熔池凝固与固态相变课件.pptx

1、1 熔池金属的凝固，模拟过程。熔池金属的凝固，模拟过程。熔化熔化凝固过程，快，不均匀，冶金反应，焊缝凝固过程，快，不均匀，冶金反应，焊缝 金属组织、性能、缺陷。金属组织、性能、缺陷。 23 第一节第一节 熔池凝固熔池凝固 4 第一节第一节 熔池凝固熔池凝固 焊缝焊缝 树枝状晶树枝状晶 熔合区熔合区 混晶混晶 熔合区熔合区 混晶混晶 HAZ HAZ 粗晶粗晶HAZ HAZ 细晶细晶 5 熔池凝固：熔池凝固：结晶、相变、缺陷结晶、相变、缺陷焊缝性能，极其重要的研究焊缝性能，极其重要的研究 一、熔池的凝固条件和特点一、熔池的凝固条件和特点 与铸钢过程类似，但又有独特的特点与铸钢过程类似，但又有独特的

2、特点 1 1、熔池的体积小，冷却速度大、熔池的体积小，冷却速度大 熔池的体积最大只有熔池的体积最大只有30cm3，重量不超过，重量不超过100g。周围冷金属周围冷金属冷速非常大，冷速非常大，4 100oC/s。钢锭平均冷。钢锭平均冷速（速（3 150） 10-4 oC/s。 大的温度梯度大的温度梯度柱状晶发达，无等轴晶，缺陷柱状晶发达，无等轴晶，缺陷 6 2 2、熔池中的金属处于过热状态、熔池中的金属处于过热状态 电弧焊条件下，熔池温度电弧焊条件下，熔池温度1770 100 oC，熔滴，熔滴2300 200 oC。钢锭不超过。钢锭不超过1550oC。 3 3、熔池在运动状态下结晶、熔池在运动状

3、态下结晶 7 二、熔池结晶的一般规律二、熔池结晶的一般规律 形核与长大过程形核与长大过程 在熔池状态下，结晶过程规律在熔池状态下，结晶过程规律？焊缝金属结晶形态焊缝金属结晶形态？ （一）熔池中晶核的形成（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。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：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一种是合金元素或杂质的悬浮质点 一种是熔合区附近半熔化的金属界面晶粒表面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）。（主要的非自发形核表面）。 8 （二）熔池中的晶核长大

4、（二）熔池中的晶核长大 柱状晶生长的形态与焊接条件密切相关，如焊接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。线能量、焊缝的位置、熔池的搅拌与振动等。 粗大的柱状晶粗大的柱状晶9 三、熔池结晶线速度三、熔池结晶线速度 熔池的结晶方向和线速度对焊接质量有很大的影响，熔池的结晶方向和线速度对焊接质量有很大的影响，特别是对裂纹、夹杂、气孔等缺陷的形成影响更大。特别是对裂纹、夹杂、气孔等缺陷的形成影响更大。 焊接溶池的外形是椭球状的曲面，是结晶的等温面，焊接溶池的外形是椭球状的曲面，是结晶的等温面，溶池的散热方向也垂直于结晶等温面，因此晶粒的成溶池的散热方向也垂直

5、于结晶等温面，因此晶粒的成长方向也是垂直于结晶等温面的。长方向也是垂直于结晶等温面的。晶粒主轴的生长方向与结晶等温面正交，并且以弯曲晶粒主轴的生长方向与结晶等温面正交，并且以弯曲的形状向焊缝中心生长。的形状向焊缝中心生长。 10 任一晶粒主轴，在任一点任一晶粒主轴，在任一点A的生长方向为的生长方向为A点的切点的切线（线（S-S线）线） 晶粒生长的平均线速度晶粒生长的平均线速度 vc = vcos 焊接速度焊接速度 规律：规律： 1. 1.晶粒生长的平均线速度是变化的晶粒生长的平均线速度是变化的 2.2.焊接工艺参数对晶粒生长方向及平均线速度均焊接工艺参数对晶粒生长方向及平均线速度均有影响有影响

