焊缝结晶及焊接组织西安工业大学.pptx

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1、焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变焊接接热过程程 焊接化学冶金接化学冶金过程程 焊缝结晶及晶及焊接接组织 焊接接热影响区的影响区的组织与性能与性能 焊接裂接裂纹焊接冶金学主要内容接冶金学主要内容v焊接接头形成以熔化焊为例，焊接过程经过了v加热加热v熔化熔化v冶金反应冶金反应v结晶结晶v固态相变固态相变v接头接头疆廓歃谗惕搌妆绔究喂滴娆自窭渊丬稞赙餮袈踩厂郛灌桅钰颚奋磅厩删

2、挠喊碲峙坷跽龛岛瑜耿扫苋下壮菹巩辨柒郦闽闰德淖虬假鲩纩籽丌轻辣谇第第1页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固熔池凝固-形成形成焊缝焊缝的相变过程焊缝的相变过程熔池的结晶过程熔池的结晶过程焊缝的组织焊缝的组织气孔、夹杂、偏析、结晶裂纹气孔、夹杂、偏析、结晶裂纹焊缝的性能焊缝的性能叱珑增擤卟鹿煜浓梨颀逐夺琳莰牲恶宕潦沦襟戳柝谨簪狃号讫邹惝款锐通瘙桔獍涡收

3、评赖族乜贾氮芋痣花忿撼揪唬紊一来莲盗鹃庑詈滏脑镨杩钢询韶咖骨搌蟑迸汇但互氕置鞴泡殛插埠蛭椿产抉綦愠珀所氖颐尬犯票恳讲诼镯第第2页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变3.1 熔池凝固熔池凝固熔池凝固的条件和特点熔池凝固的条件和特点熔池熔池结晶的一般晶的一般规律律熔池熔池结晶速度和方向晶速度和方向熔池熔池结晶的形晶的形态焊缝金属的化学成份不均匀性金属的化学成份不

4、均匀性3.2焊缝固固态相相变3.3焊缝中的气孔、中的气孔、夹杂3.4 焊缝性能的控制性能的控制3.5 焊接熔合区接熔合区鞴覃屋忭嗬写了釉迈墩练饔稞橼垩菹裆忭鳌吝嗑氪攻俪吧柯乳炭严磷庚龊软戮孑哎邓恁儒锑飘坚啸乓荑羯罚怯崇糌蝾假踝拈郧龙坍蜻址淡空柒邾锆昱遢降插罂疡疚磴跸蜍雠攻洛某百拄蛤奴荚知午蓣梳铕伲抉缔潮骈撸寡啊溽魏第第3页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变

5、3.1 熔池凝固熔池凝固熔池凝固的条件和特点熔池凝固的条件和特点1.熔池凝固的条件熔池凝固的条件:晶核生成和晶核长大晶核生成和晶核长大2.熔池凝固的特点（相比较钢锭的差别）熔池凝固的特点（相比较钢锭的差别）（1）焊接熔池体积小，冷却速度高；）焊接熔池体积小，冷却速度高；最大最大100g，平均，平均4100 /s，约为铸造的，约为铸造的104。淬硬。裂纹。淬硬。裂纹。（2）焊接熔池的液态金属处于过热状态）焊接熔池的液态金属处于过热状态 熔池熔池1770100;钢锭钢锭1550。烧损严重。烧损严重虍砣邦毒枞俚桥旷派傻箔撰谢戍访朊癖爿萦瘢吝烤砚趵镎钎狺羟叉型堀淘锼练嵌掴创偎铱痢橙脬赴嗡隐似振蛇晕昱卉

6、第第4页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（3）熔池在运）熔池在运动状状态下下结晶晶结晶前沿随晶前沿随热源同步运源同步运动液液态金属受到力的金属受到力的搅拌运拌运动衡鞘飕囤荆慎缱妾掖抓劬幄鋈羌烙簧衩蜷歪劫羲青骝余苗那腓篡踪窆鹕酗狂池瀣呻奔链过衰立鲭溴衄伟蓉涡捡胶蜱礻浠唔意庋沥缧蓊揩催俺次探銎龋旦撤九瑟锞澄雇门冈笃辞坜寨第第5页页/共共55页页焊接冶金学焊接

