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焊接接头的组织与性能优秀课件

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第3章焊接接头的组织和性能

第3章焊接接头的组织和性能
第3章焊接接头的组织与性能 控制
第3章焊接接头的组织与性能控制
• 焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成、熔池金属在经历了一系列化学冶金反应后，随着热源远离温 度迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝,并在继续冷却中发生固态相变。熔合区和热影响区在焊接热源的作用下，也将 发生不同的组织变化，很多焊接缺陷，如气孔、夹杂物、裂纹等都是在上述这些过程中产生，因此,了解接头组织与 性能变化的规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。 • •
• •ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• • • • •
• • • • • • • •
3.1.3焊缝金属的固态相变 1、熔池结晶组织与焊缝固相转变组织的关系 （1）焊缝结晶的一次组织和二次组织 熔池凝固后得到的组织通常叫做一次组织，大多数钢高温奥氏体.在凝固后的继续冷却 过程中，高温奥氏体还要发生固态相变,又称为二次结晶，得到的组织称为二次组织。 焊缝经过固态相变得到的二次组织即为室温组织。二次组织是在一次组织的基础上转 变而成，对焊缝金属的性能都有着决定性的作用。 （2）焊缝一次组织对二次组织的影响 焊缝金属经历了从液态冷到室温的全过程，其二次组织是在快冷的条件下所形成的逸 出结晶组织的基础上在连续冷却的条件下形成的。因此，焊缝的最终组织不仅与γ→α 转变有关，而且与凝固过程有关。焊缝在不平衡条件下得到的一次组织，直接影响继 续冷却时过冷奥氏体的分解过程及分解产物。 1）焊缝一次组织组织粗大，影响焊缝对二次组织的晶粒度的大小，同时为产生魏氏 体创造了前提。 2）焊缝的偏析在熔池一次结晶时产生，对二次组织和性能产生影响。 2、焊缝金属固相转变 焊缝金属的固态相变遵循一般钢铁固态相变的基本规律。一般情况下，相变形式 取决于焊缝金属的化学成分与连续冷却过程的冷却速度。 1低碳钢焊缝的固态相变 材料极缓慢的冷却条件下，由铁碳合金状态图可知，在平衡状态下低碳钢的低碳钢其 中铁索体约占82％，珠光体约占18％ ，其硬度约为83 HB。 （1）焊缝的固态相变过程 熔池凝固后，全部变成A,继续冷却，冷至Ac3线A→A+F至Ac1线，剩余的A→P低碳钢 焊缝金属二次结晶结束时，其组织为F+ P。

