焊接熔池的凝固.wps
《焊接熔池的凝固.wps》由会员分享,可在线阅读,更多相关《焊接熔池的凝固.wps(29页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、焊接熔池的凝固1熔池的结晶特殊性1熔池体积小,冷却速度大手工电弧焊V=2-10cm3 Vmax=30 cm3重量最大为100g铸锭: 几吨几十吨焊泠=4100/s 铸= (3150)10-4 C/S焊接冷却速度比铸件冷却速度大10000 倍左右,由于体积小,冷却速度快,对含碳量高的合金钢易产生淬硬组织,裂纹,熔池中心与边缘有较大的温度梯度,焊缝中柱状晶长大,焊缝中没有等轴晶。2、 过热度大熔池温度溶滴 2300200铸件浇铸温度1500过热度大,烧损合金元素,如自发晶核的质点减少,柱状晶长大。3熔池在运动中结晶熔池前部金属熔化,后部金属结晶。在焊接过程理论鲍戈金阿历克谢夫著中有这样论述焊接熔池
2、所特有的金属结晶过程,与铸锭的金属结晶过程不同之处有下述各点。1.焊接熔池即受焊接火焰的加热作用,同时又受到固体1001770t金属的冷却作用;2.焊接熔池的液体金属为加热到不同温度的固体金属所包围。焊接熔池侧壁的焊件金属加热的程度比熔池后壁焊缝金属的加热程度小。3.焊缝金属的平均结晶速度等于熔池的移动速度,也就是等于焊接速度。2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。从金属学的结晶理论可知:金属的结晶过程必须是液态金属的温度降低到
3、“理论结晶温度”以下才能进行。液态金属缓慢冷却时,当温度降到某一点便开始结晶,直到全部结晶成固态金属为止。在缓慢冷却条件下,结晶时由于放出“结晶潜热”,补偿了热的损失,所以在冷却曲线上便出现了一个水平台,平台对应的温度即为纯金属的“理论结晶温度”T。在实际生产中,总是具有一定的冷却速度,有时甚至很大,在这种情况下,纯金属的结晶过程在一定的温度过冷下才能进行。 T1低于 T0过冷度,冷却速度越大,则所测得的实际结晶温度越低,过冷度越大。从图中还可以看出,液态金属座结晶开始到结晶完了是需要一定时间,这就体金属中产生一批晶核,然后这些晶核就吸附周围液体中的原子面成长,同时,还会有新的晶核不断从液体金
4、属中产生,长大,直到全部液体都转变为固体,最后形成由许多外形不规则的晶粒所组成的多晶体。结晶过程就是由晶核的产生和成长两个基本过程所组成。1、 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:新相与液相间的表面张力系数。Fr:单位体积内液固两相自由能之23316FrEr差。2) 非自发形核?:非自发晶核的浸润角见图 3-3=0 EK=0液相中早有悬浮的质点或现成表面。它们本身就是晶核。当 =180,EK= EK自发晶核 =0180时,EK/ EK=01 说明非自发形核所需能量小于自发晶核。 角的大小决定新相晶核与现成表面之间的表面张
5、力。若新核与液相中厚有现成表面固体粒子的晶体结构越相似表面张力越小, 越小,4coscos32 316323 rFkEEK越小。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”。2成长原子由液相不断地向固相转移,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。晶粒长大要具有一定结晶位向,在焊缝边界,作为晶核基底的母材晶粒是各向异性的,即结晶位向不同,因此在某一个方向上晶粒最易长大;晶核的成长是一个原子厚度从液相中吸收原
6、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。 Fe、 Cr、 Cu、 Ni 点阵,立方结晶有利位向(1、 0、 0)散热最快方向,垂直等温面、 等温线的结晶位向与散热最快的方向一致,晶粒最易长大,与熔池结晶等温面相垂直的方向,也就是最大温度梯度的方向。焊接时非自发晶核依附在半熔化母材晶粒表面上,以柱状晶的形态不断成长,形成联生结晶。所谓联生结晶是指依附在半熔化的母材表面,成长成与母材具有共同晶粒的现象,也称交互结晶。可见金相照片。3熔池结晶线速度任意晶粒主轴在任一点A 成长的平均线速度方向是A 的切condxds*vconvconcdtdx dtds线(SS 线)此方向与X
7、轴交角为 ,在 dt 时间内AB移动 dx 距离,晶粒主轴由 A 成长到 C,若 dx很小,则可把AC=AC?同时认为ABC为直角,见图 3-8,令AC=ds,则同除 dt 则 厚大焊件的表面上快速冷却时:热扩散率 (cm2/s)vc : 晶粒成长的平均速度v : 焊速 : v0和 vc的夹角212 222 2211KKKK TaqYYMAcon2122121cos yykkTmhqA薄板上自动焊接1晶粒成长的平均线速度是变化的y=0B 时Ky=1 熔合线处 =90Ky=1 v0=0晶粒在区上刚成长瞬时,成长方向垂直于熔合区,平均线速度为0.=0 Vc=V 焊道中心处,焊速即是晶粒平均线速度。
8、=090 Vc=V0 即,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0cos1cos当焊速大时, 则 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。4金属的微观结晶形态(一)纯金属的结晶形态纯金属指不含杂质的理想情况,此时金属是在一个确定的温度下结晶的,结晶时,固相和液相成分相同。 G0 时 G-温度梯度(正的温度梯度)液相温度低于固相温度,过冷度小,结晶缓慢,形成平面晶。如图3-16a、b。 G0,结晶界面呈平面型。2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。胞状结晶发生
9、在具有很小的浓度过冷的条件下,平面晶处于不稳定状态,时而产生实起部分,有于存在着过冷度,凸起就更迅速的向前伸长,但由于浓度过冷很小,达到一凸起程度时,凸起部分迅速析出结晶潜热,提高了附近液体的温度,改变了温度梯度,同时界面溶质浓度发生了变化,使浓度过冷消失,凸起部分不再继续凸起,处于一种稳定的胞状界面状态。见图3-20。3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。见图 3-224树枝状结晶:产生条件:过冷度较大。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。由于浓度过冷范围大,在一个晶粒内生长出一个很长的主干,同时主干向横向排出溶质,横向
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 焊接 熔池 凝固
限制150内