6、 11 焊接速度越大焊接速度越大晶粒主轴的生长方向越垂直于晶粒主轴的生长方向越垂直于焊缝的中心线；焊缝的中心线； 焊接工艺参数对晶粒生长的影响：焊接工艺参数对晶粒生长的影响： 焊接速度越小焊接速度越小晶粒主轴的生长方向越弯曲。晶粒主轴的生长方向越弯曲。 12 焊接工艺参数对晶粒生长的影响：焊接工艺参数对晶粒生长的影响： 当晶粒主轴垂直于焊缝中心时，易形成脆弱的结当晶粒主轴垂直于焊缝中心时，易形成脆弱的结合面合面采用过大的焊接速度，常在焊缝中心出现纵采用过大的焊接速度，常在焊缝中心出现纵向裂纹。向裂纹。 焊接速度对晶粒生长平均线速度的影响明显：焊接速度对晶粒生长平均线速度的影响明显： 功率不变时

7、，焊接速度增大功率不变时，焊接速度增大晶粒生长平均线速度晶粒生长平均线速度增大，结晶加快。增大，结晶加快。 奥氏体钢和铝合金焊接时要特别注意奥氏体钢和铝合金焊接时要特别注意 13 四、熔池结晶的形态四、熔池结晶的形态 主要是柱状晶，少量等轴晶。等轴晶多为树枝晶。主要是柱状晶，少量等轴晶。等轴晶多为树枝晶。 14 四、熔池结晶的形态四、熔池结晶的形态 （一）纯金属的结晶形态（一）纯金属的结晶形态 1 1、正的温度梯度、正的温度梯度 液相温度高于固相温度，温度沿液相方向正增长液相温度高于固相温度，温度沿液相方向正增长 液相温度高，散热慢，平缓生长，形成平滑的晶界液相温度高，散热慢，平缓生长，形成平

8、滑的晶界 2 2、负温度梯度、负温度梯度 朝向液相温度降低，温度梯度为负，过冷度大，朝向液相温度降低，温度梯度为负，过冷度大，金属生长速度快，形成树枝晶。金属生长速度快，形成树枝晶。 15a)G0时的温度分布b)G0时的界面结晶形态d)G0时的界面结晶形态16 （二）固溶体合金的结晶形态（二）固溶体合金的结晶形态 除了温度梯度过冷，还有成分过冷除了温度梯度过冷，还有成分过冷 （三）成分过冷对结晶形态的影响（三）成分过冷对结晶形态的影响 1 1、平面结晶、平面结晶 液相的正温度梯度很大时，不出现成分过冷，液相的正温度梯度很大时，不出现成分过冷，平面生长，平面结晶平面生长，平面结晶 17182 2

9、、胞状结晶、胞状结晶 较小的成分过冷，胞状结晶。不稳定界面，出现芽胞较小的成分过冷，胞状结晶。不稳定界面，出现芽胞193 3、胞状树枝结晶、胞状树枝结晶 产生条件：过冷度稍大。产生条件：过冷度稍大。特征：主干四周伸出短小二次横枝，纵向树枝晶特征：主干四周伸出短小二次横枝，纵向树枝晶断面胞状。断面胞状。204 4、 树枝状结晶树枝状结晶产生条件：过冷度圈较大。产生条件：过冷度圈较大。特征：主枝长，主枝向四周伸出二次横枝，并能得特征：主枝长，主枝向四周伸出二次横枝，并能得到很好的生长。到很好的生长。215 5、等轴晶、等轴晶产生条件：过冷度大。产生条件：过冷度大。特征：结晶前沿长出粗大树枝晶，液相

10、内，可自发特征：结晶前沿长出粗大树枝晶，液相内，可自发生核，形成自由长大的等轴树枝晶。生核，形成自由长大的等轴树枝晶。 22 （四）焊接条件下的凝固（结晶）形态（四）焊接条件下的凝固（结晶）形态 熔池中成分过冷的分布在焊缝的不同部位是不同的熔池中成分过冷的分布在焊缝的不同部位是不同的 焊缝熔化边界（近熔合区），温度梯度大，结晶速焊缝熔化边界（近熔合区），温度梯度大，结晶速度小，成分过冷度小，成分过冷0 0平面晶发达平面晶发达 熔合区向焊缝中心过渡熔合区向焊缝中心过渡温度梯度逐渐变小，结晶温度梯度逐渐变小，结晶速度逐渐增大速度逐渐增大结晶形态由平面晶向胞状晶、树枝结晶形态由平面晶向胞状晶、树枝胞