102 焊接接头的力学性能(一)PPT课件

102 焊接接头的力学性能(一)PPT课件

焊接接头的力学性能
在低强匹配的焊接接头（即焊缝强度低于母材）横向拉伸试验中， 主要的塑性形变、缩颈和断裂虽然都发生在焊缝中，但是由于塑性形变 的集中和母材对焊缝形变的约束作 用，这种试验测出的δ和ψ也不能用来 比较 焊缝金属的塑性。因此按GB/T2651-1989, 横向焊接接头拉伸试验只 测取抗拉强度σb。 低强匹配的横向拉伸试样虽然断在焊缝，但由此得到 的抗拉强度并不等于焊缝金属的抗 拉强度（按GB/T2652 —1989测定的） ，一般 情况下前者稍高于后者。
焊接接头的力学性能
拉伸试验给出的材料塑性指标是屈服点伸 长率（δS)、最大应力下的非比例伸 长率（δg)、 最大应力下的总伸长率（δgt）、断后伸长率δ(图3-4 a)以及断面 收缩率（φ) 。 δS、δg、δgt属于均匀延伸变形，分别描述拉伸过程中不同阶段 的材料塑性形变能力。不同尺寸和断面拉伸试样测取的这些均匀塑性变形能 力是相等的。工程上最多采用的是断后伸长率δ,它 包括均匀延伸变形（即和 缩颈延伸变形两部分，由于后者属非均匀延伸变形，所以测量标距的影响。 按GB/T228 —1987 —般采用两种不同比例尺寸的试样，即标距l0为10倍断面直 径^的长试样和等于5d的短试样。
焊接接头的力学性能
焊接接头的力学性能
(3)焊接接头的弯曲与压扁性能 1)焊接接头的弯曲性能
弯曲试验用来评价焊接接 头的塑性变形能力和显示受拉 面的焊接缺陷。按GB/T26531989《焊接接头弯曲及压扁试 验方法》，采用横穹、纵弯和 侧弯三种基本类型的弯曲试样 （图3-7) 。
焊接接头的力学性能
焊接接头的力学性能
一般材料沿纵向的拉伸性能稍优于横向， 但随着现代钢铁工业的进步，材料 本身纵横向的拉伸性能的差异逐渐减少。沿厚度（Z)方 向的拉伸试验结果一般有 较大的分散性，Z向拉伸性能较大地取决于材料的杂质成分及其加工过程。很多工 程材料的Z向拉伸强度可能 稍低于其他两个方向，但Z向拉伸的塑性(δ和ψ）却显 著低于其他两个方向，但Z向拉伸经常用来评价材料对于垂直表面受拉力的焊接结 构的适用性。在现代焊接性研究中，Z向拉伸测试的δ和ψ还被做为钢材层状撕裂 敏感性的度量。

焊接接头的组织和性能课件

焊接接头的组织和性能课件
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目 录
• 焊接基本原理 • 焊接接头的组织 • 焊接接头的力学性能 • 焊接接头的耐腐蚀性能 • 焊接工艺对焊接接头组织和性能的影响 • 焊接接头组织和性能的测试与评估方法 • 工程应用实例及分析
01
焊接基本原理
焊接的定义和分类
焊接定义
焊接是一种通过加热或加压，或两者 并用，使两个分离的金属表面达到原 子间的结合形成牢固的接头的过程。
的形成和凝固过程，从而影响焊接接头的组织和性能。
02
焊接速度对组织和性能的影响
焊接速度会影响热输入和熔池的大小，进而影响熔池的凝固速度和组织
转变，从而影响焊接接头的强度、韧性和耐腐蚀性。
03
预热和后热对组织和性能的影响
预热和后热可以改变焊接接头的冷却速度和组织转变，从而提高焊接接
头的性能。
焊接接头的缺陷和质量控制
焊接接头由母材、焊缝和热影响区组成，各区域的相组成可能存在差异。例如，低碳钢的焊接接头可 能包括铁素体、珠光体、马氏体等相。
显微组织对焊接接头性能的影响
显微组织对焊接接头的力学性能、耐腐蚀性、疲劳性能等均有重要影响。例如，粗大的晶粒可能导致 焊接接头的韧性下降，而细小的晶粒则可以提高接头的强度和韧性。
常见焊接缺陷
包括气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等 ，这些缺陷会影响焊接接头的强度、韧性和 耐腐蚀性。
焊接质量控制
通过选择合适的焊接工艺参数、焊材和焊接 设备，以及进行焊前准备和焊后处理等措施 ，可以控制焊接质量，提高焊接接头的性能
。
新技术、新工艺对焊接接头组织和性能的影响
激光焊接
激光焊接具有高能量密度、高速 度和低热输入等优点，可以改善 焊接接头的组织和性能，提高生

