均匀性，焊缝金属以柱状晶长大，把杂质推向熔池中心，中心杂质浓度逐渐升高，使最后凝固的部位发生较严重的偏析.33