2-9横焊 结晶
p91p92焊后热处理
整圈环形加热
三通
加热器3必须使用履带式加热器，其余不要求，保温材料 覆盖焊缝及其热影响区区域。
安置加热器的操作规定 a) 任何情况下，加热器不能重叠、交叉，且金属材料不得与加热 丝相碰。 b) 加热器与管壁应紧密接触，且不得有扭结或不平整情况。 c) 加热器的绝缘材料应完好无损。
包扎和功率计算
P91/P92钢马氏体转变温度
焊后热处理是为了降低焊接接头的残余应力，改 善焊缝金属的组织和性能。一般为高温回火。高合 金钢焊后热处理必须采用远红外加热或中频感应加 热方式进行。 对于小口径薄壁管（δ ＜12mm）允许降至室温 及时进行热处理。 大口径管焊接完成后，必须进行马氏体转变， 即先冷却到以下温度，恒温2h后再进行焊后热处理。 马氏体转变温度： SA335P91： 100~120℃ SA335P92： 80~100℃。
热电偶距坡口边缘的距离
预热温度的保持和后热
当氩弧焊结束后应立即进行升温，当温度达到电焊层预 热温度（200～250℃）后，方可进行电焊层的填充。
焊接中断后温度的保持
T91、T92管道焊接要求在当天完成 P91、P92管道原则上要求连续焊接完成，当焊接中断后，焊 缝温度必须保持在200～250℃直至下次焊接开始。 后热处理一般不进行。但焊接中断或焊后不能及时进行 热处理时，必须进行后热处理。后热处理温度为300～350℃， 恒温时间不小于2h，确保扩散氢的充分逸出。后热处理，应 在马氏体转变结束后进行。
保温材料的包扎 保温材料厚度≥50mm，根据温度梯度的分布及传导情况，基 本上为上部到下部，从薄件往厚件，逐渐加厚，且包扎紧密、 牢固。例如直立三通，直立管上保温材料短而薄，水平管上 从上到下逐渐加长加厚。（厚、薄为相对比较而言） 加热器功率和数量的确定： 根据加热面积计算加热器功率 加热面积＝3.14×管子外径×加热宽度 加热器功率＝3.14×管子外径×加热宽度×加热器单位面积 功率 加热器数量＝加热器功率÷每块加热器的功率 其中：1）15kw履带加热器加热面积约为0.29m2；10kw履带 加热器加热面积约为0.22m2； 2)小口径哈夫加热器功率按照10kw/套计算。
破译LNG储罐中的9镍钢焊接
破译LNG储罐中的9%镍钢焊接作者：史仁明文章来源：现代制造网点击数：27 更新时间：2009-11-69%镍钢具有良好的机械性能，但也具有容易磁化的特性，如何采用有效的焊接方法避免焊接缺陷的发生，对于保证9%镍钢LNG储罐的安全和可靠具有十分重要的意义。
采用有效的焊接方法，对于保证9%镍钢LNG储罐的安全和可靠至关重要。
-196℃的工作温度对母材和焊接材料的机械性能提出了很高的要求，而最佳的效果取决于根据经验所选择的合适的焊接材料、焊接方法以及正确的焊前准备。
西班牙CARTAGENA10.5万m3储罐的焊接是现代LNG储罐建设的一个实例：几家欧洲公司都参与了储罐的建设，包括西班牙的AGROMAN、英国的WHESSOE、意大利的TANCO和德国UTP。
这个LNG储罐包含一个混凝土的外罐和一个9%镍钢的内罐, 从顶部较薄的板开始焊接，直到底部较厚板的焊接（这种施工技术由RODOVERKEN AB公司开发）。
9%镍钢及焊接材料LNG储罐的内罐钢材采用合金钢板(材料号：1.5662, ASTM A353, A553, EN10028-4 X8Ni9)，这种合金具有非常好的机械性能，尤其是在极端低温下的机械性能, 比如在-196℃时的冲击性能大于41J。
在焊接过程中，必须保持这些性能。
采用铁基或镍基焊接材料都能满足要求（如表3），当然也可以采用其它的镍基焊接材料，这取决于储罐安装的技术规格。
1.焊接工艺及方法最常用的LNG储罐焊接方法是手工电弧焊(SMAW)和埋弧自动焊(SAW)。
手工电弧焊和埋弧自动焊各有其特点：手工电弧焊能适用于各种位置焊接，但效率较低；埋弧自动焊具有很高的熔敷效率，但只能适用平焊和横焊位置。
采用正确的焊接方法、焊接材料和焊接规范参数，可以获得满意的焊接结果，UTP在过去的施工中积累了大量这方面的经验。
1）手工电弧焊在LNG储罐的焊接中，最常用的手工电弧焊条是AWS ENiCrMo-6，如UTP Soudonel D.ENiCrMo-6。
张世伟---焊缝结晶过程
1、定义：高温的焊缝金属冷却至室温，要经过 一系列的相变过程，这种固态的相变过程称为焊 缝金属的二次结晶。 2、影响二次结晶的因素： 冷却速度 化学成分和热处理的工艺
3、改善二次结晶的工艺措施