焊接接头的组织和性能课件

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搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接技术，具有低热输入、低变形、 无裂纹等优点，适用于铝合金、镁合金等轻质材料的焊接。
电子束焊接
电子束焊接具有高能量密度、深穿透、高精度等优点，适用于难熔金 属、复合材料等特殊材料的焊接。
高性能焊接接头的设计与制备
1 2
材料选择与匹配
根据材料的物理和化学性质，选择合适的母材和 填充材料，以提高焊接接头的性能。
实验研究
通过实验研究，测试焊接接头的 力学性能、耐腐蚀性能和疲劳性 能等，为实际应用提供依据。
THANKS。
04
环境因素对耐腐蚀性的 影响：如温度、湿度、 氧气浓度等。
04
焊接接头的影响因素
焊接工艺参数的影响
焊接电流
电流大小影响熔深和焊接速度。电流过大可能导致热影响 区扩大，焊接变形增大；电流过小则可能造成未熔合、未 焊透等缺陷。
电弧电压
电弧电压主要影响焊缝的宽度和余高。电压过高可能导致 焊缝宽而低，反之则窄而高。
焊接接头的无损检测技术
超声检测
利用超声波在材料中传播的特性，检测焊接接头 内部的缺陷和异常。
射线检测
通过X射线或γ射线的穿透和成像，检测焊接接头 内部的缺陷和异常。
磁粉检测
利用磁粉在磁场中的吸附特性，检测焊接接头表 面的裂纹和缺陷。
焊接接头的质量评估与改进
质量评估
根据无损检测和力学性能试验的结果，对焊接接头质量进行评估 ，确定是否满足设计要求和使用条件。
焊接工艺优化
通过调整焊接参数，如电流、电压、焊接速度等 ，优化焊接工艺，提高焊接接头的质量。
3
热处理与后处理
适当的热处理和后处理可以改善焊接接头的组织 和性能，进一步提高其力学性能和耐腐蚀性。

焊接接头的组织和性能(汇总).ppt

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精选整理
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也就是说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。
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GB/T700是普通碳素结构钢标准， 其Mn≦0.8%，Si≦0.55%。
GB/T699是优质碳素结构标准。 而GB712、GB713、GB6654则是
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在达到Ar1温度时（C 0.8%的共析成分）， 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。先共析铁素 体是沿原奥氏体晶界析出故呈网状分布， 此外，铁素体也可以从原奥氏体晶内部沿 一定方向呈针或片状析出，可直接插入珠 光体中。这种组织由于晶内位错密度较低 所以塑性韧性都较低。
Si含量则要高得多。基本上是属于 Mn―― 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。
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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 பைடு நூலகம்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，
当含C量较高，高温（700℃－800℃） 停留时间较长，冷却速度较慢时易形成这 种组织。我们称其为魏氏组织，我们在焊 接低碳结构钢时要尽量防止魏氏组织出现，
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而希望得到细晶针状铁素体。正如大家所知 道的那样，焊缝金属的强度与母材相匹配 比较容易而同时要有优异的塑性和韧性就 未必容易了，正因为如此，所以在焊接工 艺评定规则中提出了补加因素的要求，这 就要求所制定的焊接工艺规程充分对钢材 的内在质量进行了解对焊接要热循环进行 有效控制，对焊接环境的多方面考虑，对 焊件的结构刚性给予应有的关注（板厚， 结构 要度）。千万不要用工艺评定代替 工艺规程。

焊接接头的组织与性能PPT课件

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第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
（四）Mo对焊缝韧性的影响
w(Mo)=0.20～0.35%，得到FGF+AF，韧性最佳。 Mo和Ti联合作用。w(Mo)=0.20～0.35%，
w(Ti)=0.03～0.05%，良好的韧性。 大能量埋弧焊，0oC时，夏比冲击功100J以上
。
（五）稀土元素对焊缝金属性能的影响 降低焊缝中的扩散氢含量，改善焊缝抗热裂倾向 ，改善焊缝金属韧性
（三）Ti、B对焊缝韧性的影响 大幅度提高焊缝韧性
（1）TiO 亲和力很大，TiO微小颗粒弥散分布，细化晶粒
（2）最佳含量 焊缝化学成分：w(C)=0.11～0.14%，w(Si)=0.20
～0.35%，w(Mn)=1.2～1.5%，w(O)=0.027～ 0.032%，w(N)=0.0028～0.0055%，
（一）铁素体 铁素体的形态不同： 1、先共析铁素体 Pro eutectoid Ferrite (PF)
粒界铁素体Grain Boundary Ferrite (GBF) 2、侧板条铁素体 Ferrite Side Plate (FSP) 3、针状铁素体 Acicular Ferrite (AF) 4、细晶铁素体 Fine Grain Ferrite (FGF)
w(Mn)=0.8～1.0%，w(Si) =0.10～0.25%，组 织为细晶铁素体（FGF）和针状铁素体（AF）， 韧性最好（-20oC AKV100J）
加入细化晶粒地合金元素，进一步改善组织， 提高焊缝韧性
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第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
（二）Nb和V对焊缝韧性的影响 适量的Nb和V可以提高焊缝冲击韧性。改善组
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第三章 焊接接头的组织和性能

