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焊缝金相组织和性能第七章焊接接头组织和性能的控制1.焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ 的组织性能？答：（1）在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，融合去和过热去出现了严重的晶粒粗化，是整个接头的薄弱地带，而行能也是不均匀的，主要是淬硬、韧化和脆化，及综合力学性能，抗腐蚀性能，抗疲劳性能等。
（2）焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素：加热速度、加热的最高温度，在相等温度以上的停留时间，冷却速度和冷却时间，研究它是研究焊接质量的主要途径，而在工艺措施上，常可采用长段的多层焊合短道多层焊，尤其是短道多层焊对热影响区的组织有以定的改善作用，适于焊接晶粒易长而易淬硬的钢种。
2. 冷却时间100t t 8385、、t 的各自应用对象，为什么不常用某温度下（如540℃）的冷却速度？答：对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围800~500℃冷却时间（85t ）对冷裂纹倾向较大的钢种，常采用800~300℃的冷却时间8 3t ，各冷却时间的选定要根据不同金属材料做存在的问题来决定为了方便研究常用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响组织性能的变化，而某个温度下比如540℃则为一个时刻即冷却至540℃时瞬时冷却速度和组织性能。
故不常用某以温度下的冷却速度，对于一般低合金钢来讲，主要研究热影响区溶合线附近冷却过程中540℃时瞬时冷却速度3. 低合金钢焊接时，HAZ 粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时变相有何影响？答：奥氏体的均质化过程为扩散过程，因此焊接时焊接速度快和相变以上停留时间短都不利于扩散过程的进行，从而均质化过程差而影响到冷却时间的组织相变，低合金钢在焊接条件下的CCT 曲线比热处理条件下的曲线向做移动，也就是在同样冷却速度下焊接时比热处理的淬硬倾向小，例如冷却速度为36时可得到100%的马氏体，在焊接时由于家人速度快，高温停留时间短s C /o使合金元素不能充分溶解在奥氏体内，奥氏体均质化过成差，使相变组织差。
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。
焊缝组织和性能分析要领焊缝经过了加热T高温溶化—焊接冶金T冷却一次结晶凝固T二次结晶固态下相变，这个过程决定了焊缝金属的化学成分，组织性能，是否有焊接缺陷。
热影响区是邻近焊缝的母材在熔化焊所特有的快速加热、快速冷却这一动态热过程中，在极短的时间内进行着除了熔化以外的一些金属学行为的区域，其特点是热场分布极不均匀，温度梯度非常大，与扩散有关的过程极不充分，组织和性能极不均匀，因此，它是一个最薄弱的环节，是焊接结构最容易发生破坏事故的区域。
一、碳素钢焊接碳是碳素钢的主要合金成分，其性能取决于 C 的含量，其中的Mn、Si 只是有益的元素而非合金成分，S、P、O N、H则是其杂质有害元素，是要严加控制的。
碳素钢的焊接性随其C含量增加而恶化，低碳钢（C三0.25%）焊接性最好，但C含量大于0.15%时，对氢致裂纹敏感。
1、焊缝金属的成分焊条电弧焊焊接碳素钢时焊接材料的选择通常都是按GB5117标准其c b都不大于490MPa。
酸性焊条的焊缝金属Mn含量大多在0.8%以下Si在0.3%以下。
碱性低氩焊条焊出的焊缝中Mn与Si含量则要高得多。
基本上是属于M—Si 合金系列的焊缝金属，即以Mn、Si 的固溶强化机理来保证焊缝金属的力学性能。
2、焊缝金属的显微组织与性能低碳钢是亚共析钢，在焊接熔池冷却凝固的一次结晶完成后，在一定温度下将发生二次结晶即固态相变，这时的组织应该是铁素体加少量珠光体。
其组织质量分数的不同和性能的不同取决于冷却速度，即冷却速度越大，铁素体含量越少，珠光体越高，硬度强度也随之增高，且组织细小。
反之则组织变粗，铁素体越多珠光体越少、硬度强度降低。
需要注意的是铁素体的形态，在不同冷却速度下也是不同的。
且对性能有影响。
做为亚共析钢的焊缝组织，当从高温冷却到Ar3 温度时，焊缝中最先从奥氏体晶粒边介上析出的是先共析铁素体，其含碳量为0.02%,随着a铁的析出奥氏体的含碳量增加，在达到Ar1温度时（C0.8%勺共析成分），剩余的奥氏体发生共析转变，变为铁素体＋渗碳体的混合物即珠光体。
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。
