最新固定管板焊(焊缝金属的结晶)

固定管板焊(焊缝金属
的结晶)
【组织教学】
1、点名检查学生出勤情况
2、强调课堂纪律
【作业点评】
1、上次作业质量情况
2、对出现问题较多的进行课堂纠正
【复习提问】
1、焊缝金属脱氧的途径有哪些?哪种焊条脱氧
效果好?
2、为什要向焊缝金属渗合金?渗合金的方式有几
种?
【相关工艺】
固定管板焊（焊缝金属的结晶）
1、焊缝金属的一次结晶
焊缝金属由要液态转变为固态的过程。

即焊缝金属晶体结构的形成过程，称为焊缝金属一次结晶；它遵循着金属结晶的一般规律，包括“形核”和长大”两个阶段。

在熔池中，最先出现晶核的部位是在熔合线上。

此处散热快、温度最低，半熔化晶粒形成附近液态金属结晶的晶核。

由于晶体是向着与散热方向相反的方
向长大，同时也向两侧长大，因此受到相邻长大的晶体的阻碍，使晶粒生长方向指向熔池中心，形成柱状结晶。

当柱状晶粒不断长大至互相接触时，焊缝的结晶过程结束。

2、焊缝结晶过程中的偏析现象
焊缝金属在一次结晶时冷却速度很快，固相内的成分很难趋于一致，而且结晶又有先后，因此在相当大的程度上存在着化学成分不均匀性，而产生偏析。

偏析导致焊缝性能改变，同时也是产生裂纹、气孔、夹杂物等焊接缺陷的主要原因之一。

焊缝中的偏析主要有显微偏析、区域偏析和层状偏析。

(1)显微偏析在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分不均匀现象，称为显微偏析。

柱状晶粒“生长”的过程，一方面是结晶的轴向延长，另一方面是径向扩展。

焊缝结晶时，最先结晶的结晶中心(即结晶轴)的金属最纯，而后结晶的部分含合金元素和杂质略高，最后结晶的部分，即晶粒的外缘和前端含合金元素和杂质最高。

在一个柱状晶粒内部合金元素分布不
均匀现象叫晶内偏析。

焊缝结晶过程是无数个柱状晶粒同时生长的过程，每个晶粒均有自己的枝晶轴，均以自己的晶轴为中心向四周和前方发展，相邻晶粒之间的液体，结晶最迟，含有较多合金元素和杂质，称为晶间偏析。

影响显微偏析的主要因素是金属的化学成分。

金属的化学成分不同，金属开始结晶和结晶终了的区间也就不相同，结晶区间越大，就越易产生显微偏析。

一般对于低碳钢来说，因其结晶开始和终了的温度区间不大，所以显微偏析并不严重。

而在高碳钢、合金钢中含合金元素较多，结晶区间大，显微偏析现象就很严重，经常会因此而引起热裂纹等缺陷。

所以高碳钢、合金钢等焊件焊后必须进行扩散及细化晶粒的热处理，以此来消除显微偏析现象。

(2)区域偏析熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，把杂质推向熔池中心，使熔池中心的杂质含量要比其他部位高，这种现象称为区域偏析。

由于焊缝断面的形状不同，产生偏析的位置会发生变化。

窄焊缝时，各柱状晶粒的交界在中心，因此
便有较多的杂质聚集在窄焊缝的中心，这时极易形成热裂纹。

宽焊缝时，杂质便聚集在焊缝上部，这种情况对焊缝在高温时的影响不大。

利用这一特点可降低焊缝生成热裂纹的可能。

例如，同样厚度的钢板，用多层多道焊要比采用一次深焊焊完产生热裂的倾向小得多。

(3)层状偏析焊接熔池始终处于气流和熔滴金属的脉动作用下，所以无论是液态金属的流动或热量的传递都具有脉动的性质。

同时，熔池在结晶过程中要放出结晶潜热，当结晶潜热达到一定数值时，熔池的结晶出现暂时停顿，以后随着熔池的散热，结晶又开始。

这些都可能使晶体成长速度出现周期性变化。

晶体长大速度的这种变动，伴随着出现结晶前沿液态金属中夹杂浓度的变化，形成周期性的偏析现象，称为层状偏析。

层状偏析常集中一些有害元素，缺陷往往出现在偏析层中。

焊接时，由于熔池杂质的聚集，加之断弧点的熔池搅拦不够强烈等综合作用的结果，在焊缝收尾处
有时会出现裂纹，这种弧坑裂纹多半是由于弧坑偏析所引起的。

3．焊缝金属的二次结晶
一次结晶结束后，熔池金属就转变为固态的焊缝。

高温的焊缝金属冷却到室温时，要经过一系列的相变过程，这种相变过程就称为焊缝金属的二次结晶。

低碳钢焊缝在常温下的组织，即二次结晶后的组织为铁素体加珠光体。

在低碳钢的平衡组织中(即非常缓慢地冷却下来所得到的组织)珠光体含量很少，但由于焊缝的冷却速度较大，所得珠光体含量一般较平衡组织中的含量大。

冷却速度越大，珠光体含量越高，而铁素体越小，材料硬度和强度均有所提高，而塑性和韧性则有所降低。

4．焊接热影响区
(1)焊接热循环焊接过程中热源沿焊件移动，在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程，称为该点的焊接热循环。