第三章 焊接接头的组织和性能

1.1 焊接热影响区的组织转变特点
由于热影响区受热的瞬时性，即升温速度快、高温停留时 间短及冷却速度很快，使得扩散有关的过程都难以进行，进而 影响到组织庄边的过程及其进行的程度，由此出现了与等温过 程和热处理过程的组织转变明显不同的特点。
• 1.焊接加热过程的组织转变特点
(1) 组织转变向高温推移 由于焊接加热速度快，导致钢铁材料的相变温度Ac1和Ac3升高。 这就是说，焊接过程中的组织转变不同于平衡状态的组织转变，转 变过程已向高温推移。 焊接加热过程中组织转变向高温推移是由奥氏体化过程的性质 决定的。由铁素体或珠光体向奥氏体转变的过程是扩散重结晶过程， 需要有孕育期。在快速加热的条件下，来不及完成扩散过程所需的 孕育期，势必造成相变温度的提高。当钢中含有了碳化物形成元素 时，由于它们的扩散速度慢，而且本身还阻止碳的扩散，因而明显 减慢了奥氏体化的过程，促使转变温度升的更高。
硬度 HV
（1）最高硬度
图 3-33 所出了易淬 火和不易淬火两类钢 种焊接热影响区的硬 度分布情况。从右图 可以看出，无论是易 淬火钢和不易淬火钢， 其焊接热影响区的硬 度分布都是不均匀的， 而且在熔合线附近的 过热区中出现了比母 材还高的最高硬度 Hmax ，这正是过热区 发生淬硬及晶粒严重 粗化造成的结果。
一般而言，对组织其主要作用的冷
却时间是从某一特定温度冷却到另一种 特定温度所经历的时间。对于低合金钢 来说，这个特定的冷却时间往往选定相 变温度范围内的冷却时间，即从800 ℃ 冷却到500 ℃所经历的时间t8/5。采用解 析和作图方法可确定t8/5 与焊接参数的 关系。
图3-27给出了焊条电弧焊是t8/5 与工 艺参数关系的线算图， 可以确定给定的 焊接工艺参数下的t8/5 ，也可以按照t8/5 的要求来确定所需的焊接工艺参数。 例