11、状晶（柱状晶区）、等轴晶区发展胞状晶（柱状晶区）、等轴晶区发展 实际焊缝受各种因素的影响，结晶形态有异实际焊缝受各种因素的影响，结晶形态有异 2324 焊接工艺参数对焊缝结晶形态的影响：焊接工艺参数对焊缝结晶形态的影响： 1 1）焊接速度）焊接速度 速度增大速度增大熔池中心温度梯度下降熔池中心温度梯度下降中心成分过中心成分过冷增大冷增大焊缝中心出现大的等轴晶。焊缝中心出现大的等轴晶。 高速焊接，在焊缝中心形成高速焊接，在焊缝中心形成的等轴晶的等轴晶 低速焊接，在焊缝中心为低速焊接，在焊缝中心为的胞状树枝晶的胞状树枝晶 25 2 2）焊接电流）焊接电流 焊接速度一定时，焊接焊接速度一定时，焊接电

12、流较小电流较小（150A150A）时，得到）时，得到胞状组织胞状组织；增加电流增加电流（300A300A）时，得到）时，得到胞状树枝晶胞状树枝晶；电流大电流大（450A450A）时，出现更为）时，出现更为粗大的胞状树枝晶粗大的胞状树枝晶 图图3-32 HY803-32 HY80钢焊接电流的影响钢焊接电流的影响 150A150A300A300A450A450A26 五、焊缝金属的化学成分不均匀性五、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冷速快，化学成分扩散不充分偏析偏析 （一）焊缝中的化学不均匀性（一）焊缝中的化学不均匀性 成分偏析成分偏析 显微偏析显微偏析 区域偏析区域偏析 层

13、状偏析层状偏析 晶界、亚晶界、树枝晶之间晶界、亚晶界、树枝晶之间杂质等在焊缝中心区域聚集杂质等在焊缝中心区域聚集 结晶过程的周期性变化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，层状偏析往往聚集有害元素，也易于形成缺陷，尤其是气孔尤其是气孔力学性能不均匀，抗腐蚀性下降，断力学性能不均匀，抗腐蚀性下降，断裂韧性降低等。裂韧性降低等。 27 （二）熔合区的化学不均匀性（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。整个焊接接头的薄弱环节。易出现缺陷，裂纹等。 1 1、熔合区的形成、熔合区的形成 半熔化过渡状态、半熔化过渡状态、热传播不均匀、晶粒的传热方向

14、不同热传播不均匀、晶粒的传热方向不同 28 2 2、熔合区宽度、熔合区宽度 材料的液材料的液固温度范围、被焊材料自身的热物固温度范围、被焊材料自身的热物理性质和组织状态：理性质和组织状态： YTTTASL被焊金属的固相线温度被焊金属的固相线温度温度梯度温度梯度被焊金属的液相线温度被焊金属的液相线温度29 低合金钢熔合区附近的温度梯度约为低合金钢熔合区附近的温度梯度约为3003008080o oC/mmC/mm，液固相线温度差约，液固相线温度差约40 40 o oC C，因此，一般电弧，因此，一般电弧焊条件下，熔合区宽度为：焊条件下，熔合区宽度为： A=40/A=40/（3003008080）=

15、0.133=0.1330.500.50（mmmm） 奥氏体钢电弧焊：奥氏体钢电弧焊：A=0.06A=0.060.12mm0.12mm * * *熔合区的宽度对焊缝性能影响很大。由于焊接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降。如奥氏体不锈钢的熔合区宽度在0.1mm0.1mm时，对不时，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，达到接近1mm1mm时，则焊接接头的耐蚀性显著下降，时，则焊接接头的耐蚀性显著下

16、降，甚或出现裂纹。甚或出现裂纹。 30 3 3、熔合区的成分分布、熔合区的成分分布 成分严重不均匀成分严重不均匀性能下降性能下降 熔合区固液界面附近元素（溶质）的浓度分布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。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。接头的早期失效与此有关。31 第二节第二节 焊缝固态相变焊缝固态相变 一、低碳钢焊缝的固态相变一、低碳钢焊缝的固态相变 含碳量低含碳量低铁素体铁素体+ +珠光体。珠光体。特点：组织粗大，

17、特点：组织粗大，过热时过热时铁素体中有粗大魏氏组织铁素体中有粗大魏氏组织 一次结晶组织：粗大的柱状晶一次结晶组织：粗大的柱状晶32改善措施：改善措施：1)1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，使柱状晶组织破坏。组织破坏。2 )2 )焊后热处理：加热焊后热处理：加热A3+2030%A3+2030%消失柱状晶。消失柱状晶。3)3)冷却速度：冷却速度冷却速度：冷却速度，硬度，硬度333334 （一）铁素体（一）铁素体铁素体的形态不同：铁素体的形态不同：1、先共析铁素体、先共析铁素体 Pro eutectoid Ferrite (PF) 粒界铁素体粒界铁素