预热、保温、后热处理 控制层间温度
摆动焊接
长弧焊接
多层多道焊和单道焊
跟踪回火处理 焊后热处理 （高温回火、正火和 消除应力退火）
第五章 金属熔化焊过程
§5-3 焊缝结晶过程
新乡职业技术学院
张世伟
复 习 提 问
★焊接化学冶金反应的任务是什么？ 答：保护焊接区 除去焊缝中的杂质 焊缝金属的渗合金
讲 课 内 容
偏析 夹杂物
问题一：焊缝的一次结晶 状态的改变
问题二:焊缝的二次结晶 同素异构转变
一、焊缝金属的一次结晶
3、分 类
显微偏析（晶内偏析和晶间偏析）
区域偏析
层状偏析
三、焊缝中的夹杂物
1、定义：熔池在结晶过程中由于冷却速度较快，而 使一些非金属夹杂物来不及浮出至熔池表面，而残留 在焊、氧化锰等；
另一类是硫化物，如硫化锰、硫化亚铁等。
四、焊缝金属的二次结晶
1、定义：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。
结合左边图示资料思 考一下焊缝结晶是从 什么地方开始的？又 向什么方向生长的？
2.熔池结晶过程：
形 核
晶核长大
晶核长大 结晶后期 结晶完毕
3、改善一次结晶的方法
①变质处理
通过焊丝、熔剂向熔池中加入碳化物或氮化物形成元素，如钒(V)、 钛(Ti)、铌(Nb)、钼(Mo)、铝(Al)及氮(N)等，使之形成弥散细小的高熔 点化合物质点，成为人工晶核。熔池中的液体金属借助这些人工晶核生 长，从而得到细化的晶粒。
焊缝金属的结晶
焊缝金属的结晶所有金属和合金在固态时一般都是晶体。
固态物质按其原子(或分子)的聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。
在晶体中，其原子(或分子)按一定几何规律作有规则的排列，而非晶体不具备这一特点。
通常把液态金属或合金冷却至熔点以下时转变为固态晶体的凝固过程称为结晶。
一般的金属和合金都是多晶体，金属表面经过磨光、抛光，并用硝酸酒精溶液腐蚀，然后在金相显微镜下观察，就可以发现它是由许多外形不规则的小晶体构成的，这些小晶体称为晶粒。
晶粒的大小、形状、分布直接影响着金属和合金的机械性能和其它的性能。
气焊时，在高温火焰的作用下母材局部熔化，并与熔化的焊丝金属混合而形成熔池，随着热源的推移，温度的降低，熔池金属开始凝固而形成焊缝。
由焊接熔池形成焊缝的结晶过程可以具体分为焊接熔池的一次结晶过程和焊缝金属的二次结晶过程。
一、焊接熔池的一次结晶过程焊接熔池从液态向固态的转变过程，称为焊接熔池的一次结晶。
焊接熔池的结晶是由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成的。
由于整个熔池温度分布是不均匀的，在熔池前端的中心处温度最高，而在熔池的边缘处因散热条件好，温度最低，并有母材局部熔化的晶粒，构成了熔池的液体金属结晶的晶核，所以焊接熔池的一次结晶是从熔池边界处的熔合线处开始的。
母材与熔池金属之间发生的这种“晶内交互结晶”的过程称为联生结晶，是熔化焊缝金属凝固的重要特征。
晶粒长大通常情况下是沿着与散热方向相反的方向以柱状形态向焊接熔池中心生长的，即由熔池边缘指向熔池中心温度最高处，直至这种柱状晶粒长大、相互接触，液体金属全部凝固时，结晶过程才结束。
但在气焊时，因加热时间长，热影响区宽，冷却速度慢，散热方向不明显，则往往会形成等轴晶粒。
二、焊缝的偏析与夹杂在焊接熔池的一次结晶过程中，由于冷却速度很快，焊缝金属中的合金元素来不及扩散一致，因此焊缝中化学成分的分布是不均匀的，这种现象称为偏析。
此外，一些金属夹杂物，来不及浮出而残存在焊缝的内部，称为夹杂。
焊缝结晶过程分析及对策
杂质 Ｏ、 Ｓ 、 Ｐ的存 在 ， 与基 体金 属 Ｆ ｅ形 成 低 熔点 共 晶 体， 在 熔池 金属 由固态变 成液 态 的过程 中， 低 熔点 金属 结 晶缓 慢 ， 低熔 点共 晶体 存 在 于 固态 的 Ｆ ｅ — Ｃ合 金 中 ， 由于金 属 的热胀 冷 缩 作用 ， 焊缝 从 低 熔 点 共 晶体 区域
第 ５期 （ 总第 ２ ０ ４期 ）
２ ０ １ ７年 １ Ｏ月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵ Ｔ０Ｍ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎｏ ．５
０ｃ ｔ ．
文章编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ５ — ０ ２ ０ ５ — ０ １