熔焊原理：焊接接头的组织与性能

熔焊原理：焊接接头的组织与性能
2．区域偏析 在焊缝凝固中，柱状晶前沿向前推进的同时把低熔点物质(一般为杂质)排挤到 焊缝中心，使焊缝中心杂质的浓度明显增大，造成整个焊缝横截面范围内形成明 显的成分不均匀性，即区域偏析(图3—8)。由于偏析是在宏观尺寸的范围内形成 的，故又称为宏观偏析。 在焊接对焊接裂纹比较敏感的材料时，选择焊接参数应考虑对成形系数的要 求。 3．层状偏析 溶质浓度最高的区域颜色最深，溶质为平均浓度的区域颜色较淡，较宽的浅 淡色区则为溶质贫化区。这种偏析称为层状偏析。
熔焊原理：焊接接头的组织与性能
层状偏析的存在，说明焊缝的凝固速度在作周期性变化，但造成这种变化的 原因，目前尚未完全认识清楚。层状偏析对焊缝质量的影响目前研究的也不够充 分。现已发现，层状偏析不仅可能使焊缝金属的力学性能不均匀，有时还会沿层 状线产生裂纹或气孔等缺陷。
三、焊缝金属的固态相变 熔池凝固后得到的组织通常叫做一次组织，对大多数钢来说是高温奥氏体。 在凝固后的继续冷却过程中，高温奥氏体还要发生固态相变，又称为二次结晶， 得到的组织称为二次组织。焊缝经过固态相变得到的二次组织即为室温组织。二 次组织是在一次组织的基础上转变而成，二者承前启后，对焊缝金属的性能都有 着决定性的作用。 1．低碳钢焊缝的固态相变 低碳钢焊缝的二次组织主要是铁素体十少量的珠光体，这是因为其含碳量很 低所致。一般情况下，铁素体首先沿原奥氏体柱状晶晶界析出，可以勾画出凝固 组织的轮廓。当焊缝在高温停留时间较长而冷速又较高时，铁索体也可从奥氏体 晶粒内部沿一定方向析出，以长短不一的针状或片状直接插入珠光体晶粒之中， 而形成所谓魏式组织。而在冷却速度特别大时，低碳钢焊缝中也可能出现马氏体 组织。
熔焊原理：焊接接头的组织与性能
1．焊缝金属的变质处理 液体金属中加人少量合金元素使结晶过程发生明显变化，从而使晶粒细化的方 法叫做变质处理。 2．振动结晶 振动结晶是通过不同途径使熔池产生一定频率的振动，打乱柱状晶的方向并 对熔池产生强烈的搅拌作用，从而使晶粒细化并促进气体排出。常用的振动方法 有机械振动、超声振动和电磁振动等。

焊接接头的力学性能试验课件ppt

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渗透探伤
渗透探伤是在被检焊件上浸涂可以渗透的带有 荧光的或红色的染料，利用渗透剂的渗透作用，显 示表面缺陷痕迹的一种无损检测方法。该法具有操 作简单、成本低廉、不受材料性质的限制等优点， 广泛应用于各种金属材料和非金属材料构件的表面 开口缺陷的质量检验。
第一节 渗透探伤的原理、方法及应用
Mo低合金钢制容器上的C类和D类焊缝。 3)堆焊表面。 4)复合钢板的复合层焊缝。 5)上述1)、2)条中所指材料经火焰切割的坡口表面。 6)上述1)、2)条中所指材料，焊后经缺陷修磨或补焊处的表面。 7)上述1)、2)条中所指材料，在组装对接时临时焊在工件表面上的卡具、
拉肋等，组焊完成后拆除处的焊痕表面。 渗透探伤主要用于高强度级别的钢材。由于这类钢材焊接工艺性不好，
将工件表面的显像剂清洗干净。
第三节 渗透探伤缺陷的判别、分级与记录
一、缺陷判别 1.点状（圆状）缺陷显示痕迹 缺陷显示长度与宽度之比＜3的显示痕迹。如气孔等。 2.线状显示痕迹 缺陷显示长度与宽度之比≥3的显示痕迹。如裂纹、分层、 条状夹渣等 3.点线状显示痕迹 至少包含3个缺陷，缺陷间距＜2mm。 4.串列式显示痕迹 四个或四个以上圆形显示痕迹依次排列成行，其相邻边缘 的距离小于其中最小显示痕迹3倍的显示痕迹。
一、探伤前的预清理 四、保证力学性能试验可靠的条件
1)材料标准抗拉强度σb>540MPa的钢制压力容器上的C类和D类焊缝。 3)堆焊表面。
二、焊件表面的渗透处理 通过冷弯试验，可检测材料或焊接接头受拉面上的塑性变形能力及缺陷的显示能力。
(1)原材料及焊接材料的复检
三、焊件的乳化处理 溶剂清洗主要注意避免反复檫拭和长时间滞留。