18、体Grain Boundary Ferrite (GBF)2、侧板条铁素体、侧板条铁素体 Ferrite Side Plate (FSP)3、针状铁素体、针状铁素体 Acicular Ferrite (AF)4、细晶铁素体、细晶铁素体 Fine Grain Ferrite (FGF)35（1 1）粒界铁素体）粒界铁素体(GBF)(GBF)(先共析铁素体先共析铁素体PF)PF) 先共析铁索体先共析铁索体(PF)(PF)是沿原奥是沿原奥氏体晶界析出的铁素体。先共析铁素体也称氏体晶界析出的铁素体。先共析铁素体也称晶晶界铁素体界铁素体。有的沿晶界呈长条状扩展，有的以。有的沿晶界呈长条状扩展，有的以多边

19、形形状互相连结沿晶界分布。多边形形状互相连结沿晶界分布。 在高温区发生在高温区发生，相变时优，相变时优先形成，因晶界能量较高而易于形成新相核心先形成，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。先共析铁素体的位错密度较低。36（2 2）侧板条铁素体（）侧板条铁素体（FSPFSP）生成于）生成于700700一一500500 是由晶界向晶内扩展的板条状或锯齿状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。其长宽比在铁素体，实质是魏氏组织。其长宽比在2020：以上：以上。侧板条铁素体在低合金钢焊缝中不一定总是存在。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

20、比母材多。，但出现的机会比母材多。 当当先共析铁素体和侧板条铁素体先共析铁素体和侧板条铁素体长大时，其长大时，其界面上界面上一侧的碳浓度增加，极为接近共析成一侧的碳浓度增加，极为接近共析成分，故分，故易分解为易分解为珠光体珠光体而出现于侧板条铁素体的而出现于侧板条铁素体的间隙之中。侧板条铁素体晶内位错密度大致和先共间隙之中。侧板条铁素体晶内位错密度大致和先共析块素体相当或稍高一些。析块素体相当或稍高一些。37 侧板条铁素体侧板条铁素体 Ferrite Side Plate (FSP)Ferrite Side Plate (FSP)38（3 3）针状铁素体（）针状铁素体（AFAF） 出现于原奥氏

21、体出现于原奥氏体晶内晶内的有方问性的细小铁素体的有方问性的细小铁素体宽约宽约2 2m m左右，长宽比多在左右，长宽比多在3 3：1 1以至以至1010：1 1的范的范围内。针状铁素体可能是以围内。针状铁素体可能是以氧化物或氮化物氧化物或氮化物( (如如TiOTiO或或TiN)TiN)为基点，呈放射状生长，相邻为基点，呈放射状生长，相邻AFAF间的方位差间的方位差为大倾角，其间隙存在有为大倾角，其间隙存在有渗碳体或马氏体渗碳体或马氏体，多半是，多半是M MA A组元，决定于合金化程度。针状铁素体晶内位组元，决定于合金化程度。针状铁素体晶内位错密度较高，为先共析铁素体的错密度较高，为先共析铁素体的

22、2 2倍左右。位错之倍左右。位错之间也互相缠结，分布也不均匀，但又不同于经受剧间也互相缠结，分布也不均匀，但又不同于经受剧烈塑性形变后出现的位错形态。烈塑性形变后出现的位错形态。39（4 4）细晶铁素体）细晶铁素体(FGF)(FGF)、( (贝氏体铁素体贝氏体铁素体) ) 生成于生成于450450以下。板条间为小倾角，板条内以下。板条间为小倾角，板条内的位错密度很高。的位错密度很高。如在用不同强度级别焊条所焊接的焊缝，如在用不同强度级别焊条所焊接的焊缝，J507J507焊条的焊缝中有焊条的焊缝中有FSPFSP，其间存在的确为珠光体，其间存在的确为珠光体，未见，未见M MA A；J707J707