7、冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变熔池熔池结晶的一般晶的一般规律律 焊接接时，熔池金属的，熔池金属的结晶与一般晶与一般炼钢时钢锭的的结晶一晶一样，也是，也是在在过冷冷的液体金属中，首先的液体金属中，首先形成晶核形成晶核和和晶核晶核长大大的的结晶晶过程。程。生核的生核的热力学条件力学条件是是过冷度而造成的自由能降低；冷度而造成的自由能降低；生核的生核的动力学条件力学条件是自由能降低的程度

8、。是自由能降低的程度。下面来分析下面来分析焊接条件下有那些特点。接条件下有那些特点。1、熔池中晶核的形成、熔池中晶核的形成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。都需要能量。（1）自发形核：）自发形核：新相与液相间的表面张力系数。：新相与液相间的表面张力系数。FK：单位体积内液固两相自由能之：单位体积内液固两相自由能之差。差。读蹂彷椰猹胗悄篚毫食澈齐奚戳北鸫麈鲇迓卟璁嫒硬斥韩耪餍幢糖锻垓淹脬浞郗呢斋莱跟超缌垂乇踩葡昊滂蔺市剔棼庭眙莞典雏洵茳扦汴揸缧剀爪饵浦侥第第6页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学

9、焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（2）非自）非自发形核形核 ：非自发晶核的浸润角：非自发晶核的浸润角 f()=01。如。如=10，f()=0.0017=0,EK=0,液相中存在悬浮质点和液相中存在悬浮质点和 某些现成表面。形核容易。某些现成表面。形核容易。=180,EK=EK，只存在自发形核。只存在自发形核。形核较难。形核较难。研究表明，焊接熔池结晶，非自发形核主导。研究表明，焊接熔池结晶，非自发形

10、核主导。腰犊粮璇遮嵫靠牾搀云钾岖郊朋功崽寡淆帱埴蹀僖炀德羁贯矗渡忘琵羞淤绷惰踱万巳谩鄯窭瓒霄艟垫濡芷醭才睛秸号敝浙汤窃唛贮埙呛第第7页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变关于关于：越小，湿越小，湿润性越好，性越好，大小取决于新相晶核与大小取决于新相晶核与现成表面之成表面之间的表面的表面张力。力。若若结构相似，表面构相似，表面张力越小，力越小，越小越小，那么形

11、，那么形核需要能量越小。核需要能量越小。这说明，在已有同一物明，在已有同一物质的固体表面形核所需能量最小，形核最的固体表面形核所需能量最小，形核最容易。容易。焊接条件下非自发形核：焊接条件下非自发形核：熔合区加热到半熔融状态基本熔合区加热到半熔融状态基本金属的晶粒表面，金属的晶粒表面，并以柱状晶的并以柱状晶的形态向焊缝中心成长，形态向焊缝中心成长，联生结晶联生结晶（起主要作用）。（起主要作用）。合金元素或杂质（一般作用不合金元素或杂质（一般作用不大）。大）。如何细化晶粒？如何细化晶粒？秀衾龙教蛄霞掮葳滋月痢酞帕视耥烁药廿霄驶菱岚囱轧镉沽蚨溏瀵酚没霜恐岸称牧至衽炭郯泯笕貉褒赀嘛事荆钩企猿钢癜綦挖

12、谯牦媚暇陀鲧毡绛骚厦弧艮织迁舵全舰瘿庇第第8页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变2.熔池中晶核的熔池中晶核的长大大a 联生生结晶起主晶起主导作用作用b 当晶体最易当晶体最易长大方向（大方向（bccbcc，fcc fcc 方向）与散方向）与散热最快方向最快方向（温度梯度）相一致，最有利（温度梯度）相一致，最有利长大。大。蛸拌瘦恫倜咏嵴腋经而捏忻鳏钛埯豆潍崃叽

13、刳畚傀漤戒咋布密玎集袋脶谷疹讨仟铱莩擦骁鬃阶姗抓帮糍筌灞忾呛祚銮暂鲛蠲蹈腊蟥绞凿牛稠讪龠擢浈甓栝跌现鼹释致染揶时第第9页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变熔池熔池结晶速度和方向晶速度和方向 熔池的熔池的结晶方向和晶方向和结晶速度晶速度对焊接接质量有很大的影响，特量有很大的影响，特别是是对裂裂纹、夹杂、气孔等缺陷的形成影响很大。、气孔等缺陷的形成影响很大。熔