3第三章焊接接头的组织和性能

3第三章焊接接头的组织和性能

3第三章焊接接头的组织和性能第3章焊接接头的组织和性能焊接熔池的结晶特点:非平衡结晶、联生结晶和竞争成长以及成长速度动态变化。

联生结晶：一般情况下，以柱状晶的形式由半熔化的母材晶粒向焊缝中心成长，而且成长的取向与母材晶粒相同，从而形成所谓的联生结晶。

（焊缝的柱状晶是从半熔化的母材晶粒开始成长的，其初始尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸，因而可以预料，在焊接热循环的作用下，晶粒易过热粗化的母材，其焊缝柱状晶也会发生粗化。

）竞争成长：只有最优结晶取向与温度梯度最大的方向（即散热最快的方向，亦即熔池边界的垂直方向）相一致的晶粒才有可能持续成长，并一直长到熔池中心。

焊接熔池的结晶形态：主要存在两种晶粒，柱状晶粒（有明显方向性）和少量的等轴晶粒。

其中，柱状晶粒是通过平面结晶、胞状结晶、胞状树枝结晶或树枝状结晶所形成。

等轴晶粒一般是通过树枝状结晶形成的。

具体呈何种形态，完全取决于结晶期间固-液界面前沿成分过冷的程度。

熔池结晶的典型形态：（1）平面结晶：固-液界面前方液相中的温度梯度G很大，液相温度曲线T不与结晶温度曲线T相交，因而液相中不存在成分过冷（实际温度低于结晶温度）L区。

在短距离内相交，形成较小的成分过冷（2）胞状结晶：液相温度曲线T与结晶温度曲线TL区。

断面呈六角形胞状形态。

(3)胞状树枝结晶：随固-液界面前方液相中的温度梯度G的减小，液相温度曲线T与结晶温相交的距离增大，所形成的成分过冷区增大。

度曲线TL（4）树枝状结晶：当固-液界面前方液相中的温度梯度G进一步减小时，液相温度曲线T 与结晶温度曲线T相交的距离进一步增大，从而形成较大的成分过冷区。

L（5）等轴结晶：自由成长，几何形状几乎对称。

随着成分过冷程度的增加，依次出现平面晶（形成较缓慢）、胞状晶、胞状树枝晶、树枝晶、等轴晶形态。

影响成分过冷的主要因素：熔池金属中溶质含量W、熔池结晶速度R、液相温度梯度G。

溶质含量W增加，成分过冷程度增大；结晶速度R越快，成分过冷程度越大；温度梯度G越大，成分过冷程度越小。

第2章2-5 焊接接头金相组织和性能

第2章2-5 焊接接头金相组织和性能

2、过热区（粗晶区） 此区的温度范围是处在固相线以下到 1100℃左右，金属是处于过热的状态，奥氏体 晶粒发生严重的长大现象，冷却之后得到粗大 的组织（一般对于低碳钢来说，焊后晶粒度都 在1~2级），在气焊和电渣焊的条件下，常出 现魏氏组织。 此区的韧性很低，通常冲击韧性要降低 20~30%。因此，焊接刚度较大的结构时，常在 过热粗晶区产生脆化或裂纹。过热区的大小与 焊接方法、焊接线能量和母材的板厚等有关， 气焊和电渣焊时比较宽，而真空电子束焊，激 光焊时过热区几乎不存在。过热区与熔合区一 样，都是焊接接头的薄弱环节。
部位 焊缝 熔合区（熔合 线） 加热温度范围 >1500℃ 1400~1250℃ 组织特征及性能 铸造组织、柱状树枝晶 晶粒粗大，可能出现魏氏组织，易产生裂纹， 塑性不好。
粗晶区（过热 区）
细晶区（相变 重结晶区） 混晶区（不完 全重结晶区） 时效脆化区 母材
1250~1100℃
1100~900℃ 900~730℃ 730~300℃ 300~室温