23、焊条的焊缝中，出现的是块状焊条的焊缝中，出现的是块状M MA A组元；组元；J807J807焊条的焊缝中已无焊条的焊缝中已无PFPF，M MA A组元呈颗粒状；组元呈颗粒状；J907J907焊条的焊缝中，因合金化程度提高而出现板焊条的焊缝中，因合金化程度提高而出现板条状马氏体，部分条状马氏体，部分M MA A组元由颗粒状变成条状。组元由颗粒状变成条状。40针状铁素体针状铁素体 Acicular Ferrite (AF)Acicular Ferrite (AF)FGF+P41P+F粒粒P+AF（二）珠光体（二）珠光体 没有什么变化。没有什么变化。42（三）贝氏体（三）贝氏体 对焊缝性能影响很复杂

24、。对焊缝性能影响很复杂。粒贝粒贝羽状羽状B Bu u+ +板板M M43板板M M与与M-AM-AM+M-AM+M-A（四）马氏体（四）马氏体 有淬硬倾向的钢，焊后冷却时可能形成马氏体。有淬硬倾向的钢，焊后冷却时可能形成马氏体。冷裂纹形成概率增大冷裂纹形成概率增大 44 第三节第三节 焊缝中的气孔和夹杂焊缝中的气孔和夹杂 一、焊缝中的气孔一、焊缝中的气孔普遍存在的问题。重点是气孔的形成、影响和控制。普遍存在的问题。重点是气孔的形成、影响和控制。 45 （一）气孔的类型及其分布特征（一）气孔的类型及其分布特征溶解过多的气体。溶解过多的气体。H2、O2、CO2、CO、H2O等。等。1、氢气孔、氢气

25、孔 低碳钢和低合金钢，多数情况下，氢气孔出现在低碳钢和低合金钢，多数情况下，氢气孔出现在焊缝的表面，气孔的断面形状如同螺钉状，焊缝表面焊缝的表面，气孔的断面形状如同螺钉状，焊缝表面上呈喇叭口型，气孔四周有光滑内壁。上呈喇叭口型，气孔四周有光滑内壁。 有时在内部。含水量大。危害更大。有时在内部。含水量大。危害更大。 控制焊条含水，坡口清理干净，采用低氢焊条。控制焊条含水，坡口清理干净，采用低氢焊条。 氮气形成的气孔与氢气孔类似。氮气形成的气孔与氢气孔类似。46 2、CO气孔气孔 冶金反应产生的冶金反应产生的COCO。凝固时逸出不足，形成沿。凝固时逸出不足，形成沿结晶方向的条虫状气孔。结晶方向的条

26、虫状气孔。 47 （二）气孔形成机理（二）气孔形成机理（三）影响气孔形成的因素（三）影响气孔形成的因素1、冶金因素、冶金因素 熔渣的氧化性、药皮与焊剂的冶金反应、保护熔渣的氧化性、药皮与焊剂的冶金反应、保护气体的气氛、水份和铁锈等气体的气氛、水份和铁锈等 （1 1）熔渣氧化性的影响）熔渣氧化性的影响* * *对气孔敏感性影响很大对气孔敏感性影响很大 氧化性增大氧化性增大还原性增大还原性增大COCO气孔倾向增大气孔倾向增大 氢气孔倾向增大氢气孔倾向增大 48 适当地调整熔渣的氧化性，可防止这两种气孔。适当地调整熔渣的氧化性，可防止这两种气孔。 用用CC OO乘积表征乘积表征COCO气孔的倾向。在

27、酸性气孔的倾向。在酸性焊条焊接时，焊条焊接时，CC OO乘积为乘积为31.3631.36 1010-4-4%时，时，尚尚不出现气孔；在碱性焊条焊接时，不出现气孔；在碱性焊条焊接时，CC OO乘积乘积为为27.3027.30 1010-4-4%时，就出现大量气孔。时，就出现大量气孔。49 （2 2）焊条药皮和焊剂的影响）焊条药皮和焊剂的影响不仅与此有关，还与被焊材料有关。复杂。不仅与此有关，还与被焊材料有关。复杂。 F F能够与能够与H H结合形成稳固的结合形成稳固的HFHF，在焊接温度下几乎，在焊接温度下几乎不分解。所以，不分解。所以，F F能够有效的抑制氢气孔的形成。能够有效的抑制氢气孔的形

