焊接冶金学及金属材料焊接-教案-模块二.pdf
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1、 1 授课题授课题目:目:模块二模块二 焊缝组织与性能的控制焊缝组织与性能的控制 授课方式(请打)理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时 安排 教学大纲要求:焊接残余变形的种类和产生原因、减小和矫正焊接残余应力的方法。教学目的、要求(分掌握、熟悉、了解三个层次):1、了解熔池凝固的规律及焊缝化学成分不均匀的原因。2、掌握焊缝成分和性能控制的措施。教学重点及难点:重点:焊缝金属组织的调整及改善。难点:焊缝中的化学不均匀性。教 学内 容 备注 课题一课题一 熔池的凝固熔池的凝固 一熔池凝固的特点和规律一熔池凝固的特点和规律(一)熔池结晶的特点(1)熔池的体积小,冷却速度大 一般情况下焊缝中没有
2、等轴晶,只有在焊缝断面的上部有少量的等轴晶(电渣焊除外)。(2)熔池中的液态金属处于过热状态 由于液态金属的过热程度较大,合金元素的烧损比较严重,使熔池中非自发晶核的质点大为减少,这也是促使焊缝中柱状晶得到发展的原因之一。(二)熔池结晶的一般规律 1、熔池中晶核的形成 2、熔池中的晶核长大 二熔池结晶的形态二熔池结晶的形态(一)纯金属的结晶形态 1、正温度梯度(G0)2、负温度梯度(G0)(二)固溶体合金的结晶形态 下面仅按成分过冷的程度不同对结晶形态的影响进行讨论。(三)成分过冷对结晶形态的影响 1、平面结晶 2、胞状结晶 3、胞状树枝结晶 4、树枝状结晶 5、等轴结晶 (四)焊接条件下的熔
3、池结晶形态 实践证明,熔池中成分过冷的分布,在焊缝的不同部位是不同的,因此将会出现不同的结晶形态。在焊缝的熔化边界,由于温度梯度(G)较大,结晶速度(R)又较小,故成分过冷接近于零,所以平面晶得到发展。随着远离熔化边界向焊缝中心过渡时,温度梯度(G)逐渐变小,而结晶速度逐渐增大,所以结晶形态将由平面晶向胞状晶、树枝胞状晶(柱状晶区),一直到等轴晶发展。图 2-12 示意的表示了结晶形态的变化过程。在对焊缝 2 凝固组织的金相观察中,证实了上述结晶形态变化的趋势。1、焊接速度的影响 低速焊接时,在熔合线附近出现胞状树枝晶,在焊缝中心出现较细的胞状树枝晶。当焊接速度增大,熔池中心的温度梯度下降很多
4、,使熔池中心的成分过冷加大,因此快速焊接时,在焊缝中心往往出现大量的等轴晶;2、焊接电流的影响 当焊接速度一定,焊接电流较小(150A)时,焊缝得到胞状组织;增加电流到 300A时,得到胞状树枝晶;电流继续增大到 450A 时,出现更粗大的胞状树枝晶。三焊缝金属的化学成分不均匀性三焊缝金属的化学成分不均匀性(一)焊缝中的化学不均匀性 1、显微偏析 2、区域偏析 当焊接速度较大时,成长的柱状晶最后都会在焊缝中心附近相遇(见图 2-15)。使溶质和杂质都聚集在那里,凝固后在焊缝中心附近出现区域偏析。一般来说,杂质含量越高的区域,熔点越低。在结晶后期,在应力作用下,容易产生焊缝纵向热裂纹。除了焊接速
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