一 焊缝金属的组织与性能
1、组织——铸造组织 单层焊为柱状晶（前页） 多层焊可改善先焊焊道 组织（右图） 2、性能——与选用的焊接 材料和方法有关
二 焊接热影响区的组织分布
焊接时热影响区上各点距焊缝的远近不同， 经历的焊接热循环不同，就会出现不同的组织， 因而也就具有不同的性能。由此看来，整个焊 接热影响区的组织和性能是不均匀的。 1、熔合区 即焊缝与母材相邻的部位，又称半熔化区 （温度处于固液相线之间）。此区的范围很窄， 所以又称熔合线。但是由于在化学成分上和组 织性能上都有较大的不均匀性，所以对焊接接 头的强度、韧性都有很大的影响。在许多情况 下熔合区是产生裂纹，脆性破坏的发源地，因 此引起了普遍的重视。
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粒界铁素体Grain Boundary Ferrite (GBF) 2、侧板条铁素体 Ferrite Side Plate (FSP) 3、针状铁素体 Acicular Ferrite (AF) 4、细晶铁素体 Fine Grain Ferrite (FGF)
（1）粒界铁素体(GBF)(先共析铁素体PF)
一种是熔合区附近半熔化的金属界面晶粒表面 （主要的非自发形核表面）。
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
（二）熔池中的晶核长大 粗大的柱状晶
柱状晶生长的形态与焊接条件密切相关，如焊接 线能量、焊缝的位置、熔池的搅拌与振动等。
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
五、焊缝金属的化学成分不均匀性
冷速快，化学成分扩散不充分→偏析 （一）焊缝中的化学不均匀性
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
3、熔合区的成分分布 成分严重不均匀→性能下降 熔合区固液界面附近元素（溶质）的浓度分布
决定于该元素在固、液相中的扩散系数和分配系数。
*异种钢焊接时，特别注意这一问题。很多焊接 接头的早期失效与此有关。
分析焊缝和熔合区的化学不均匀性,为什么 会形成这种不均匀性?
1、从冷态开始到加热熔化，形成熔池的温度可达 2000℃以上，母材又是冷态金属，两者温差巨大。 并且随热源的移动局部受热区也在不断移动，造 成组织转变差异和整个接头组织不均匀。
• 焊接工程中，由于熔池中的冶金条件和冷却条件 不同，可得到性能差异很大的组。
• 同时有许多缺陷是在熔池凝固的过程中产生的， 如气孔、夹杂、偏析和结晶裂纹等。
• 另一方面，焊接过程是处于非平衡的热力学条件， 因此熔池金属在凝固过程中会产生许多晶体缺陷， 如点缺陷（空位和间隙原子）、线缺陷（位错） 和面缺陷（界面）。这些缺陷的发展严重影响焊 缝的金属的性能。
2300200 oC。钢锭不超过1550oC。
3、熔池在运动状态下结晶
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
二、熔池结晶的一般规律
形核与长大过程 在熔池状态下，结晶过程规律？焊缝金属结晶形态？ （一）熔池中晶核的形成
均匀形核与非均匀形核。过冷度，形核功。 焊接条件下，熔池中存在两种现成表面：
一种是合金元素或杂质的悬浮质点
是由晶界向晶内扩展的板条状或锯齿状铁素 体，实质是魏氏组织。其长宽比在20：１以上。侧 板条铁素体在低合金钢焊缝中不一定总是存在，但 出现的机会比母材多。
2、焊接熔池体积小，焊缝金属从熔化到凝固只有 几秒钟时间。在如此短时间内，冶金反应是不平 衡的，使焊缝金属的成分分布不均匀，有时区域 偏析很大。
3、焊接过程中温度高，液体金属蒸发，化学元素 烧损，有些元素在焊缝金属和母材金属之间相互 扩散，近缝区各段所处的温度不同，冷却后焊接 区的显微组织差别极大。