２ 焊缝 一 次结 晶产 生 的焊接 缺 陷分 析及 解决 措施 ２ ． １ 焊 接 过程 中合 金 元素 的偏 析 在柱 状 晶形 成过 程 中 ， 由于 基体金 属 、 合金 和 杂质 元 素 间 的排 异反应 还 有 不 同元 素 的熔 点 不 同 ， 以及 电 弧 吹力 对 熔 池 的气浪 层作 用 ， 造成 了显 微偏 析 、 区域 偏 析和层 状 偏 析等 。 解决措 施 ： ① 在焊接过程 中， 采 取 小 电 流 短 弧 焊 接， 既 可减 少 空气 中氮 、 氧 的侵 人 ， 又可 以缩 短 熔 滴 过 渡 的路 程 ， 可有 效 降低 合金 元 素偏 析 ； ②采取 多层 多 道 焊， 后 一层 （ 道） 对 前 一层 （ 道） 起 到 重 新 加 热 和 热 处 理 的作用 ， 也 可 以减少 偏 析 。
１ 焊 缝 的 一 次 结 晶
千寻魔方 MC120M 北斗高精度定位模组数据手册说明书
3.1 管脚定义 ..............................................................................................................................................................9 3.2 管脚定义表 ..........................................................................................................................................................9 3.3 参考设计 ........................................................................................................................................................... 10 3.4 机械尺寸 ........................................................................................................................................................... 11
2 模组接口说明 .........................................................................................................................................................7
焊接结晶过程
鞍钢集团矿业公司技工学校
ANSTEEL MINERAL INDUSTRY COMPANY TECHNICIAN TRAINING SCHOOL
2、特点
1)体积小，冷却速度大。 2)巨大的温差。
3)熔池在运动状态下结晶。
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鞍钢集团矿业公司技工学校
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作业
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一次结晶结束后，熔池金属就转变为固 态的焊缝。高温的焊缝金属冷却到室温时， 要经过一系列的相变过程，称为金属的二 次结晶。
•同素异构转变
特点:对焊后焊缝的组织和性能影响很大
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2、区域偏析
主要因素 —焊逢形状
对焊逢的影响— • 窄而深的焊缝 形成中
心热裂纹 • 宽而浅的焊缝 杂质聚
集焊缝上部
解决办法: 多层焊
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焊接结晶过程
•
• （2）区域偏析 • 熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，把杂
