金属热加工原理7-8

1 7 8焊缝凝固 焊接 将两个或多个金属构件连接的加工方法 按其工艺特点 分为 熔化焊 压力焊 钎焊 焊接熔池的凝固过程与一般铸造时液态金属凝固没有本质的区别 服从凝固理论的一般规律 但焊接熔池的凝固过程还有其独有的一些特点 焊接是一个不均匀的加热和冷却过程 2 焊缝金属与铸件金属的凝固条件不同 体积小 冷却速度大 熔池金属中不同区域温差很大 中心部位过热温度最高 热源移动 凝固过程是一个动态过程熔池与母材界面是初生晶粒析出的部位 联生结晶 3 焊接熔池凝固及焊缝的形成 4 一 焊缝凝固特点1 外延生长 联生结晶 熔池中柱状晶的形成 研究证明 熔池结晶主要是非自发形核起主要作用 熔池中液态金属开始凝固时 熔池边界未熔的母材晶粒可作为非自发形核的现成基底 在很小的过冷度下 依附于母材晶粒逆热流方向生长 形成方向性很强的柱状晶 这种凝固特征就叫焊缝的外延生长 母材 柱状晶 5 典型熔池形状 2 弯曲柱状晶 熔池的形状和尺寸 受焊接时工艺参数的影响 典型的熔池轮廓像不标准的椭球 熔池的宽度B和深度H沿x轴连续变化 6 熔池的液相等温线及晶体生长线示意图 熔池的最大散热方向就是液相等温线的法线方向 焊接柱状晶粒呈弯曲状 晶粒沿焊接方向前倾并在焊缝中心部分回合 7 焊接速度对结晶形态的影响a 焊接速度大b 焊接速度小 焊接速度对晶粒生长形态有很大影响 焊接速度大时 柱状晶便趋向垂直于焊缝生长 焊接速度小时 柱状晶更弯曲 8 影响晶体形态的因素 熔池液体中的溶质浓度 熔池温度梯度G和凝固界面的移动速度R 3 凝固界面生长形式多样性 焊接熔池中的温度梯度与凝固速度比值G R 在不同凝固阶段是不同的 刚开始凝固时 G R很大 满足平面生长的条件 随凝固的继续 G R逐渐减小 在某一时刻后会发生成分过冷 转变为胞状生长 之后过渡到枝晶生长形式 在到达熔池尾端结束凝固时 G R最小 形成等轴树枝晶区 9 焊缝凝固时晶区划分示意图 10 二 焊缝金属的溶质偏析 层状偏析 与熔合线轮廓相似的各条曲线为层状偏析线 偏析层 偏析层的溶质浓度远高于焊缝金属的溶质平均浓度 11 层状偏析的特征 层状线与树枝晶主轴垂直相交 在结晶方向上可能有小角度变化层状线与熔合线的轮廓相似 层与层之间距离并不相等层状偏析与溶质原子不均匀分布有关层状偏析是不连续的有一定宽度的链状偏析带 产生原因 在凝固过程中柱状晶粒生长速度突然减缓时产生的 生长速度突变 偏析线由链状分布的点状偏析物组成 措施 减少熔池温度梯度 工件在焊接前预热 12 三 熔合区的组织 图7 53 熔合区 半熔化区3与相邻焊缝部分2构成熔合区 特点 熔合区的化学成分不均匀 母材与焊条的成分相差越大 成分不均匀性越明显 力学性能最差的部位 2 母材的熔合比越大 过渡层越明显 3 熔合区在液相存在的时间越长 能减小过渡层的生成倾向 熔化的母材在焊缝金属中所占比例 13 焊缝晶粒粗细与冲击韧性间的关系1 细晶组织2 粗晶组织3 粗大柱状晶 7 9焊缝凝固组织的控制 14 焊接过程中改善凝固组织 防止粗晶产生的主要措施 1 优化焊接工艺参数2 采用晶粒细化剂 变质处理 3 振动结晶 机械 电磁 超声波 15 习题 1 何谓形成晶体过程中的溶质再分布 什么是溶质平衡分配系数K0及其意义 2 对于K0 1的合金 在固相无扩散 液相仅有限扩散的凝固条件下 分析当凝固速度变大时 固相成分的变化及液相中溶质富集层的变化情况 3 什么是成分过冷及其产生的条件 成分过冷的大小受哪些因素影响 4 成分过冷的本质是什么 随成分过冷区宽度的增加 晶体生长形态如何变化 5 什么是伪共晶 实际的伪共晶区有哪两个特点 6 铸件的宏观凝固组织及其形成机