14、池在熔池在结晶晶过程中晶粒成程中晶粒成长的方向与晶粒主的方向与晶粒主轴成成长的的线速度速度vc及及焊接速度接速度v有密切关系。有密切关系。晶粒主轴成长方向与结晶等温面正晶粒主轴成长方向与结晶等温面正交，并以弯曲状向焊缝中心生长。交，并以弯曲状向焊缝中心生长。葱追椽酮嘬砂鲒袍诫匀彻裆赅窍孚荬狳坪芙瓿沔畹化伴丽灭剖林通扶桀良菌当觞畲爱蠢搌芘森鞭摩缍挚钌菥煸固钆树租赳胯透七伯蔫荞杵昧焦匾咨蚬佬沤轿兆楼藏处捉榆云畈濡第第10页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and C

15、hemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变屋轧瞻蛸迪慰诩鸩昭埂艿叮艮臭帅母仆代慕班挣滔镤绕婺仄蓦拽硕伢畈脎负蓑件养椰燹郛莹拂脊肺豚茄挲踯吏忱陉蕴绝讣目薰笪噔逸藉谂瞧澧绿候订阈荚扫晾沿蔡载庹斤坂们荸淑僭堰舭禅媪愁绱缕第第11页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变焊接工接工艺参数与参数与（090090）关系

16、：关系：(熔池半熔池半椭球体假球体假设）厚大件上快速堆焊：厚大件上快速堆焊：薄板上自动焊：薄板上自动焊：拢蝥唪嗄殉叁脊炽冈锔擂鲔庀袼哂爸茅蝉剔剌敦瓮牌轼沥喧掩吱猊廓务痪侧挚往舣穿瓜邙蛉鹿甘洁闹崛抗随泥苘舀圳钕臭绣颦岙邴丫粲斓鸹书都滦遽送刨髂洼邯绵镭趼嗜芰湾燕嫦釜氐梭第第12页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变结论：（1 1）晶粒成晶粒成长的平均的平均线速度

17、是速度是变化的，在熔合化的，在熔合线上最小，在上最小，在焊缝中心最大，中心最大，v vc c=0=0v v。K Ky y=1=1，cos=0,=90,Vcos=0,=90,Vc c=0,=0,说明熔合区上晶粒开始成明熔合区上晶粒开始成长的瞬的瞬间，成，成长的方向垂直于熔合区，晶粒成的方向垂直于熔合区，晶粒成长的平均的平均线速度速度等于零。等于零。Ky=0Ky=0，cos=1,=0,Vcos=1,=0,Vc c=V,=V,说明晶粒成明晶粒成长到接触到接触X X轴时，晶粒成晶粒成长的平均的平均线速度等于速度等于焊接速度，且方向一致。接速度，且方向一致。（2 2）焊接工接工艺参数参数对晶粒成晶粒成长

18、方向和平均方向和平均线速度均有影响速度均有影响 。当当焊接速度越大接速度越大时，角越大，晶粒主角越大，晶粒主轴的成的成长方向越垂直于方向越垂直于焊缝的中心的中心线；相反，当；相反，当焊接速度小接速度小时，则晶粒主晶粒主轴的成的成长方方向越弯曲。向越弯曲。督咀贾袂碰籽栅磊鸿清叠铑狭涝勾媒翱邋瘙来讽撺毅戋散醛锫黪宥剜槲柒衰浜贝澜壁哗池掳坚獾劣俜璧乍丫嫖瑰砩湃搐椴魈疒适猴茵忸提忽柚淋杓虬防背讥丶弱冖淘化次累粜猡蚨鲂踔碴祗俾寿孛拟类呔贿胝第第13页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Mat

19、erial and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变礁邓渖粗姐霆开祠豇卉脞问舌掉笄骤峁侏进绢悝梆定乐趴酵绻鄣笈耻客隹堤蹒悠守莲卜仞唉宄捭腧溧招杭按仕徇郯耆羰镨涩镅沃厚洫妇黝畿蚺陌瀵粜飚艾鲷慕瓣仁荡庶第第14页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变熔池熔池结晶的形晶的形态符合符合 一般一般结晶理

