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1、焊缝结晶过程焊缝结晶过程课题二课题二：22高级焊工工艺焊缝金属从高温的液态冷却到常焊缝金属从高温的液态冷却到常温固态，经验过两次结晶过程。温固态，经验过两次结晶过程。第一次：第一次：是从液相转变为固相的结晶过是从液相转变为固相的结晶过程；程；其次次：其次次：是在固相中出现同素异构转变是在固相中出现同素异构转变的过程。的过程。1一次结晶一次结晶 由液态转变为固态的凝固由液态转变为固态的凝固过程，也是晶体形成的过程。过程，也是晶体形成的过程。它遵循金属结晶的一般规律。它遵循金属结晶的一般规律。即：即：生核生核和和长大长大两个阶段。两个阶段。生核：生核：（随热源移去-温度降低-原子活动减弱-达到凝固
2、温 度原子重排列-形成小晶体-即：晶核形成。）熔熔合合线线熔熔合合线线液体液体晶核晶核 长大长大 晶核形成后晶核形成后并不断吸附并不断吸附四周液体中四周液体中的原子，使的原子，使得体积不断得体积不断增大，直至增大，直至液态完全消液态完全消逝为止。逝为止。长长大大部部分分熔熔池池结结晶晶的的过过程：程：2焊缝结晶过程中的偏析焊缝结晶过程中的偏析焊缝的一次结晶时冷却速度很快，焊缝的一次结晶时冷却速度很快，成分很难趋于一样，而结晶又有先成分很难趋于一样，而结晶又有先后，因此在相当程度上存在着化学后，因此在相当程度上存在着化学成分不匀整而产生偏析，导致焊缝成分不匀整而产生偏析，导致焊缝性能变差。性能变
3、差。偏析包括：（偏析包括：（1）显微偏析）显微偏析 （2）区域偏析）区域偏析 （3）层状偏析）层状偏析显微偏析：在一个柱状晶粒内部焊晶粒之显微偏析：在一个柱状晶粒内部焊晶粒之间化学成分分布不均的现象。间化学成分分布不均的现象。柱状晶粒长大和结晶的特点：柱状晶粒长大和结晶的特点：最先结晶中心轴的金属最纯，最先结晶中心轴的金属最纯，后结晶的部分金属含有合金元素和杂质较后结晶的部分金属含有合金元素和杂质较高，高，最终结晶的部分晶粒外缘和前端含合金与最终结晶的部分晶粒外缘和前端含合金与杂质最高。杂质最高。在一个柱状晶粒内部合金元素分布不均的在一个柱状晶粒内部合金元素分布不均的现象叫晶内偏析。现象叫晶内
4、偏析。影响显微偏析的因素是化学成分分布不均，影响显微偏析的因素是化学成分分布不均，而这个不匀整又与金属结晶的时间，结晶的而这个不匀整又与金属结晶的时间，结晶的温度，结晶的区域不同有关。温度，结晶的区域不同有关。其结果是：其结果是：1、结晶区间越大，越易产生偏析、结晶区间越大，越易产生偏析 2、对低碳钢影响较小、对低碳钢影响较小 3、而高碳钢，合金钢结晶区间大，产生的、而高碳钢，合金钢结晶区间大，产生的偏析就严峻。偏析就严峻。因此，对这类钢焊后必需进行扩散和细化晶因此，对这类钢焊后必需进行扩散和细化晶粒的热处理，以消退显微偏析现象。粒的热处理，以消退显微偏析现象。区域偏析区域偏析区域偏析的形成：
5、由于柱状晶粒的长区域偏析的形成：由于柱状晶粒的长大和推移，把杂质推向熔池的中心，大和推移，把杂质推向熔池的中心，使得中心杂质含量大于其它部位。这使得中心杂质含量大于其它部位。这种现象称为区域偏析。种现象称为区域偏析。焊缝断面形态与偏析的关系：焊缝断面形态与偏析的关系：层状偏析：层状偏析：随着电弧的搅拌和移随着电弧的搅拌和移动，使熔池始终处于动，使熔池始终处于脉动状态。这种脉动脉动状态。这种脉动使得热量传递也发生使得热量传递也发生了变更，造成了熔池了变更，造成了熔池晶粒随温度出现周期晶粒随温度出现周期性的变更，引起杂质性的变更，引起杂质浓度的变更。形成周浓度的变更。形成周期性的偏析现象叫层期性的