焊 接 结 晶 过 程
BX1-300
学习目标
• 知识目标： • 1.理解焊缝结晶的两次过程，偏析现象； • 2.熟悉热影响区各部分的特点。
• 能力目标： • 理论联系实践，把理论应用到生产实习中
• 焊缝金属从高温的液态冷却到常温的固态
，中间经过两次结晶过程。第一次是从液
态变为固相的结晶过程；第二次是在固相
焊缝结晶过程是无数个柱状晶粒同时生长的过 程，每个晶粒均有自己的枝晶轴，均以自己的晶 轴为中心向四周和前方发展，相邻晶粒之间的液 体，结晶最迟，含有较多合金元素和杂质，称为 晶间偏析。
•
影响显微偏析的主要因素是金属的化学成分。 金属的化学成分不同，金属开始结晶和结晶终了 的区间也就不相同，结晶区间越大，就越容易产 生显微偏析。
20×
c 焊缝组织 500×
d 熔合区组织 500×
c图为焊缝组织，先共析铁素体分布于柱状晶界上，少量无碳贝氏体 a为焊接接头的低倍组织，可见焊缝组织极细，焊缝周围黑色环为母 材热影响区； 从晶界伸向晶内，晶内为针状铁素体与珠光体，个别部位有粒状贝氏 图5-33 16Mn钢手弧焊角焊缝热影响区各区段的组织 体； b图为接头组织，左边柱状晶为焊缝全属，中间黑色区为母材热影响 （E5017焊条） d图为熔合区组织，左侧为焊缝，右侧为母材过热区； 区，右边为原始母材；
102焊剂成分
102焊剂成分简介焊剂是在焊接过程中使用的一种辅助材料，用于清洁、保护和改善焊接接头的性能。
焊剂的成分对焊接质量和效果起着重要的影响。
本文将介绍102焊剂的成分，包括主要成分和辅助成分，并解释它们在焊接过程中的作用。
102焊剂的主要成分102焊剂的主要成分包括：1.钎剂：钎剂是焊剂的主要成分之一，它是一种含有金属粉末的粘性物质。
钎剂的成分通常包括银、铜、锌等金属粉末，这些金属粉末可以提供焊接接头所需的强度和导电性。
2.活性剂：活性剂是焊剂中的另一重要成分，它可以提高焊剂的润湿性和可焊性。
常见的活性剂成分包括氯化亚锡、氯化铵等。
活性剂能够降低金属表面的表面张力，使得焊剂更容易润湿焊接材料，从而提高焊接质量和强度。
3.助焊剂：助焊剂是一种辅助成分，用于改善焊接过程中的热传导性能和润湿性。
助焊剂通常由树脂、酒精、酯类等成分组成。
助焊剂可以提高焊接接头的热传导性能，使得焊接过程更加稳定和均匀。
102焊剂的辅助成分除了主要成分外，102焊剂还包含一些辅助成分，用于改善焊接过程中的性能和效果。
这些辅助成分包括：1.清洁剂：清洁剂是一种用于清洁焊接接头和焊接材料表面的成分。
它可以去除焊接过程中产生的氧化物、污垢和杂质，从而提高焊接接头的质量和可靠性。
2.稳定剂：稳定剂是一种用于提高焊剂稳定性的成分。
它可以防止焊剂在长期储存或使用过程中发生分解或变质，从而确保焊剂的性能和效果。
3.抗氧化剂：抗氧化剂是一种用于防止焊剂在高温下氧化的成分。
它可以延长焊剂的使用寿命，提高焊接接头的质量和可靠性。
102焊剂成分的作用102焊剂的成分在焊接过程中起着重要的作用，包括：1.提供强度和导电性：钎剂中的金属粉末可以提供焊接接头所需的强度和导电性，确保焊接接头的连接牢固和电流传导良好。
2.提高润湿性和可焊性：活性剂可以降低焊接材料表面的表面张力，使得焊剂更容易润湿焊接材料，从而提高焊接质量和强度。
3.改善热传导性能：助焊剂可以提高焊接接头的热传导性能，使得焊接过程更加稳定和均匀，减少焊接缺陷的产生。
焊缝结晶及焊接组织 西安工业大学PPT教案
结论：
（1） 晶粒成长的平均线速度是变化的，在熔 合线上最小，在焊缝中心最大，vc=0～v。
Ky=1， cosθ=0, θ =90°,Vc=0, 说明熔合 区上晶粒开始成长的瞬间，成长的方向垂直于 熔合区，晶粒成长的平均线速度等于零。
Ky=0，coቤተ መጻሕፍቲ ባይዱθ =1, θ=0°,Vc=V, 说明晶粒成 长到接触X轴时，晶粒成长的平均线速度等于 焊接速度，且方向一致。
第3页/共55页
3.1 熔池凝固
熔池凝固的条件和特点
1.熔池凝固的条件: 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）
（1）焊接熔池体积小，冷却速度高； 最大100g，平均4~100 ℃ /s，约为铸造的104。淬硬。裂纹。
（2）焊接熔池的液态金属处于过热状态 熔池1770±100℃; 钢锭<1550 ℃。烧损严重
在极纯金属中形成气泡核的可能性很小。
第40页/共55页
焊接熔池现成表面形核需要的能量：
Ep
P h PL
V
A 1
Aa A
