第四章焊接接头的组织和性能 上海文通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY
第四章 焊接接头的组织和性能
内容提纲 熔池的凝固 2 焊缝的偏析 3 焊接接头组织 4 接头组织调控
内容提纲 Page . 2 1 熔池的凝固 2 焊缝的偏析 3 焊接接头组织 4 接头组织调控
1.熔池的凝固 焊接方向 随着温度下降，焊缝金属发生由液态转 熔渣 电弧 变为固态的凝固过程，并在继续冷却中发 生固态相变。熔池的凝固与焊缝的固态相 焊缝 熔池 变决定了焊缝金属的晶体结构、组织和性 母材 熔合线 能。 熔池的凝固过程 >焊缝金属的一次结晶：焊缝金属由液态转变为固态的凝固过程；即 焊缝金属晶体结构的形成过程。 >焊缝金属的二次结晶：焊缝金属的固态相变过程；组织取决于焊缝 金属的化学成份和冷却速度
1. 熔池的凝固 随着温度下降，焊缝金属发生由液态转 变为固态的凝固过程，并在继续冷却中发 生固态相变。熔池的凝固与焊缝的固态相 变决定了焊缝金属的晶体结构、组织和性 能。 焊缝金属的一次结晶：焊缝金属由液态转变为固态的凝固过程；即 焊缝金属晶体结构的形成过程。 焊缝金属的二次结晶：焊缝金属的固态相变过程；组织取决于焊缝 金属的化学成份和冷却速度
1.1熔池凝固的特点 熔池体积小，冷却速度大：平均冷却速度4~100℃/s,比铸锭大几 百到上万倍； 2 熔池中液态金属处于过热状态：合金元素烧损严重，形核质点减 少，促使焊缝得到柱状晶： 3 熔池是在运动状态下结晶：熔池运动，有利于气孔、夹杂排出， 提高焊缝质量。 熔池内存在温度梯度：熔池各处的粘度不同，电弧吹力的机械搅 拌作用在熔池的各部位大小不同，因此靠近熔合线处的焊缝金属 与熔池中心的焊缝金属成分存在差异，且熔池的熔合线作为熔池 结晶的非自发形核核心
1.1 熔池凝固的特点 ① 熔池体积小,冷却速度大：平均冷却速度4100℃/s,比铸锭大几 百到上万倍； ② 熔池中液态金属处于过热状态：合金元素烧损严重，形核质点减 少，促使焊缝得到柱状晶； ③ 熔池是在运动状态下结晶：熔池运动，有利于气孔、夹杂排出， 提高焊缝质量。 ④ 熔池内存在温度梯度：熔池各处的粘度不同，电弧吹力的机械搅 拌作用在熔池的各部位大小不同，因此靠近熔合线处的焊缝金属 与熔池中心的焊缝金属成分存在差异，且熔池的熔合线作为熔池 结晶的非自发形核核心
1.2熔池的凝固过程 (a)开始结晶 (b)晶体长大 熔池结晶：晶核产生和晶核长大 晶核产生：自发形核和非自发形核 ·自发形核（次要）：合金元素或杂质质点； (c)柱状结晶 (d)结晶结束 ·非自发形核（主要)：熔化区附近半熔化状态的基体金属的晶粒表面形核 熔合区 熔池晶体的生长方向：朝着与散热方向相反的方向长大，当 晶体的长大方向与散热最快方向一致时，此方向的晶体长大 焊缝 母材 最快。熔池的散热方向是垂直于熔合线的方向指向金属内部， 故晶体的成长方向垂直于熔合线指向熔池中心，形成柱状晶。 焊缝金属的一次结晶：从熔合线附近开始形核，以联生结晶 的形式呈柱状向熔池中心长大，得到柱状晶组织
1. 2 熔池的凝固过程 熔池结晶：晶核产生和晶核长大 晶核产生：自发形核和非自发形核 ▪ 自发形核（次要）：合金元素或杂质质点； ▪ 非自发形核（主要）：熔化区附近半熔化状态的基体金属的晶粒表面形核 熔池晶体的生长方向：朝着与散热方向相反的方向长大，当 晶体的长大方向与散热最快方向一致时，此方向的晶体长大 最快。熔池的散热方向是垂直于熔合线的方向指向金属内部， 故晶体的成长方向垂直于熔合线指向熔池中心，形成柱状晶。 焊缝金属的一次结晶：从熔合线附近开始形核，以联生结晶 的形式呈柱状向熔池中心长大，得到柱状晶组织