最新固定管板焊(焊缝金属的结晶)

固定管板焊(焊缝金属

的结晶)

【组织教学】

1、点名检查学生出勤情况

2、强调课堂纪律

【作业点评】

1、上次作业质量情况

2、对出现问题较多的进行课堂纠正

【复习提问】

1、焊缝金属脱氧的途径有哪些?哪种焊条脱氧

效果好?

2、为什要向焊缝金属渗合金?渗合金的方式有几

种?

【相关工艺】

固定管板焊（焊缝金属的结晶）

1、焊缝金属的一次结晶

焊缝金属由要液态转变为固态的过程。即焊缝金属晶体结构的形成过程，称为焊缝金属一次结晶；它遵循着金属结晶的一般规律，包括“形核”和长大”两个阶段。

在熔池中，最先出现晶核的部位是在熔合线上。此处散热快、温度最低，半熔化晶粒形成附近液态金属结晶的晶核。由于晶体是向着与散热方向相反的方

向长大，同时也向两侧长大，因此受到相邻长大的晶体的阻碍，使晶粒生长方向指向熔池中心，形成柱状结晶。当柱状晶粒不断长大至互相接触时，焊缝的结晶过程结束。

2、焊缝结晶过程中的偏析现象

焊缝金属在一次结晶时冷却速度很快，固相内的成分很难趋于一致，而且结晶又有先后，因此在相当大的程度上存在着化学成分不均匀性，而产生偏析。偏析导致焊缝性能改变，同时也是产生裂纹、气孔、夹杂物等焊接缺陷的主要原因之一。

焊缝中的偏析主要有显微偏析、区域偏析和层状偏析。

(1)显微偏析在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分不均匀现象，称为显微偏析。柱状晶粒“生长”的过程，一方面是结晶的轴向延长，另一方面是径向扩展。焊缝结晶时，最先结晶的结晶中心(即结晶轴)的金属最纯，而后结晶的部分含合金元素和杂质略高，最后结晶的部分，即晶粒的外缘和前端含合金元素和杂质最高。在一个柱状晶粒内部合金元素分布不

均匀现象叫晶内偏析。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，就越易产生显微偏析。一般对于低碳钢来说，因其结晶开始和终了的温度区间不大，所以显微偏析并不严重。而在高碳钢、合金钢中含合金元素较多，结晶区间大，显微偏析现象就很严重，经常会因此而引起热裂纹等缺陷。所以高碳钢、合金钢等焊件焊后必须进行扩散及细化晶粒的热处理，以此来消除显微偏析现象。

(2)区域偏析熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，把杂质推向熔池中心，使熔池中心的杂质含量要比其他部位高，这种现象称为区域偏析。

由于焊缝断面的形状不同，产生偏析的位置会发生变化。窄焊缝时，各柱状晶粒的交界在中心，因此

便有较多的杂质聚集在窄焊缝的中心，这时极易形成热裂纹。宽焊缝时，杂质便聚集在焊缝上部，这种情况对焊缝在高温时的影响不大。

利用这一特点可降低焊缝生成热裂纹的可能。例如，同样厚度的钢板，用多层多道焊要比采用一次深焊焊完产生热裂的倾向小得多。

(3)层状偏析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。层状偏析常集中一些有害元素，缺陷往往出现在偏析层中。

焊接时，由于熔池杂质的聚集，加之断弧点的熔池搅拦不够强烈等综合作用的结果，在焊缝收尾处

有时会出现裂纹，这种弧坑裂纹多半是由于弧坑偏析所引起的。

3．焊缝金属的二次结晶

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，这种相变过程就称为焊缝金属的二次结晶。

低碳钢焊缝在常温下的组织，即二次结晶后的组织为铁素体加珠光体。在低碳钢的平衡组织中(即非常缓慢地冷却下来所得到的组织)珠光体含量很少，但由于焊缝的冷却速度较大，所得珠光体含量一般较平衡组织中的含量大。冷却速度越大，珠光体含量越高，而铁素体越小，材料硬度和强度均有所提高，而塑性和韧性则有所降低。

4．焊接热影响区

(1)焊接热循环焊接过程中热源沿焊件移动，在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程，称为该点的焊接热循环。

在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的热循环不同。当热源向该点靠近时，该点温度随之升

高，直至达到最高值，随着热源的离开，温度又逐渐降低，整个过程可以用一条曲线来表示，叫热循环曲线。加热速度、最高温度Tm、相变温度(TA)以上停留时间tA和冷却速度等焊接热循环的主要参数。焊接热循环是焊接接头经历的特殊热处理过程，这种过程必然会造成焊接热影响区不均匀的组织和性能。

(2)焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区就是指在焊接过程中，母材因受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域。焊接热影响区的组织和性能，基本上反映了焊接接头的性能和质量。

现以低碳钢和不易淬火钢(如16Mn、15MnV、

15MnTi等)为例，讨论其热影响区的组织和性能。根据其组织特征可分为四个小区。

1)熔合区熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。即熔合线附近，又称半熔化区，温度处在铁碳合金状态图中固相线和液相线之间。在靠近热影响区的一侧，其金属组织是处于过热状态的组织，塑性很差。在各种熔化焊的条件下，这个区的

范围虽然很窄，甚至在显微镜下也很难分辨，但对焊接接头的强度、塑性都有很大的影响。熔合区往往是使焊接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地。

2)过热区过热区所处的温度范围是在固相线以下到1100℃左右的区间内，在这样高的温度下，奥氏体晶粒严重长大，冷却以后就呈现为晶粒粗大的过热组织。在气焊和电渣焊的条件下，在这部分组织中可以出现魏氏体组织。过热区的塑性很低，尤其是冲击韧度降低20％～30％。如果在焊接刚性较大的结构时，常会在过热区出现裂纹。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；手弧焊和埋弧焊时比较窄；真空电子束焊时，过热区几乎不存在。

3)正火区正火区的温度范围约在Ac3～11OO℃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粒。