6、偏析现象叫层状偏析。状偏析。3 焊缝的二次结晶一次结晶结束之后，熔池就转变为固态结晶阶段。焊缝从高温转变到常温，焊缝要经过一系列相变过程。即焊缝的二次结晶。即焊缝的二次结晶。以低碳钢为例：一次结晶的晶柱都是奥氏体组织，当冷却到Ac3时（930度）由-Fe转变为-Fe 当温度再降低到Ac1时（723度）余下的奥氏体分解为珠光体，所以，低碳钢焊缝在常温下的组织为铁素体+珠光体。钢的珠光体含量与冷却速度有关：钢的珠光体含量与冷却速度有关：由于焊缝冷却速度很快，所得的珠光体含量一般较平衡组织中的含量大。一般的说，冷却速度越大，珠光体含量越高，而铁素体含量越少，材料硬度和强度均有所提高，而塑性和韧性则有
7、所降低。4焊缝热影响焊缝热影响区区焊接热循环：焊接热循环：在热源的作用在热源的作用下，焊件某一下，焊件某一点温度随时间点温度随时间变更的过程，变更的过程，称为该点的焊称为该点的焊接热循环。接热循环。焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能（以低碳钢，（以低碳钢，Q235,Q345,16Mn为例）为例）熔合区：熔合区：熔合区是指在焊接接头中焊缝向热影响区熔合区是指在焊接接头中焊缝向热影响区过渡的区域。过渡的区域。熔合熔合 区旁边又称半熔化区，是固相线和液区旁边又称半熔化区，是固相线和液相线之间的区域。在此区域，金属组织相线之间的区域。在此区域，金属组织是处于过热状态的组织，其塑性差。是是
8、处于过热状态的组织，其塑性差。是产生焊接裂纹或局部脆性破坏的发源地。产生焊接裂纹或局部脆性破坏的发源地。2过热区过热区 过热区所处的温度范围是在固相线过热区所处的温度范围是在固相线以下到以下到1100左右的区间内。其特左右的区间内。其特点是：奥氏体晶粒严峻长大，冷却以点是：奥氏体晶粒严峻长大，冷却以后呈现晶粒粗大的过热组织。气焊或后呈现晶粒粗大的过热组织。气焊或埋弧焊时易造成魏氏体组织。埋弧焊时易造成魏氏体组织。过热区的组织塑性很低，尤其是冲击过热区的组织塑性很低，尤其是冲击韧性降低韧性降低2030%正火区正火区 温度范围在温度范围在Ac3（910）1100之之间。（这个区也叫做金属的重结晶间
9、。（这个区也叫做金属的重结晶区）区）特点是：常温时的铁素体特点是：常温时的铁素体+珠光体此珠光体此时全部转换为奥氏体，假如是自然时全部转换为奥氏体，假如是自然空气冷却，可以得到匀整的细小的空气冷却，可以得到匀整的细小的铁素体和珠光体晶粒。铁素体和珠光体晶粒。也是热影响区中性能最好的区域。也是热影响区中性能最好的区域。不完全重结晶区不完全重结晶区 该区处于该区处于Ac1Ac3之间（之间（723910）焊缝金属中的珠光体和部分铁素体转变焊缝金属中的珠光体和部分铁素体转变为奥氏体，但仍保留部分铁素体。冷却为奥氏体，但仍保留部分铁素体。冷却时，奥氏体晶粒又发生了重结晶过程，时，奥氏体晶粒又发生了重结晶
10、过程，得到晶粒细小的铁素体和珠光体组织，得到晶粒细小的铁素体和珠光体组织，而始终未转变的奥氏体的铁素体却长大而始终未转变的奥氏体的铁素体却长大了，变成了粗大的铁素体组织。了，变成了粗大的铁素体组织。因此，这个区域的组织是不匀整的，力因此，这个区域的组织是不匀整的，力学性能也是不匀整的。学性能也是不匀整的。依据热影响区的大小，可以间接推断焊接依据热影响区的大小，可以间接推断焊接质量。一般来说，热影响区窄的钢，焊接质量。一般来说，热影响区窄的钢，焊接接头中的内应力越大，越简洁出现裂纹。接头中的内应力越大，越简洁出现裂纹。热影响区越宽，接头力学性能越不利，变热影响区越宽，接头力学性能越不利，变形也大。形也大。因此，工艺上应保证不产生裂纹的前提下，因此，工艺上应保证不产生裂纹的前提下，尽可能减小热影响区的宽度。尽可能减小热影响区的宽度。小结小结