28、成。* *碱性焊条中都有碱性焊条中都有F F（萤石，（萤石，CaFCaF2 2）。）。* * *SiOSiO2 2和和CaFCaF2 2同时存在时，效果最好。同时存在时，效果最好。* *焊剂中氧化性组成物，如焊剂中氧化性组成物，如SiOSiO2 2、MnOMnO、FeOFeO等，等，对消除气孔也有效。对消除气孔也有效。* * *酸性药皮中不含酸性药皮中不含CaFCaF2 2，消除气孔主要靠氧化物。，消除气孔主要靠氧化物。50 （3 3）铁锈及水分的影响）铁锈及水分的影响铁锈、油污、水分，严重的影响。铁锈、油污、水分，严重的影响。生产中必须注意消除。生产中必须注意消除。2 2、工艺因素的影响、工

29、艺因素的影响工艺因素主要有焊接工艺参数、电流种类、操作技巧等工艺因素主要有焊接工艺参数、电流种类、操作技巧等51 （1 1）焊接工艺参数的影响）焊接工艺参数的影响 焊接电流、电压、焊接速度焊接电流、电压、焊接速度 保证在正常的焊接工艺参数下施焊保证在正常的焊接工艺参数下施焊 增大电流增大电流能增长熔池存在的时间能增长熔池存在的时间有利于气体逸有利于气体逸出出但使熔滴变细但使熔滴变细比表面积增大比表面积增大熔滴吸收的气体熔滴吸收的气体较多较多反而增加了气孔得到倾向。反而增加了气孔得到倾向。 不锈钢焊接，增大电流不锈钢焊接，增大电流焊条发热焊条发热药皮提前分解药皮提前分解增加气孔倾向增加气孔倾向

30、电弧电压太高电弧电压太高空气中的氮进入焊缝空气中的氮进入焊缝形成氮气孔形成氮气孔 焊接速度大焊接速度大结晶速度提高结晶速度提高气体逸出不足气体逸出不足导致气导致气体残留体残留形成气孔形成气孔 52 （2 2）电流种类和极性）电流种类和极性 交流焊比直流焊倾向大交流焊比直流焊倾向大 直流反接比直流正接倾向小直流反接比直流正接倾向小（3 3）工艺操作）工艺操作注意：焊前清除杂物注意：焊前清除杂物 焊条、焊剂烘干焊条、焊剂烘干 焊接规范保持稳定焊接规范保持稳定53 二、焊缝中的夹杂二、焊缝中的夹杂 （一）夹杂物种类及其危害性（一）夹杂物种类及其危害性 1 1、氧化物、氧化物SiOSiO2 2、MnO

31、MnO、TiOTiO2 2、AlAl2 2OO3 3等，硅酸盐形式存等，硅酸盐形式存在在大小、分布大小、分布聚集、成链状聚集、成链状热裂纹热裂纹2 2、氮化物、氮化物 FeFe4 4NN时效过程中析出，成针状。时效过程中析出，成针状。焊缝硬度提高，塑性、韧性急剧下降焊缝硬度提高，塑性、韧性急剧下降合理控制，可以得到强韧化效果。合理控制，可以得到强韧化效果。15MnVN15MnVN，06AlNbCuN06AlNbCuN钢钢 54 3 3、硫化物、硫化物焊条药皮或药剂。焊条药皮或药剂。主要的危害最大的夹杂物。主要的危害最大的夹杂物。MnSMnS、FeSFeS。形成低熔点共晶形成低熔点共晶热裂纹（主

32、要原因热裂纹（主要原因) ) （二）防止焊缝中夹杂物的措施（二）防止焊缝中夹杂物的措施 工艺参数工艺参数 工艺操作工艺操作 注意保护注意保护55 第四节第四节 焊缝性能的控制焊缝性能的控制 一、焊缝金属的固溶强化和变质处理一、焊缝金属的固溶强化和变质处理 合金元素的作用，复杂。结合具体的钢种、焊合金元素的作用，复杂。结合具体的钢种、焊接方法和焊接工艺规范具体分析。接方法和焊接工艺规范具体分析。 微合金化，微合金化，MoMo、V V、TiTi、NbNb、B B、ZrZr、AlAl和稀和稀土，细化晶粒土，细化晶粒强韧性提高。强韧性提高。 （一）（一）Mn和和Si对焊缝性能的影响对焊缝性能的影响 低