在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的热循环不同。

当热源向该点靠近时，该点温度随之升
高，直至达到最高值，随着热源的离开，温度又逐渐降低，整个过程可以用一条曲线来表示，叫热循环曲线。

加热速度、最高温度Tm、相变温度(TA)以上停留时间tA和冷却速度等焊接热循环的主要参数。

焊接热循环是焊接接头经历的特殊热处理过程，这种过程必然会造成焊接热影响区不均匀的组织和性能。

(2)焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区就是指在焊接过程中，母材因受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域。

焊接热影响区的组织和性能，基本上反映了焊接接头的性能和质量。

现以低碳钢和不易淬火钢(如16Mn、15MnV、
15MnTi等)为例，讨论其热影响区的组织和性能。

根据其组织特征可分为四个小区。

1)熔合区熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。

即熔合线附近，又称半熔化区，温度处在铁碳合金状态图中固相线和液相线之间。

在靠近热影响区的一侧，其金属组织是处于过热状态的组织，塑性很差。

在各种熔化焊的条件下，这个区的
范围虽然很窄，甚至在显微镜下也很难分辨，但对焊接接头的强度、塑性都有很大的影响。

熔合区往往是使焊接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地。

2)过热区过热区所处的温度范围是在固相线以下到1100℃左右的区间内，在这样高的温度下，奥氏体晶粒严重长大，冷却以后就呈现为晶粒粗大的过热组织。

在气焊和电渣焊的条件下，在这部分组织中可以出现魏氏体组织。

过热区的塑性很低，尤其是冲击韧度降低20％～30％。

如果在焊接刚性较大的结构时，常会在过热区出现裂纹。

过热区的范围宽窄与焊接方法、焊接工艺参数和母材的板厚等有关。

气焊和电渣焊时比较宽；手弧焊和埋弧焊时比较窄；真空电子束焊时，过热区几乎不存在。

3)正火区正火区的温度范围约在Ac3～11OO℃之间。

钢被加热到Ac3以上稍高的温度后再冷却，将发生重结晶。

即常温时的铁素体和珠光体此时全部转变为奥氏体，然后在空气中冷却，使金属内部重新结晶，而获得均匀而细小的铁素体和珠光体晶粒。

因此，正火区的金属组织即获得相当于热处理时的正火组织，该区也可称为相变重结晶区或细晶区，其力学性能略高于母材。

4)不完全重结晶区该区处于ACl～Ac3之间温度范围内。

焊接时金属中的珠光体和部分铁素体转变为奥氏体，但历保留部分铁素体。

冷却时，奥氏体晶粒又发生重结晶过程，得到晶粒细小的铁素体和珠光体组织，而始终未转变为奥氏体的铁素体却长大了，变成了粗大的铁素体组织。

因此这个区域的金属组织是不均匀的，致使力学性能也不均匀，强度稍有下降。

除此以外，若母材焊接前经过冷加工出现塑性变形或由于焊接应力而造成的变形，将发生再结晶过程。

在金相组织上也有明显的变化，即存在着再结晶区。

如果焊接前母材未有塑性变形，那就不会发生再结晶现象，就没有再结晶区。

根据热影响区宽度的大小，可以间接判断焊接质量。

一般来说，热影响区越窄，则焊接接头中内应力越大，越容易出现裂纹；热影响区越宽，则对焊接接头力学性能不利，变形也大。

因此，在工艺上应在保
证不产生裂纹的前提下，尽量减小热影响区的宽度，这对整个焊接接头的性能是有利的。

热影响区宽度的大小取决于焊件的最高温度分布情况，因此，焊接方法对热影响区宽度的影响很大。

【课堂小结】
1、焊缝金属的一次结晶；
2、焊缝结晶过程中的偏析现象；
3、焊缝金属的二次结晶；
4、焊接热影响区；
【布置作业】
1、什么叫焊缝金属的一次结晶和二次结晶?
2、什么叫偏析?焊缝偏析有几种形式?偏析有什么危害?
【技能教学组织】
1、点名,检查学生出勤情况；
2、检查学生的劳保穿戴情况，并给予指正；
3、准备实习设备、材料及工具。

【示范指导】
1、了解焊缝金属结晶的过程；
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2、明确焊缝偏析的特点及技能的应用。

【巡回指导】
1、分组布置任务；
2、焊缝偏析的特点及技能的应用。

【结束指导】
1、课题技能掌握训练情况：
2、安全操作情况：
3、纪律情况：
4、卫生情况：
5、应注意的问题：
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