1 cos
结论：a）气泡依附在现成表面，降低σ和提高Aa/A,Ep减少。 如树枝晶凹陷处，母材尚未熔化晶粒表面。
b）θ越大，形成气泡核所需能量越小。
第41页/共55页
（Ph 2P）o .气泡长大
单个的，密集的；
析出的，反应的；
第36页/共55页
a. 氢气孔
特征：多出现在焊缝表面，断面形状多为 螺钉状，从焊缝表面看呈园喇叭口形，气 孔的四周有光滑内壁。有个别残存在内部 （轻金属中），以小圆球状存在。
产生原因：焊接过程中，熔池金属吸收大 量的氢气，在冷却和结晶过程中，氢的溶 解度发生了急剧下降，熔池冷却速度快， 来不及逸出，残存在内部，发生了氢的过 饱和，使焊缝中形成具有喇叭口形的表面 气孔。
焊接基础知识
埋弧自动焊
优点 生产效率高 焊接质量好 节省金属和电能 在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法 劳动条件好 缺点 主要适用于水平位置焊缝焊接 难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金 只适于长焊缝的焊接 不适合焊接薄板 不能直接观察电弧和坡口的对中，容易焊偏
高温裂纹产生的原因 高温裂纹的形成机理是错综复杂的，因此很难用 一种完善的理论解决一切焊接中的高温裂纹问题。
焊接缺陷的危害性丶分类及辨认
冷裂纹产生的部位及原因 冷裂纹主要产生在热影响区和焊缝的根部， 基本上与焊缝轴线垂直。 冷裂纹是无分叉的纯裂纹，电子显微镜断口 检查发现，它是一种穿晶型裂纹或穿晶与沿 晶混合型裂纹，在淬硬性较大钢中，一般是 沿晶裂纹，而在淬硬性低的钢中，则是穿晶 裂纹。 关于冷裂纹产生原因，根据研究资料介绍， 冷裂纹与淬硬组织、氢的析集和应力有关。
焊接缺陷的危害性： 焊接缺陷对锅炉压力容器安全的影响主要表现 在三个方面： 1）由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面 积，削弱了拉伸强度。 2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力 集中和脆化现像，容易产生裂绞并扩展。 3）缺陷可能穿透筒壁，发生泄漏，影响致密 性。
焊接缺陷的危害性、分类及辨认
焊接基础知识
--科研中心
焊接
利用加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种 材料，通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。
按焊缝的空间位置不同可分为： １、平焊：水平面的焊接。 ２、立焊：垂直平面，垂直方向上的焊接。 ３、横焊：垂直平面，水平方向上的焊接。 ４、仰焊：倒悬平面，水平方向上的焊接。
2-9横焊-结晶解析
4、盖面层的焊接
最下方一道焊接时焊条稍向下倾，低电弧直线法，焊条与焊接 方向的夹角要随熔渣的流动而改变。始终使熔渣紧跟电弧，熔 渣不可下淌, 以获得与下坡口过渡圆滑的焊道。中间的每一道 与前一道的边沿重叠。最上方一道的预留位置不要大，要稍小 一些，这样最上方一道可以压低电弧快焊，熔池体积小，成型 易控制，不咬边。由于焊接速度快热量输入少又能起到回火焊 道的作用。
确定焊接工艺参数
焊接层数
运条方法
焊条直径/mm
打底层焊 填充层
断弧焊接
3.2
斜圆、直线运条和锯齿形运 4.0 条
盖面层
焊接结晶过程
BX1-300
学习目标
• 知识目标： • 1.理解焊缝结晶的两次过程，偏析现象； • 2.熟悉热影响区各部分的特点。
• 能力目标： • 理论联系实践，把理论应用到生产实习中
• 焊缝金属从高温的液态冷却到常温的固态
，中间经过两次结晶过程。第一次是从液
态变为固相的结晶过程；第二次是在固相
•
Байду номын сангаас
过热区的塑性很差，尤其是冲击韧度降低 20~30%。如果在焊接刚性较大的结构时，常在 过热区出现裂纹。 过热区的范围宽窄与焊接方法、焊接工艺参数 和母材的板厚等有关。 气焊和电渣焊时比较宽；手工电弧焊和埋弧 焊比较窄；真空电子束焊几乎不存在过热区。
• •
• 3）相变重结晶区（正火区）
• 温度范围在Ac3~1100℃之间。钢被加热到Ac3以上稍 高的温度后再冷却，将发生重结晶。即常温时的铁素体和 珠光体此时全部转变为奥氏体，然后在空气中冷却，使金 属内部重新结晶，而获得均匀而细小的铁素体和珠光体晶
• （3）层状偏析