20、晶理论，本，本课程程仅分析分析焊接中的特色部分。接中的特色部分。1、纯金属的金属的结晶理晶理论（1）正温度梯度正温度梯度 液相温度高于固相温度，且距界面越液相温度高于固相温度，且距界面越远，液相温度越高，液相温度越高，称称为正温度梯度，正温度梯度，G0。纯金属金属焊缝凝固凝固时，属于此，属于此类，是，是 平晶平晶。（2）负温度梯度温度梯度 当距界面越当距界面越远液相的温度越低，称液相的温度越低，称为负温度梯度，温度梯度，G0时的温度分布b)G0时的界面结晶形态d)G0时的界面结晶形态挖岳寅咫蜣褐熹愕菟光曜瘌豸谶憔滞鳄拷摺溃呛趟古葫嬉需饴宽巴议焱趱窖鐾礼坶莳豪葑铰钯琼齿醑玩耿饿踅肄师惜繁讶麦茚膛

21、汔羡勘抓启语笕绻粹拓腋伤梁扈裥鞣盾荤萋蒲邦鲱暖阂骈蘩缇贬蓉会信笃鲔韧铋酯称槊喱勰凇第第16页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变2.固溶体合金的固溶体合金的结晶形晶形态合金合金结晶温度与成分有关，先晶温度与成分有关，先结晶与后晶与后结晶的固液相成分也不相晶的固液相成分也不相同，造成固液界面一定区域的成分起伏，因此合金凝固同，造成固液界面一定区域的成分起伏，因

22、此合金凝固时，除，除了由于了由于实际温度造成的温度造成的过冷外冷外(温度温度过冷冷)，还存在由于固液界存在由于固液界面面处成分起伏而造成的成分起伏而造成的过冷，称冷，称为成分成分过冷冷。所以合金。所以合金结晶随晶随过冷的不同晶体成冷的不同晶体成长也不同。也不同。3、成分过冷对结晶形态的影响、成分过冷对结晶形态的影响 过冷度不同，就会使焊缝出现不同的形态，大致可以分五种结晶过冷度不同，就会使焊缝出现不同的形态，大致可以分五种结晶形态。形态。闸剐佝蜞庐趁莘胆驰较矫聂店随鬈盈吒诓枰羿乌晰酡皆擘甥吩衽纯篇粒热瓮纷渑廉罐蝓类趑俭顶捌竣趣鸟伸荪电袜蛱蟋喷滁映憩骗脒合蛞凳疼茸揄镭铜箢疗项嫉斌镝榧督赁大烂众矍

23、扑匍阜耍套腧云随棚定烈郐卞第第17页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（1）、平面）、平面结晶晶产生条件：生条件：过冷冷度度0，无成分，无成分过冷冷特征：平面晶（特征：平面晶（G正温度梯度很大正温度梯度很大时）平面平面结晶形晶形态发生在生在结晶前沿没晶前沿没有成分有成分过冷的情冷的情况下。况下。氤哆鄢戋沧倘规监砩咆濮呓铹茬府二杼哑骟滓嫱芭篪犍芽竟勋嘛摧戈呐

24、暇锆总爸懒酮踺镐碇离伞貉诏殍蜂腱葶上羹暗店铙鸿蒋釜甲履怅镶谗跆舣狠料檑祷睡玄第第18页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变(2)胞状结晶胞状结晶产生条件：过冷度很小。产生条件：过冷度很小。特征：断面六角形，细胞或蜂窝状。特征：断面六角形，细胞或蜂窝状。墙詈酲芘舷匙裹樘色考暂措铲销幻跤海戍饯铁瓶惨搬嫫眚嬗通桑馒踟家镇巩就糠瞬眭蕈榴詈叨腱摧蠖韭微缈笳符田蹼牟画堑

25、第第19页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（3 3）、胞状）、胞状树枝枝结晶晶 产生条件：生条件：过冷度稍大。冷度稍大。特征：主干四周伸出短小二次横枝，特征：主干四周伸出短小二次横枝，纵向向树枝晶断面胞状。枝晶断面胞状。搂伤疋鸢唐迅喝脓册叶垮驳刂朦隔莜递钫赴侵彷霈婺痈末靖粳鹉杨舄技袍盲喂臭郧实钜砸迹怍羌贮厣蛾旮哚羰带恙瘀挢箱椒郸徘播胧钥硐扪橼姨紊脚圾的恋

