焊缝金属的组织与性能

第一节焊缝金属的组织与性能

一、焊缝熔池的一次结晶

1.焊缝一次结晶的特点

焊缝熔池的结晶都经过晶核生成和长大的过程。

有如下特征：

（1）焊缝熔池小，冷却速度快；

（2）焊缝熔池中的液态金属处于过热状态；

（3）焊缝熔池金属是在运动状态下结晶；

2.焊缝熔池一次结晶组织的特征：

是从熔合线未完全熔化的晶粒上开始，沿着垂直熔合线的方向，向与散热方向禁止反的方向长大，形成柱状晶。

1.焊缝熔池一次结晶的组织性能

由液态凝固后所得到的组织是一次组织，而在室温显微镜下所观察到的焊缝组织都是二次组织。要观察一次组织时，必须用特殊的浸蚀方法才能将它显示出来。

焊缝对一次结晶时性能的影响是很吸显的。

粗大的柱状晶不但降低焊缝的温度，而且还降低焊缝的韧性。此外，焊缝的一次结晶形态还对产生裂纹、气孔、夹渣、腐蚀都有很大的影响。

2.焊缝中的偏析

焊接过程中，由于冷却速度过快，焊缝熔池在结晶时，其化学成

分还来不及扩散均匀就已凝固，出现偏差；此外，还有一些非金属夹杂物，因来不及浮出熔池表面残存在在焊缝内也形成偏差。焊缝中的偏差，常常是力学性能最薄弱的地带。

焊缝中的偏析分3种

1)显微偏析：焊缝熔池在结晶过程中，先结晶的固相比较纯，后结晶的固相含合金元素和杂质略高，最后结晶的固相含合金元素和杂质最高。影响显微偏析的主要因素是金属的化学成分。

2)区域偏析：焊缝熔池在结晶时随着电弧向前移动，熔池中的柱状晶也在不断的推移和大，此时会把未凝固的合金成分和杂质推向焊缝熔池中心，使中心的杂质浓度逐渐升高形成区域偏析。

3)层状偏析：在焊缝断面上，不同分层的化学成分分布不均匀的现象为层状偏析

焊缝熔池结晶时，在结晶前沿的液体金属中，熔质的浓度较高，同时也集结一些杂质，当冷却速度较慢时，这一层的浓度较高的熔质和杂质可以通过扩散来减轻偏析的程度；当泠却速度较快时，浓度较高的熔质和杂质还没来不及“均匀化”就已凝固，使这个区域形成层状偏析。

二、焊缝金属的二次结晶

1.二次结晶的组织

焊缝熔池金属一次结晶结束后，熔池金属将转变为固体

焊缝。随高温的焊缝金属被逐渐冷却到室温，焊缝金属组织将进一步发生转变，这种组织变化的过程为焊缝金属的二次结晶。

2）二次结晶组织的性能

1）从塑性、韧性看出，奥氏体组织在温度下降的时候，没有明显的脆性转变现象，塑性、韧性、比其它组织好；铁素体加珠光体组织次之；珠光体组织的强度比铁素体组织高，塑性，韧性比铁素体组织低；下贝氏体组织既具有较高的强度，又有较好的韧性；粒状氏体组织的强度较低，但韧性较好，上氏体组织韧性最差；高碳马氏体则既有相当好的强度，又有相当好的塑性和韧性。

2）从抗裂性能看：铁素体组织加珠光体组织和奥氏体组织的抗裂性能较好；奥氏体组织加少量铁素体组织的双相组织抗裂性能比单相奥氏体组织更好；贝氏体组织、贝氏体组织加马氏体组织则对冷裂纹的敏感性最大。

3）焊缝金属的二次结晶组织越均匀、越细，与粗大而不均匀的焊缝金属二次相比，其力学性能就越好。

三、焊接热影响区的组织与性能

热影响区：把焊接材料因受热的影响（但没有熔化），而发生金相组织力学性能变化的区域。

焊接热循环：是在焊接热源的作用下，焊件上的某点温

度随时间变化(即温度由低到高，达到最高值后，又由高到

低)的过程。

焊接是一个不均匀加热和冷却的过程，从而使焊接热影

响区形成一个不均匀的组织和性能，产生复杂的应力和应

变。

由于母材的成分不同，在焊接热影响区各点经受的热循

环不同，使焊后热影响区发生的组织和性能变化也不相同，主要有2种：

1.不易淬火钢热影响区组织；

2.易淬火钢热影响区组织；

3.焊接热影响区的性能

(1)硬度变化：热影响区熔合线附近的硬度最高，而离深合线越远的地方就越接近被焊金属基体的硬度。说明熔合线附近金属的塑性最差，是焊接的薄弱地带。

(2)强度和塑性变化：在1200 ° C左右的粗晶区，其硬度和强度都高于被焊金属，而塑性则低于被焊金属。在700-900 ° C的区域中，屈服点稍低于被焊金属。

(3)韧性变化：通常焊接热输入越大，高温停留时间越长，

晶粒越粗大，韧度降低越明显。