第五章金属熔化焊过程第五章金属熔化焊过程————金属结晶金属结晶冶金机械系冶金机械系..李梅李梅www.themegallery.com焊缝金属从高温的液体状态冷却至常温的固体状态经历了两次结晶过程：焊缝金属从高温的液体状态冷却至常温的固体状态经历了两次结晶过程：1.从液相转变为固相的一次结晶2.在固相焊缝金属中出现同素异构转变的二次结晶www.themegallery.com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称为焊缝金属的一次结晶。www.themegallery.com一、焊缝金属的一次结晶一、焊缝金属的一次结晶一次结晶过程：形核自发形核、非自发形核长大www.themegallery.com•晶核的长大www.themegallery.comwww.themegallery.com1.熔池体积小、冷却速度大。2.熔池中的金属处于过热状态。3.溶池在运动状态下结晶。一次结晶特殊性焊接熔池一次结晶的特点和形态产生淬硬、粒状晶等组织①金属烧损严重②非自发形核少随热源移动，熔化和凝固同时进行，搅拌作用有利于得到性能好的焊缝www.themegallery.com2.纯金属的结晶形态①正的温度梯度：平面晶，生长缓慢（主要）②负的温度梯度：生长速度快，除主轴外，还有分枝，生成树枝晶（较少）81.分类结晶形态的不同，是由于金属的纯度和散热条件的不同所致。等轴晶（树枝晶）树枝晶晶胞平面晶柱状晶形态熔池结晶的形态www.themegallery.com平面晶，高纯度的金属www.themegallery.com胞状晶www.themegallery.com胞状树枝结晶www.themegallery.com树枝状结晶www.themegallery.com液相的内部形成的树枝晶→等轴晶www.themegallery.com焊缝树枝状晶熔合区混晶熔合区混晶HAZ粗晶HAZ细晶www.themegallery.com4.实际焊缝凝固金属的组织形态4.实际焊缝凝固金属的组织形态实际焊缝凝固金属的组织形态不一定具有上述全部结晶形态，一般来说由柱状晶和少量等轴晶构成。柱状晶内：平面晶、胞状晶、树枝状晶等轴晶内：树枝晶柱状晶+少量等轴晶www.themegallery.com16例1：焊条电弧焊接凝固组织Q235、14MnMoNbB钢www.themegallery.com17例2：埋弧焊接凝固组织Q235A钢www.themegallery.com改改善善措措施施工艺措施工艺措施冶金措施冶金措施提高冷却速度提高冷却速度采用多层焊采用多层焊振动结晶振动结晶加入变质剂加入变质剂加入能够细化加入能够细化晶粒的元素晶粒的元素改善一次结晶组织措施www.themegallery.com三、焊缝结晶过程中的偏析1.偏析的定义焊缝金属中化学成分分布不均匀的现象称为偏析2.偏析的产生时间主要产生在一次结晶时3.偏析的影响1）偏析的化学成分分布不均导致性能改变。2）产生裂纹、气孔、夹杂物等焊接缺陷www.themegallery.com4.偏析的分类1）显微偏析熔池一次结晶时，最先结晶的结晶中心金属最纯，后结晶部分含其它合金元素和杂质略高，最后结晶部分，即结晶的外端和前缘所含其它合金元素和杂质最高。在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分分布不均匀现象称为显微偏析。www.themegallery.com4.偏析的分类1）显微偏析2）区域偏析熔池一次结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，会把杂质“赶”向熔池中心，使熔池中心的杂质含量比其它部位多，这种现象称为区域偏析。焊缝的断面形状对区域偏析的分布影响很大。窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在其焊缝的中心，因此焊缝中心聚集有较多的杂质，见图1a。这种焊缝在其中心部位极易产生热裂纹。宽而浅的焊缝，杂质则聚集在焊缝的上部，见图1b，这种焊缝具有较高的抗热裂能力www.themegallery.comwww.themegallery.com4.偏析的分类1）显微偏析2）区域偏析3）层状偏析熔池在一次结晶的过程中，要不断地放出结晶潜热，当结晶潜热达到一定数值时，熔池的结晶就出现暂时的停顿。以后随着熔池的散热，结晶又重新开始，形成周期性的结晶，伴随着出现结晶前沿液体金属中杂质浓度的周期变动，产生周期性的偏析称为层状偏析。层状偏析集中了一些有害元素，因此缺陷往往出现在层状偏析中。由层状偏析所造成的气孔（如下图）。www.themegallery.comwww.themegallery.com四、焊缝金属的二次结晶1.定义：一次结晶结束后,熔池就转变为固体的焊缝。高温的焊缝金属冷却到室...