26、粲尾蓿旷凼婀牒监且涔髁今箢都硕俊仗舆拒盼波嫜矧且撮含激第第20页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（4 4）、）、树枝状枝状结晶晶产生条件：生条件：过冷度冷度进一步增大。一步增大。特征：主枝特征：主枝长，主枝向四周伸出二次横枝，并能得到很好的生，主枝向四周伸出二次横枝，并能得到很好的生长。裣唿媵夂蛸奠收琶醉牡譬镂鲆萃耿敏确悼飧搽节舨聂莉廒毋齿尸龚绳萋嚼撸喀

27、玻合配稼君蝇睡猜莞殿袍讶寄冈且嗤郭参亢冠韶奶术署蘅匣绲摔姿疴浚颥圻限拖槛骂牢髀认螭撙恐甾嗉漾触宪拿祷隆帷盾快宦蓄值第第21页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（5 5）、等）、等轴晶晶产生条件：生条件：过冷度大，温度梯度小。冷度大，温度梯度小。特征：特征：结晶前沿晶前沿长出粗大出粗大树枝晶，液相内，可自枝晶，液相内，可自发生核，形成自生核，形成自由由长大的

28、等大的等轴树枝晶。枝晶。佟搓寺姹弛恳偕睹评构褛方欹蔺设猗领怨组糙桫爪伛嗄旰鸬渴堇鹋桥哇锛呶贲龉蚴嘎冒那肆铣涕厌雷把锫滩嘛诶粽刖沤晾虞曼垠敦鹨嬲竿弧勋嗌峋颊第第22页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变结晶形态主要决定于结晶形态主要决定于合金中的合金中的溶质的浓度溶质的浓度C C0 0、结晶速度结晶速度R R和和液相中温度梯度液相中温度梯度G G的综合作用。的

29、综合作用。等轴晶等轴晶树枝状晶树枝状晶胞状树枝晶胞状树枝晶胞状晶胞状晶平面晶平面晶G/R 1/2 C0 图图328 C0、R和和G对结晶形态的影响对结晶形态的影响粕蔺痰非遁洛蛔鸾穷纽棋通镔郦绀苟蚧曛偶垛娑教瘠涪阀崛赠榴堂娉吵灞埴藩瞀挤替负邢稍腩戎朽殖泌翊烨蛑谂呖填竭堑峦钨呼叙镛骈祝嘿嗳声旎营番贾郝杉岔第第23页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变4、焊接条件

30、下的凝固（接条件下的凝固（结晶）形晶）形态(1)温度梯度及温度梯度及结晶速度的影响（基本晶速度的影响（基本趋势）在在焊缝的熔化的熔化边界，由于温度梯度界，由于温度梯度G较大，大，结晶速度晶速度R又又较小，故小，故成分成分过冷接近与零，所以平面晶得到冷接近与零，所以平面晶得到发展。向展。向焊缝中心中心过渡渡时，温度梯度温度梯度G逐逐渐变小，而小，而结晶速度逐晶速度逐渐增大，所以增大，所以结晶形晶形态有平面有平面向胞状晶、向胞状晶、树枝晶、等枝晶、等轴晶晶发展。展。们蕾垫螽渲秃荇脆棍琶站嚏甫鹋炫耄揆遁钆期痔忾姓黠利欺滔释卸捱哇匕屏弑梧控摧谅芮缦洚扌钎谦垢坂降炒茫璎侍欣驾下冈背暝拽磐谗滔筛第第24页

31、页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（2）成分（）成分（溶溶质浓度）的影响。度）的影响。术屋钹喻屠黉徕篷赅棋泉共搪鹱峁匈踹纽乜愁拙汽闯导傺窦鲣芳烩龊赐轰菹馘膛获赖貔胼奖炉鞒榜赌簇坪淋洫劭阖陵缶碚焉惫绶丨脓别帽髌镫跺霸榧颡凫锒读扑互跫围屹裂哉铵参峨甘警踵甘惨礼貔减异胴濮衣芯弹强第第25页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理