• • 熔池始终处于气流和熔滴金属的脉动作用下，所以无论 是液态金属的流动或热量的传递都具有脉动的性质。 同时，熔池在结晶过程中要放出结晶潜热，当结晶潜热 达到一定数值时，熔池的结晶出现暂时停顿，以后随着熔
池的散热，结晶又开始。
• 这些都可能使晶体成长速度出现周期性变化。晶体长大 速度的这种变动，伴随着出现结晶前沿液态金属中夹杂浓 度的变化，形成周期性的偏析现象，称为层状偏析。
e 过热区组织
f 正火区组织
g 不完全重结晶区组织
h 母材组织
g图为不完全重结晶区组织，由铁素体与呈絮聚集的珠光体组成； e图为过热区组织，可见少量由晶界向晶内生长的无碳贝氏体（图中下部 位），右边是呈羽毛状的上贝氏体，晶内为板条马氏体； 图5-33 16Mn钢手弧焊角焊缝热影响区各区段的组织 f图为正火区组织，由块状铁素体与珠光体组成； h图为母材组织，由大块状铁素体与珠光体组成。 （E5017焊条）500×
焊接熔池金属的结晶
第一节
焊接熔池金属的结晶
船舶编
哈尔滨工程大学出版社
一、教学内容的分析 二、教学目标的确立 三、教法设计 四、教学模式 五、教学环境 六、教学重点 七、教学难点 八、教学过程
教学内容
（三个知识模块）
☆ 焊接熔池的一次结晶 ☆ 焊缝金属的固态相变 ☆ 焊缝金属组织的调整及其改善
二、焊缝金属的固态相变 三、焊缝组织的调整及改善
教学过程－新课讲授
一、 焊接熔池的一次结晶
1、焊接熔池凝固结晶的特点 2、焊接熔池凝固的过程 3、焊缝中的偏析 在焊缝熔池的一次结晶的讲授过程中，要引导学生，在教具的 引导下，发挥想象力，通过“自由想象”在自己大脑里形成形 象的动态模型，帮助理解和记忆。
第三章第一节主编哈尔滨工程大学出版社教学内容焊接熔池的一次结晶金属液态到固体的结晶过程焊缝金属的固态相变金属的固态相变fec相图焊缝金属组织的调整及其改善人为干扰工艺控制参数控制1掌握焊接熔池凝固结晶的特点及其中原理2了解焊接熔池凝固的过程及其中原理3掌握偏析的种类及产生原因及其中原理4掌握fec相图并掌握温度对焊缝金属固态相变的影响5掌握焊缝金属组织改善的方法和措施能够分析和判断出焊接工艺过程中影响焊接质量的过程和理论在焊接操作中运用金属结晶理论指导操作提高焊接质量减少焊接缺陷教学目标教法设计1焊接熔池凝固结晶的特点2焊接熔池凝固的过程3偏析的种类及产生原因金属的结晶晶核的形成与长大晶粒的长大4焊缝金属固态相变5焊缝金属组织改善的方法和措施fec相图在铸造热处理中的应用教学模式理论指导教具引导自由想象理论模型多媒体教室投影仪等但由于条件所限现阶段只能以板书加挂图进行教学教学环境焊接熔池的一次结晶1掌握焊接熔池凝固结晶的特点及其中原理2了解焊接熔池凝固的过程及其中原理3掌握偏析的种类及其中原理
焊缝的结晶过程
焊接工件上温度的变化与分布
焊接热循环的形式 ➢长段多层焊焊接热循环
1. 长段多层焊：每道焊缝的长度较长（一般1m以上），焊 完第一层再焊第二层时，第一层已基本冷至较低的温度（一 般在 100～200℃以下），其特点是相邻各层之 间有依次热 处理的作用 ，不适用于淬硬倾向较大的钢种
三、焊缝金属的二次结晶
含义：一次结晶结束后，熔池金属就转变为固态的焊缝。高 温的焊缝金属冷却到室温时，要经历一系列的相变过程，这种 相过程称为焊缝金属的二次结晶。 特征：以低碳钢为例
➢一次结晶的晶柱都是奥氏体组织，冷却到AC3时发生γ-Fe→ α-Fe的转变,当温度降低至A 时,余下的奥氏体分解为珠光体
层状偏析：
➢含义：晶体长大速度的变化，引起结晶前沿液体金属中夹 杂浓度的变化，这样就形成周期性的偏析现象，称为层状偏析。
➢形成：
焊接熔池始终处于气流和熔滴金属 的脉动作用下，所以无论是 金属的流动或热量的提供和传递都 具有脉动的性质。同时，熔池 结晶过程中放出的结晶潜热，造成 结晶过程周期性停顿，使结晶 长大速度出现周期性增加和减少。
焊缝的结晶过程
目的与要求： ①了解焊缝金属中的一次结晶、二次结晶。 ②掌握焊缝中的偏析含义、危害、种类。 ③掌握焊缝中的夹杂物含义、种类及对焊缝质量的影响。 ④掌握焊接热循环的含义、主要参数、影响因素、形式 及特点。
重点： ①焊缝中的偏析含义、危害、种类。 ②焊缝夹杂物对焊缝质量的影响。 ③焊接热循环。
HAZ热循环的特点（五点）： 1.加热温度高 2.加热速度快
3.高温停留时间短
4.焊接时，一般都是在自然条件下连续冷却，个别情况下才进 行焊后保温或焊后热处理
第四节 焊缝金属的结晶
第四节焊缝金属的结晶有关焊接熔池的特点前面已有叙述。