33、碳钢和低合金钢焊缝中不可缺少的元素低碳钢和低合金钢焊缝中不可缺少的元素 焊缝金属充分脱氧焊缝金属充分脱氧 提高焊缝的抗拉强度（固溶强化）提高焊缝的抗拉强度（固溶强化） 56 ww(Mn)=0.8%(Mn)=0.8%1.0%1.0%时，焊缝冲击吸收功最高时，焊缝冲击吸收功最高 57 焊缝中焊缝中w(Mn) 0.8%，w(Si) 0.10%，组织为，组织为粗大的先共析铁素体（粗大的先共析铁素体（PF） w(Mn) 1.0%，w(Si) 0.10%，组织为粗大的，组织为粗大的侧板条铁素体（侧板条铁素体（FSP） w(Mn)=0.81.0%，w(Si) =0.100.25%，组，组织为细晶铁素体（织为

34、细晶铁素体（FGF）和针状铁素体（）和针状铁素体（AF），），韧性最好（韧性最好（-20oC AKV 100J） 加入细化晶粒地合金元素，进一步改善组织，加入细化晶粒地合金元素，进一步改善组织，提高焊缝韧性提高焊缝韧性 58 （二）（二）Nb和和V对焊缝韧性的影响对焊缝韧性的影响 适量的适量的NbNb和和V V可以提高焊缝冲击韧性。改善组可以提高焊缝冲击韧性。改善组织，得到细小的织，得到细小的AFAF。 w w(Nb)=0.03(Nb)=0.030.04%0.04%，ww(V) =0.05(V) =0.050.10%0.10%时，焊缝韧性良好。时，焊缝韧性良好。 形成难熔的氮化物（形成难熔的氮

35、化物（NbNNbN、VNVN），固定焊缝中），固定焊缝中的的NN，韧性提高。，韧性提高。 合适的焊后热处理。必要焊后不再热处理，强烈合适的焊后热处理。必要焊后不再热处理，强烈的共格沉淀强化作用，强度大幅度提高，韧性下降的共格沉淀强化作用，强度大幅度提高，韧性下降 59 （三）（三）Ti、B对焊缝韧性的影响对焊缝韧性的影响 大幅度提高焊缝韧性大幅度提高焊缝韧性（1）TiO 亲和力很大，亲和力很大，TiO微小颗粒弥散分布，细化晶粒微小颗粒弥散分布，细化晶粒（2）最佳含量）最佳含量 焊缝化学成分：焊缝化学成分：w(C)=0.110.14%，w(Si)=0.200.35%，w(Mn)=1.21.5%，

36、w(O)=0.0270.032%，w(N)=0.00280.0055%， w(Ti)=0.010.02%，w(B)=0.00200.0060%。 60 61 （3）Ti保护保护B不被氧化。原子不被氧化。原子B偏聚于晶偏聚于晶界界(rB=9.8nm)，降低晶界能，抑制，降低晶界能，抑制PF(GBF和和FSP)析出，促进析出，促进AF形成，改善焊缝组织。形成，改善焊缝组织。62 （四）（四）Mo对焊缝韧性的影响对焊缝韧性的影响w(Mo)=0.200.35%，得到，得到FGF+AF，韧性最佳。，韧性最佳。 Mo和和Ti联合作用。联合作用。w(Mo)=0.200.35%，w(Ti)=0.030.05%

37、，良好的韧性。，良好的韧性。 大能量埋弧焊，大能量埋弧焊，0oC时，夏比冲击功时，夏比冲击功100J以上以上。（五）稀土元素对焊缝金属性能的影响（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，改善焊缝金属韧性 63 二、调整焊接工艺参数改善焊缝的性能二、调整焊接工艺参数改善焊缝的性能 （一）振动结晶（一）振动结晶 （1 1）低频机械振动）低频机械振动振动频率振动频率10000Hz10000Hz以下，振幅以下，振幅2mm2mm以下以下（2 2）高频超声振动）高频超声振动超声波发生器，频率超声波发生器，频率20000Hz20000Hz以上，振幅以上，振幅1010-4-4mmmm（3 3）电磁振动）电磁振动强磁场，搅动，细化晶粒；降低残余应力强磁场，搅动，细化晶粒；降低残余应力64 二、调整焊接工艺参数改善焊缝的性能二、调整焊接工艺参数改善焊缝的性能 （二）焊后热处理（二）焊后热处理 （三）多层焊接（三）多层焊接 （四）锤击焊道表面（四）锤击焊道表面 65 超声冲击改善焊接接头疲劳强度超声冲击改善焊接接头疲劳强度66