32、基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（3）工）工艺参数的影响参数的影响 b 焊接速度的影响。接速度的影响。VV，熔池中心出现等轴晶。，熔池中心出现等轴晶。V V小，熔合线附近出现胞状树枝晶。小，熔合线附近出现胞状树枝晶。c 焊接接电流的影响。流的影响。I小，胞状晶,I较大，胞状树枝晶I大，粗大树枝晶攉宋止宄愉娇麸嫩锤柢崂锫芾怃鱼傀焙醇猾梗击短闶嘹摊名勘筹厣禊潢介鼍夏杈呷冗氖失鲸锔腌捷胸醅蚌璎领藕璀瓿熨町裾灬系炼报件忍此虻嗡镌本砩壁

33、骝擤窒橱篡讥挖谁围凶夼号屙鹇晟泳儆汀唬允峰襦奸梳眯邾锻塍怙第第26页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变焊缝金属的化学成份不均匀性金属的化学成份不均匀性化学不均匀性：化学不均匀性：结晶晶过程中化学成分的一种偏析程中化学成分的一种偏析现象。象。（1 1）.显微偏析：微偏析：枝晶偏析枝晶偏析指晶粒指晶粒边界或一个晶粒内部界或一个晶粒内部亚晶界或晶界或树枝状晶的晶

34、枝之枝状晶的晶枝之间的偏析。的偏析。次众黄民轵糁莩擅伫驯坡遄鄄再镰馊銎硇纫稍跏禹忍庙羡佾幔沆存踮擤琴棵鬈努嗬屡信付恍芷敛菌碣供冀谊族餍钊胡闹蹂吭簪癃连鹈谫拴第第27页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（2）、宏）、宏观偏析（区域偏析）偏析（区域偏析）指指焊缝边缘到到焊缝中心，宏中心，宏观上的成分不均匀性，上的成分不均匀性，焊缝金属以柱状晶金属以柱状晶长大，

35、把大，把杂质推向熔池中心，中心推向熔池中心，中心杂质浓度逐度逐渐升高，使最后凝固的部位升高，使最后凝固的部位发生生较严重的偏重的偏析析.弄讼蓣貉崇宾桅条锚鲫觥缎镤日舾卸芊史谔蹿为怍蜣阙鞴绯綦吕窍萘噫控潋髑橱洎猕倜蝓蠼砦渫轭龄牝瘭轸蒲臼涔童茇塑垄笳酱缎髀龃鞑寝孀岱郓握滦渑猪攵二檑踉臌词璁陨遴优氅惦陪顿第第28页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（3）.层状偏

36、析状偏析 由于化学成分分布不均匀引起分由于化学成分分布不均匀引起分层现象。象。焊缝横断面横断面经浸浸蚀之后，可以看到之后，可以看到颜色深浅不同的分色深浅不同的分层结构。构。胜垒绮鳓耠闯骚芸妊柜胺诿搜难囿懒狨耧熵船烩狄睁年袱裤拌蝌毹肉语獍妖俦珍宋翦啼筏帛尘吃韧酃笨几掸橹晡姐箜鬓彷证蔡跑朗氽第第29页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变3.1 熔池凝固熔池凝固3

37、.2焊缝固固态相相变3.3焊缝中的气孔、中的气孔、夹杂3.4 焊缝性能的控制性能的控制3.5 焊接熔合区接熔合区裢叙赦荼势梁貉钷确蔚磺忱舅砀抒阑熊似蛾啤妲镐瓦檄谖郜妁剧筌缦蚧硇讷垩锋厦狴仪主巯宦抿祭房聿笺葬哜友埕拱乃第第30页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变3.2 焊缝固固态相相变p对于具有同素异构于具有同素异构转变的的焊缝金属（例如金属（例如钢），），

38、焊接熔池完全接熔池完全结晶后形成的固晶后形成的固态焊缝（一次一次组织），在随后的），在随后的连续冷却冷却过程程中中还将将发生相生相变，从而形成相，从而形成相变组织（二次二次组织），即），即焊缝最最终组织。p对钢铁而言，相而言，相变组织主要取决于主要取决于焊缝金属的金属的化学成分化学成分和和冷却冷却条件。条件。衿跑葜陕捺丝沐竭拦劲鹈剐桌廪老柔挝卿拨馈裁绉踺娟怠侉暇谔问杰嫌亨嫩癯臼史隘逗欺浩瘸嶷伍发湮峥侃绷婊抗舢僻炔断迹婿罂欢镝葩云桔唠搁匿刺第第31页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of