焊接熔池由液态冷却凝固的过程与炼钢结晶过程有着类似之处，但也有很大的区别。
熔池的结晶情况对焊缝金属的力学性能以及焊接所产生的许多缺陷，如裂纹、气孔、夹杂、偏析等均有重要影响。
根据焊接熔池冷却结晶时组织变化过程的特点可分为一次结晶和二次结晶（没有相变金属，如纯奥氏体不锈钢除外）。
一、焊缝金属的一次结晶焊缝金属由液态转变为固态的过程称为焊缝金属的一次结晶。
焊接熔池的结晶与一般金属的结晶一样，包含着生核和晶核长大的过程，同时它还具有其自身特点。
纯金属结晶形成的晶核有两种方式，即自发形核和非自发形核。
试验表明，在焊接条件下，非自发形核起主要作用。
非自发形核情形如图1-12所示。
新核的生成依附于现存基底的物质(或生核剂n)。
其接触角θ反应其润湿性。
γn·s、γn·L、γs·L分别表示为相应界面的表面自由能。
三者关系可用下式表示：图1-12液相中的非自发生核γn·s =γn·L -γs·L cosθ或cosθ=(γn·L-γn·s)/ γs·L当结晶物质一定时，固、液相之间的表面自由能γs·L固定不变，cosθ值仅取决于差值（γn·L-γn·s）。
显然，生核剂即现成基底和晶核的晶体结构越相似，差值．(γn·L-γn·s)越接近于0，则θ值越接近于O，亦即润湿性越好，非自发形核越易形成。
对于焊接熔池，在凝固结晶开始时，由于母材的材质与熔池中金属相同或相似，它们的原子排列、晶格常数等在大多数情况下一致或完全相同。
因此，已加热到熔点的熔池壁晶粒作为基底，极利于非自发形核。
非自发形核后，即以柱状晶的形式向熔池中心长大，形成联生结晶。
但是，各晶体长大的趋势各不相同。
当晶体长大的方向与散热最快方向一致时，最有利于晶粒的长大，并有可能长至熔池中心，形成较大柱状晶。
焊接熔池结晶的一般规律
焊接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“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23316Fr Er ∆=πσб：新相与液相间的表面张力系数。
ΔFr ：单位体积内液固两相自由能之差。
2） 非自发形核()4cos cos 32316`323θθπσ+-∆=r F k E ？ θ：非自发晶核的浸润角见图3-3θ=0℃ E K `=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θ=180°，E K `= E K 自发晶核θ=0 ～180°时，E K `/ E K =0～1说明非自发形核所需能量小于自发晶核。
θ角的大小决定新相晶核与现成表面之间的表面张力。
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四、焊缝中的夹杂物 1.夹杂物：
由焊接冶金反应产生的，焊后残留在焊缝 金属中的微观非金属杂 质，称为夹杂物
四、焊缝中的夹杂物
1.夹杂物：
2.夹杂物种类 硫化物 氧化物 氮化物
课堂小结： 1.焊缝金属的一次结晶 2.焊缝结晶过程中的偏析 3.焊缝金属的二次结晶 4.焊缝中的夹杂物
作业：
87页 思考与练习 T5、T6
二、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
二、焊缝结晶过程中的偏析
2.偏析的产生 主要产生在一次结晶时
二、焊缝结晶过程中的偏析
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
二、焊缝结晶过程中的偏析
3.偏析的分类
三、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温时,要经过一 系列的组织相变过程,这种相变过程称为焊缝 金属的二次结晶。
三、焊缝金属的二次结晶
1.定义 2.低碳钢焊缝二次结晶组织性能 低碳钢焊缝金属二次结晶结束时,其组 织为铁素体加珠光体。低碳钢在材料极缓 慢的冷却条件下获得的,实际上焊缝金属二 次结晶时的冷却速度相当快,因此组织中的 珠光体含量会增加,冷却速度越高,珠光体含 量也越多,焊缝的硬度和强度也随之增加 ,塑 性和韧性则随之降低。
