第三章-熔池凝固和焊缝固态相变.ppt
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1、第三章 熔池凝固和焊缝固态相变第三章第三章熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固和焊缝固态相变1第三章 熔池凝固和焊缝固态相变第四节 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第三章-熔池凝固和焊缝熔池凝固和焊缝 固态相变固态相变2第三章 熔池凝固和焊缝固态相变重点内容重点内容1 1、熔池凝固条件和特点及一般规律、熔池凝固条件和特点及一般规律2 2、各钢种焊缝的固态相变组织的转变各钢种焊缝的固态相变组织的转变3 3、焊缝中的气孔和夹杂问题、焊缝中的气孔和夹杂问题4 4、焊缝性能问题讨论、焊缝性能问题讨论3第三章 熔池凝固和焊缝固态相变第一节第一节 熔池凝固熔池凝
2、固一、熔池的凝固条件和特点一、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 4第三章 熔池凝固和焊缝固态相变二、熔池结晶的一般规律二、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。5第三章 熔池凝固和焊缝固态相变1.1.生核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)1)自发晶核自发晶核 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
3、体积内液固两相自由能之差。6第三章 熔池凝固和焊缝固态相变2)2)非自发形核非自发形核:非自发晶核的浸润角=0 EK=07第三章 熔池凝固和焊缝固态相变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”。8第三章 熔池凝固和焊缝固态相变2 2成长成长 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。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
4、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。9第三章 熔池凝固和焊缝固态相变 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。这种依附于母依附于母材晶粒现成表面而形成材晶粒现成表面而形成共同晶粒的凝固方式,共同晶粒的凝固方式,称为外延结晶或联生结称为外延结晶或联生结晶晶。10第三章 熔池凝固和焊缝固态相变三、熔池结晶线速度三、熔池结晶线速度 11第三章 熔池凝固和焊缝固态相变在厚大焊件的表面上快速堆焊 :热扩散率 (cm2/s)vc:晶粒成长的平均速度 v:焊速 :v0和
5、vc的夹角 薄板上自动焊接12第三章 熔池凝固和焊缝固态相变1 1、晶粒成长的平均线速度是变化的、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 2、焊接规范的影响焊接规范的影响 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。13第三章 熔池凝固和焊缝固态相变14第三章 熔池凝固和焊缝固态相变四、金属的微观结晶形态四、金属的微观结晶形态(一)纯金属的结晶形态(一)纯金属的结晶形态 G0时 G-温度梯度(正的温度梯度)液相温度高于固相温度.过冷度小,结晶缓慢,形成平面晶
6、。G0时的温度分布b)G0时的界面结晶形态d)GP0PhPH2+PN2+PCO+.P0Pa+Pm+Ps+78第三章 熔池凝固和焊缝固态相变即气泡长大的条件为 气泡形成初期,r很小,附加压Pc则很大,气泡很难形成。焊接时,由于熔池内存在着很多现成表面,如柱状晶粒和液态金属相接触的地方形成,这些地方由于界面张力的作用,气泡不成园形,可以得到较大的曲率半径r使Pc减小。79第三章 熔池凝固和焊缝固态相变3 3、气泡上浮、气泡上浮 1)气泡核脱离表面主要与气泡-液体金属-现成表面界面张力及接触角有关平衡时:当90,有利于气泡上浮,气泡形成的快,完全脱离现成表面。当90,由于形成细颈过程需要时间,若结晶
7、速度气泡脱离现成表面的速度,就会形成气孔 80第三章 熔池凝固和焊缝固态相变2)结晶速度:v较小时,气泡有充分时间逸出,无气孔,气泡易上浮;v大时,气泡上浮时间短,可能残余在焊缝内部。3)气泡上浮速度:当r,v易浮出液体金属密度越大,v不易形成气孔81第三章 熔池凝固和焊缝固态相变(三)影响生成气孔的因素及防(三)影响生成气孔的因素及防止措施止措施 冶金因素、工艺因素二个方面讨论。1、冶金因素的影响 1)熔渣与弧柱气氛的氧化性熔渣氧化性增大时,COH2 C0为31.3610-4%时,酸性焊条还未出现气孔,为27.3010-4时,碱性焊条就出现更多的气孔。82第三章 熔池凝固和焊缝固态相变2)熔
8、渣成分影响 氟化钙脱氢机理氧化物脱氢机理酸性焊条脱氢是靠较强氧化物.碱性焊条脱氢是靠碳酸盐分解,产生较强氧化性.OH氟化物脱氢83第三章 熔池凝固和焊缝固态相变3)铁锈及水份的影响3Fe2O3=2 Fe3O4+O2 Fe3O4+H2O=3 Fe2O3+H2Fe+H2O=FeO+H284第三章 熔池凝固和焊缝固态相变2、工艺因素影响 1)焊接规范的影响 电流,熔池存在时间,气体外逸;熔滴尺寸,比表面积,易产生气孔熔深,不易使气体逸出焊条电阻热,药皮提前脱落,易产生气孔.电压,N气孔;焊速,气孔增加.85第三章 熔池凝固和焊缝固态相变2 2)电流种类及极性)电流种类及极性 3.3.工艺操作工艺操作
9、 直流反接,气孔小(溶滴为正)直流正接,气孔多(溶滴为阴极收)交流焊接比直流焊接的气孔倾向较大焊件去油、锈;烘干焊条;短弧焊86第三章 熔池凝固和焊缝固态相变二、焊缝夹杂二、焊缝夹杂 一、一、焊缝夹杂焊缝夹杂 焊缝或母材中有夹杂物存在时,不仅降低焊缝金属的韧性,增强低温脆性,同时也增加了热裂纹和层状撕裂的倾向。87第三章 熔池凝固和焊缝固态相变焊缝中夹杂物的种类:1、氧化物SiO2、MnO、TiO2、Al2O3等,一般多以硅酸盐的形式存在,如果密集的以块状或片状分布时,在焊缝中会引起 热裂纹,在母材中也易引起层状撕裂。2、氮化物Fe4N 脆硬相,使焊缝的硬度塑性、韧性,一般很少出现,只有在保护
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