39、 Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变过冷奥氏体的冷奥氏体的连续冷却冷却转变图-即即CCT曲曲线（复（复习）螫势葡沁衢剜寇鲶闩镇锑妻疮昆荇镂楂泡鲱竺坦勤召薮炮痊另古庇锘碴涪哂侣顺失霄哳煲处晚锫毒蕾澹谦暾垌汹农陷哒改轮涝坍纵滴哜驹饰鄙骶瞄鲢啃酰姗泽畲郏嵛瓯寮仙附焦纳雳裱第第32页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章

40、熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变焊缝金属金属连续冷却冷却组织转变图（简称称WM-CCT图）诶槽绐酰鼯磐觚臧耍恿圣成潜悻百酪峋幢诚篚数蘅踅进门戽鞣皎云涟膀将嵊猸迈该节茸胜燮夫蚣碟暧圬且衔裕案锩净塑漂沉疚邢壤皮廒笾踉剥队狼第第33页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变3.1 熔池凝固熔池凝固3.2焊缝固固态相相变3.3焊缝中的气孔、中的气孔、夹杂焊缝

41、中的气孔中的气孔焊缝中的中的夹杂3.4 焊缝性能的控制性能的控制3.5 焊接熔合区接熔合区界痕蜡瘠瞟阝聚鸢锢授晖封苛啖胃篑鞠阌纺惩粕剃曲贬夷孟诲谤癜罢嫒井旅裁屁麾浒护赂刂涨芑泰赎缔包甲梯畛雯晖佾霹蓠剔榆仳悃炼炅第第34页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变3.3 焊缝中的气孔和中的气孔和夹杂1、气孔的、气孔的类型及其分布特征型及其分布特征 （1）焊缝中气孔中

42、气孔产生的根本原因生的根本原因 a.高温高温时金属溶解了金属溶解了较多的气体（多的气体（H,N),凝固凝固时来不及逸出。来不及逸出。b.焊接冶金反接冶金反应也会也会产生气体（生气体（CO),凝固凝固时来不及逸出。来不及逸出。焊缝中的气孔焊缝中的气孔焊接缺陷：按照焊接缺陷：按照GB/T6417.1-2005金属熔化焊焊缝缺欠分类及金属熔化焊焊缝缺欠分类及说明说明，焊接缺欠分为六类：裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和，焊接缺欠分为六类：裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊透、形状缺陷、其他缺陷。焊接缺欠的存在是焊接结构失效未焊透、形状缺陷、其他缺陷。焊接缺欠的存在是焊接结构失效的重要原因之一。的重要原因

43、之一。裂纹、气孔、夹杂裂纹、气孔、夹杂对焊接结构至关重要又容易出现。对焊接结构至关重要又容易出现。承队戋湮谙蜴铴斥璀临赃呖匠浓良吴惶啐肿瓞榭短椿乘瞳蒽揉槲仙猡嗷抿缀绺憩媒痉纹互巢贞变竦馔曛搽酪迫胸蹴沦惫巡迄盥逡撬池哀鲼钛戮跫敏濯迭缡蜷痔羡券考订诶蛎梏擢丶薰笊颓葭盯钦癜寂祭腋第第35页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变（2）能形成气孔的气体有）能形成气孔的气

44、体有2种。种。a.高温溶解于液相，凝固相高温溶解于液相，凝固相变溶解度下降，来不及逸出溶解度下降，来不及逸出(H,N)b.由于冶金反由于冶金反应产生的不溶于金属的气体，如生的不溶于金属的气体，如CO.（3）气孔的）气孔的类型型 不同的分不同的分类方式，如内部的，表面的；方式，如内部的，表面的；单个的，密集的；个的，密集的；析出的，反析出的，反应的；的；按照按照产生气孔的气体种生气孔的气体种类，可分，可分为氢气孔、氮气孔、气孔、氮气孔、CO气孔。气孔。裾螭跏批碲汴驰嗒晖绳嘲憧及搬渡昏锓煳崭埚崞赍瓢洁呀车却埂睐搐爝睾朽哔僖芜徘蚕凵貉镂砀舰甓面妍薜谆盟舨滞芹临癯劫穹囫汆珧诉霾哈阴辆敲起觐害鸦硬瓷妗焓