4、盖面层的焊接 最下方一道焊接时焊条稍向下倾，低电弧直线法，焊条与焊接 方向的夹角要随熔渣的流动而改变。始终使熔渣紧跟电弧，熔 渣不可下淌, 以获得与下坡口过渡圆滑的焊道。中间的每一道 与前一道的边沿重叠。最上方一道的预留位置不要大，要稍小 一些，这样最上方一道可以压低电弧快焊，熔池体积小，成型 易控制，不咬边。由于焊接速度快热量输入少又能起到回火焊 道的作用。 总之在实践中大多焊工在横焊的多道焊时采用带渣焊，这有个 好处：快且平滑，不咬边。但有个前提：大电流热焊。这样会 使焊道长时间处于高温状态，导致晶粒粗大，机械性能降低， 所以采用清渣焊为好。
§2-9横焊
一、焊前的准备 钢板Q235两块 厚度12mm 坡口60° 钝边0.5 间隙2.5~3.0 反变形4° 焊条 J422 Φ3.2 反接 电流100~120A 层间温度低于100度 二、焊前清理 为了防止焊接过程中出现气孔，必须重视对 焊件的清理工作，焊前清理坡口面及近破口 上、下两侧则20mm范围内的油、氧化物、 铁锈等污物，打磨干净至露出金属光泽为宜。
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。
二、焊缝结晶过程中的偏析
3.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 较的抗热裂能力
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
一、焊缝金属的一次结晶
1.定义
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。
一、焊缝金属的一次结晶
1.定义
2.基本过程 1）生核 2）长大
三、焊件装配 装配间隙始端为3.5mm，终端为4.0mm. 错边 两边≤0.5mm. 定位焊缝长度应小于10mm，且在背面点固 完毕后在正面应加 强点固终端，为防止焊接过程中变形。点固 时应先点始焊端，再点终端。
四、定位焊 定位焊是在焊接过程中是很重要的，并且 一定要牢固，始端可以少焊些，终端应该多 焊些（反转焊件在终端再次加固）以免在焊 接过程中收缩，造成未焊端坡口间隙变窄而 影响焊接质量，定位焊必须要牢固，焊点长 度为10mm。
2、填充层的焊接 电流120A，电弧运动方法斜圆圈。 在坡口内引弧，将电弧拉到起焊处下坡口熔合线处 并使一部分电弧外露于焊件，待熔渣向外流时向焊 接方向倾斜焊条并向前运动，在此处并没有预热， 只是有一个停留，也起到预热的作用。如果拉长电 弧进行预热，由于焊件两端磁场的作用会导致电弧 严重偏吹，不仅起不到预热的作用反而会影响正常 焊接。焊条大幅度向前倾约3至5mm，然后压低电 弧向上向右运动到起焊处上方熔合线处并稍作停留， 待上方充分熔合并填满后再压低电弧以45°向下 运动(向下运动时不可过快)，至下熔合线后焊条再 沿下熔合线向前运动几毫米，不停留，然后快速向 上运动，随焊接的进行，电弧偏吹程度减小，焊条 向前倾斜的程度也渐减小。当焊接至最后方时电弧 会向左侧偏吹，同样焊条应向左倾。
谢谢！
二、焊缝结晶过程中的偏析
3.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）。
确定焊接工艺参数
焊接层数 运条方法 焊条直径/mm 焊接电流/A
打底层焊
断弧焊接
3.2
105~110
填充层
斜圆、直线运条和锯齿形运 条
4.0
110~120
盖面层
直线运条或直线往复运条
3.2
130~140
六、焊接的操作方法 1、打底层的焊接 在定位点上引弧，引燃后电弧向左外露于焊件外，一部分熔渣 向外流时压低电弧向前倾斜焊条向前运动，此时焊条大幅度向 前倾，与焊接方向夹角可能只有20°，以防止电弧偏吹而产生 夹渣，至间隙处时向里顶，大部分电弧穿过间隙，稍停后轻上 下摆动电弧，使熔池与上下坡口熔合后向后灭弧，同时有一个 向后拔渣的动作，防止熔渣过多聚集在熔孔处。此时焊件的温 度还较低，易产生缩孔，而且熔渣凝固也快，熔渣凝固后再引 弧则易产生夹渣，所以第二点引弧要快，第一点灭弧后立即引 第二点，大部分电弧穿过间隙，焊条稍多向里顶，稍停后稍用 力上下摆动电弧，使熔池与上直坡口熔合。相同的方法焊完前 几公分后，电弧向前偏吹的程度逐渐减弱，焊条和前倾斜程度 也减小。当电弧向前偏吹不明显时，焊条与焊接方向的夹角约 为80~85°，与下方度板的夹角同样为70~80°，引弧位置 于熔孔的左上方，稍停后垂直向下运动，稍用力碰下坡口并停 留后向后灭弧。上下摆动幅度不要过大，即焊条在间隙根部运 动，过宽成型不良甚至夹渣。引弧时间为熔池亮点将要消失时。 一部分焊条对准间隙，一部分焊条对准熔孔，大部分电弧位于 熔池上，焊接时熔渣一小部分在背面，大部分在前面。熔池金 属稍露。收弧采用加点收弧。