显微偏析 晶界、亚晶界、树枝晶之间
成分偏析 区域偏析 杂质等在焊缝中心区域聚集
层状偏析 结晶过程的周期性变化
层状偏析往往聚集有害元素，也易于形成缺陷， 尤其是气孔→力学性能不均匀，抗腐蚀性下降，断 裂韧性降低等。
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
（二）熔合区的化学不均匀性 整个焊接接头的薄弱环节。易出现缺陷，裂纹等。
一、 熔池凝固的特点
1、熔池的凝固条件和特点 1）结晶过程：晶核生成、晶核长大 2）熔池的体积小、冷却速度大
熔池的体积最大只有30cm3，重量不超过 100g。周围冷金属→冷速非常大， 4100oC/s。钢锭平均冷速（3 150） 10-4 oC/s。
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
2、熔池中的金属处于过热状态 电弧焊条件下，熔池温度1770100 oC，熔滴
焊接接头的组织与性能优秀课 件
熔焊时，在高温热源的 作用下，母材将发生局部熔 化，并与熔化了焊丝金属搅 拌混合而形成焊接熔池。
与此同时，进行了短暂而复 杂的冶金反应。
当焊接热源离开以后，熔池 金属便开始凝固（结晶）， 如图3-1。
• 熔池凝固过程的研究目的：
• 熔池凝固过程对焊缝金属的组织、性能具有重要 影响。
二、低合金钢焊缝的固态 相变组织
低合金钢焊缝二次组织，随匹配焊接 材料化学成分和冷却条件的不同，可由不 同的组织。以F为主，P、B、M占次要地 位。以F为主，F越细小，则韧脆转变温度 越低，一般以V型缺口冲击试件断口中纤 维区占50%时的温度VTS为判断.
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
（一）铁素体 铁素体的形态不同： 1、先共析铁素体 Pro eutectoid Ferrite (PF)
1、熔合区的形成 半熔化过渡状态、热传播不均匀、晶粒的传热方向不同
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
2、熔合区宽度
材料的液—固温度范围、被焊材料自身的热物 理性质和组织状态：
被焊金属的液相线温度
被焊金属的固相线温度
A TL TS T Y
温度梯度
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
低合金钢熔合区附近的温度梯度约为300～ 80oC/mm，液固相线温度差约40 oC，因此，一般电弧 焊条件下，熔合区宽度为：
A=40/（300～80）=0.133～0.50（mm） 奥氏体钢电弧焊：A=0.06～0.12mm
**熔合区的宽度对焊缝性能影响很大。由于焊接 工艺的因素，当熔合区宽度大时，焊缝的整体性能下 降。如奥氏体不锈钢的熔合区宽度在0.1mm时，对不 锈钢焊接接头的抗腐蚀性影响不大；但当该宽度较大 ，达到接近1mm时，则焊接接头的耐蚀性显著下降， 甚或出现裂纹。
先共析铁索体(PF)——是沿原奥氏体晶 界析出的铁素体。先共析铁素体也称晶界铁素 体。有的沿晶界呈长条状扩展，有的以多边形 形状互相连结沿晶界分布。
在高温区发生γ→α，相变时优先形成， 因晶界能量较高而易于形成新相核心。先共析 铁素体的位错密度较低。
（2）侧板条铁素体（FSP）生成于700一500℃
第三章 熔池凝固与焊缝固态相变
第二节 焊缝固态相变
一、低碳钢焊缝的固态相变 含碳量低→铁素体+珠光体。 特点：组织粗大，过热时铁素体中有粗大魏氏组织
一次结晶组织：粗大的柱状晶
改善措施： 1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶
组织破坏。 2 )焊后热处理：加热A3+20~30%消失柱状晶。 3)冷却速度：冷却速度↑，硬度↑