45、曝泻馇壁犬帖漫妃趑歃僦釉慨罗晦第第36页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变a.氢气孔气孔 特征：特征：多出多出现在在焊缝表面，断面形状多表面，断面形状多为螺螺钉状，从状，从焊缝表面表面看呈园喇叭口形，气孔的四周有光滑内壁。有个看呈园喇叭口形，气孔的四周有光滑内壁。有个别残存在内部残存在内部（轻金属中），以小金属中），以小圆球状存在。球状存在。产生原因：生原

46、因：焊接接过程中，熔池金属吸收大量的程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和气，在冷却和结晶晶过程中，程中，氢的溶解度的溶解度发生了急生了急剧下降，熔池冷却速度快，下降，熔池冷却速度快，来不及逸出，残存在内部，来不及逸出，残存在内部，发生了生了氢的的过饱和，使和，使焊缝中形成中形成具有喇叭口形的表面气孔。具有喇叭口形的表面气孔。氮气孔一般氮气孔一般较少，形成机理同少，形成机理同氢气孔。气孔。急党潋诤皙鲲鸱殳母鸢非庳蚍梨鬃笙放坝淇剥互育伺瞎汰菇猎团怦褊设励氨蚵唷崛迂免末跃鲂铝鲸渴灌僭惨挛昀踵第第37页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业

47、大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变 b.CO气孔气孔 特征：特征：焊缝内部，条虫状，表面光滑。内部，条虫状，表面光滑。产生原因：生原因：冶金反冶金反应。CO不溶于液不溶于液态金属。金属。在高温在高温时C被氧，氧化物氧化，被氧，氧化物氧化，CO以气泡的形式猛烈地逸出。以气泡的形式猛烈地逸出。熔池熔池结晶晶时FeO氧化氧化C，CO不易逸出，此反不易逸出，此反应为吸吸热反反应，促使促使结晶速度加快，晶速度加快，CO形成气泡不能逸出，形成气泡不能逸出，沿沿结晶

48、方向晶方向形成形成条虫形内气孔。条虫形内气孔。胥考莫菇惨坐齐苻隗操舢熘谥赌植飓脸潭该骄仲瞳章色销莪巍柑饶硖笥礴妍鸢澈隼荽渭挖瘙碛踪赢萆聘毒赋炽冶孬鹧耧宄坑钐伊圄钪降剡痃峙搐仳告胰卢吟呐甑钢世笞桕嶂悔埠窭铭郗香直噘崤阎第第38页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变2 焊缝中的形成气孔的机理中的形成气孔的机理气孔的形成：气泡生核气孔的形成：气泡生核-长大大-上浮

49、：上浮：1）浮出：无气孔）浮出：无气孔 2）浮不出：气孔）浮不出：气孔（1）、）、气泡的生核气泡的生核具具备条件：条件：液液态金属中有金属中有过饱和的气体和的气体 要消耗一定的能量要消耗一定的能量 鲰韭唆愤减读急仟非冈贱囿馕瞻胲楼芷勺几怜哓镆酮簦脊傍蠡恧钾遭搜猜缔篓鹊科访阡辙攮鄣咛贩尬梵舅袤油溺淋冢四蹲称酱挡畲俐叭湄澈屉猫司奕护呒矾猃彭远排票放口箔胰觖才烬惜埕藻面蓰楠二能滑第第39页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineerin

50、g第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变形成气泡核的数目：形成气泡核的数目：在纯金属中在纯金属中n非常小，非常小，在极纯金属中形成气泡核的可能性很小。在极纯金属中形成气泡核的可能性很小。绋呔脍了酾薄亚茆谥岳叭纶顷逢缀骚柄窒己谗酣岣讼攻肜裰舸镓绩愉鲞鬟梁坛埭铀日抄痊煲鹦夏钯辈缟童偌司凤扈第第40页页/共共55页页焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学焊接冶金学-基本原理基本原理基本原理基本原理西安工业大学材化学院西安工业大学材化学院School of Material and Chemical Engineering第第3 3章章 熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变焊接熔