第二十三讲 焊缝的组织与性能

第二十三讲焊缝的组织与性能

教学目的：掌握焊缝金属及熔池的结晶过程。

教学重点：熔池的结晶过程。

教学难点：熔池的结晶过程。

教学方法：讲述法

课时分配：2课时

教学内容：

在化学成分一定的条件下，焊缝金

属的性能取决于组织。

随着焊接热源前进，熔池温度开始

下降，而进入液态到固态的结晶过程。

焊缝结晶的规律：焊缝的结晶过程总是低于理论结晶温度，即结晶过程是在有一定过冷度的条件下才能进行。

焊缝金属结晶的基本过程：形核与长大两个基本过程。

一、熔池结晶的条件与特点

（1）体积小熔池的体积最大不过几十cm3,质量不超过100g，而铸锭的质量多以吨为单位。

（2）温度不均匀熔池中部处于热源中心，电弧焊时可达2000℃，而边缘则是过冷的液体金属，温度略低于母材的熔点。因此，温度梯度大。

由于体积小温度梯度大，因而冷却速度很高，在4～100℃/s范

围内。

（3）在运动状态下结晶在焊接过程中，熔池随热源运动，因而在液态停留的时间短，而且熔池前后两半是熔化与凝固同时进行。如图，熔池前半部（abc）进行加热与熔化；后半部（cda）进行冷却与凝固。

（4）熔池金属不断更新随热源

运动与焊条不断给进，熔池中不断有

新的液体补充，并进行搅拌。因此，

结晶总是在新的基础上进行的。而固液界面推进的速度比铸锭高出10～100倍，有利于气体和杂质的排出，所以，焊缝的组织比铸锭致密。

（5）以熔化母材为基础进行结晶与铸锭不同，焊缝与母材之间不存在空气隙，熔池边缘母材的原始结晶状态，对焊缝结晶过程与组织有明显的影响。

二、熔池的结晶过程

结晶进行的必要条件是――过冷度。在一定范围内，过冷度越大，越有利于结晶过程的进行。焊接时，由于冷却速度高，容易获得较大的过冷度。

熔池的形核也是以异质晶核为主，但是由于温度很高，悬浮在液体金属中的难熔质点很少，因而母材的半熔化晶粒就成为新想的结晶核心。即熔池的结晶是以母材半熔化晶粒的表面为晶核而长大的。也就是说，焊缝的结晶是从母材半熔化晶粒

开始，朝散热反方向（与等温面的垂直方向）以柱状晶的形式向熔池中心推进。焊缝实际上是母材晶粒的延伸，二者之间不存在界面。这种依附于母材半熔化晶粒开始长大的结晶方式，叫做联生结晶或交互结晶。是焊缝最重要、最本质的特征，它决定了熔焊具有密封性好、强度高等一系列优点。

焊缝金属的柱状晶相当于母材晶粒的延伸，焊缝边界母材晶粒的尺寸可能就相当于焊缝柱状晶的尺寸，所以容易过热，而晶粒粗化的母材，焊缝的柱状晶必然也粗化。

焊缝凝固后的结晶组织为铸造组织，结晶从母材半熔化晶粒开始形核，以柱状晶形式向焊缝中心长大，最终形成焊缝。由于熔池体积小，冷速高，一般电弧焊条件下焊缝中看不到等轴晶粒。

三、作业

1、熔池结晶的特点是什么？

2、叙述熔池的结晶过程。