焊接-冶金第三章

1、焊接原理及工艺01020304熔池的凝固焊缝固态相变焊缝中的气孔和夹杂焊缝性能的控制第三章第三章0201熔池的凝固PART ONE1.1 熔池的凝固条件和特点焊缝 树枝状晶 熔合区 混晶 熔合区 混晶 HAZ 粗晶HAZ 细晶 熔池凝固：结晶、相变、缺陷焊缝性能，极其重要的研究 与铸钢过程类似，但又有独特的特点 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。 大的温度梯度柱状晶发达，无等轴晶，缺陷 1.1 熔池的凝固条件和特点2 2、熔池中的金属

2、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、熔池在运动状态下结晶 1.1 熔池的凝固条件和特点形核与长大过程形核与长大过程 （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

3、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）。 1.2 熔池结晶的一般规律（二）熔池中的晶核长大（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1.2 熔池结晶的一般规律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焊接溶池的外形是

4、椭球状的曲面，是结晶的等温面，溶池的面，是结晶的等温面，溶池的散热方向也垂直于结晶等温面，散热方向也垂直于结晶等温面，因此晶粒的成长方向也是垂直因此晶粒的成长方向也是垂直于结晶等温面的。于结晶等温面的。晶粒主轴的生长方向与结晶等晶粒主轴的生长方向与结晶等温面正交，并且以弯曲的形状温面正交，并且以弯曲的形状向焊缝中心生长。向焊缝中心生长。 1.3 熔池结晶线速度任一晶粒主轴，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

5、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 1.3 熔池结晶线速度 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。 1.3 熔池结晶线速度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，

6、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，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 1.3 熔池结晶线速度主要是柱状晶，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。 1.4 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

7、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。 1.4 熔池结晶的形态a)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（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

8、 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 1.4 熔池结晶的形态1.4 熔池结晶的形态2 2、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1.4 熔池结晶的形态3 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。1.4 熔池结晶的形态4 4、 树枝状结晶树枝状结晶产生条件：过冷度较大。产生条件：过冷度较大。特征：主枝长，

9、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。1.4 熔池结晶的形态5 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。 1.4 熔池结晶的形态综合综合结晶形态的不同，主要决定于结晶形态的不同，主要决定于合金中溶质的合金中溶质的浓度（杂质）浓度（杂质）C0、结晶速度（或晶粒长大速、结晶速度（或晶粒长大速度）度）R和液相的温度梯度的综合作用和液相的温度梯度的综合作用。q当结晶速度当结

10、晶速度R和温度梯度和温度梯度G不变时，随合不变时，随合金中金中溶质浓度的提高溶质浓度的提高，则成分过冷增加，则成分过冷增加，从而使结晶形态由平面晶变为胞状晶，从而使结晶形态由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、最后到等轴、胞状树枝晶、树枝状晶、最后到等轴晶晶q当合金中溶质的浓度当合金中溶质的浓度C0和温度梯度一定和温度梯度一定时，时，结晶速度结晶速度R越快越快，成分过冷的程度越，成分过冷的程度越大，结晶形态也可由平面晶过渡到胞状大，结晶形态也可由平面晶过渡到胞状晶、树枝状晶，最后到等轴晶晶、树枝状晶，最后到等轴晶q当合金中溶质浓度当合金中溶质浓度C0和结晶速度和结晶速度R一定一定时，随时，

11、随液相温度梯度的提高液相温度梯度的提高，成分过冷，成分过冷的程度减小，因而结晶形态的演变方向的程度减小，因而结晶形态的演变方向恰好相反，由等轴晶、树枝晶逐步演变恰好相反，由等轴晶、树枝晶逐步演变到平面晶到平面晶1.4 熔池结晶的形态（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

12、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 1.4 熔池结晶的形态1.4 熔池结晶的形态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

13、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 1.4 熔池结晶的形态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 150A150A300A300A450A450A1.4 熔池结晶的形态（一）（一）.焊缝焊缝中的化学成分不均匀性中的化学成分不均匀性

14、显微偏析：显微偏析： 先结晶的先结晶的合金溶质浓度合金溶质浓度C0低，后结晶的合金溶低，后结晶的合金溶质浓度质浓度C0高，即晶粒中心高，即晶粒中心C0高，边缘低高，边缘低 原因：原因：冷却速度快冷却速度快，来不及均匀化，来不及均匀化 要求要求细晶化细晶化，降低偏析，降低偏析区域偏析区域偏析 焊缝中心部位聚集较多低熔点杂质焊缝中心部位聚集较多低熔点杂质，柱状晶结柱状晶结晶晶的结果的结果层状偏析层状偏析 结晶（熔滴过渡）的结晶（熔滴过渡）的周期性周期性所致所致1.5 焊缝的化学成分不均匀性（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

15、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、热传播不均匀、晶粒的传热方向不同半熔化过渡状态、热传播不均匀、晶粒的传热方向不同 1.5 焊缝的化学成分不均匀性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1.5 焊缝的化学成分不均匀性 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

16、线温度差约，液固相线温度差约40 40 o oC C，因此，一般，因此，一般电弧焊条件下，熔合区宽度为：电弧焊条件下，熔合区宽度为： A=40/A=40/（3003008080）=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。由于焊接工艺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。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如奥氏体不锈钢的熔合区宽度在0.1mm0.1mm时，对不锈钢时，对不锈

17、钢焊接接头的抗腐蚀性影响不大；但当该宽度较大，达焊接接头的抗腐蚀性影响不大；但当该宽度较大，达到接近到接近1mm1mm时，则焊接接头的耐蚀性显著下降，甚或时，则焊接接头的耐蚀性显著下降，甚或出现裂纹。出现裂纹。 1.5 焊缝的化学成分不均匀性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

18、期失效与此有关。接头的早期失效与此有关。1.5 焊缝的化学成分不均匀性02焊缝固态相变PART TWO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，特点：组织粗大，过热时过热时铁素体中有铁素体中有粗大魏氏粗大魏氏组织组织 一次结晶组织：粗大的柱状晶一次结晶组织：粗大的柱状晶2.1 低碳钢焊缝的固态相变组织改善措施：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

19、却速度，硬度，硬度2.1 低碳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。学成分和冷却条件的不同，可由不同的组织。以以F F为主，为主，P P、B B、MM占次要地位。以占次要地位。以F F为主，为主，F F越细小，则韧脆转变温度越低，一般以越细小，则韧脆转变温度越低，一般以V V型缺型缺口冲击试件断口中纤维区占口冲击试件断口中纤维区占50%50%时的温度时的温度VTVTS S为判断为判断. . 2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（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

20、素体、先共析铁素体 Pro eutectoid Ferrite (PF) 粒界铁素体粒界铁素体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)2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（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)u 先共析铁索体先共析铁索体(PF)(PF)是沿原奥氏体晶界析出是沿原奥氏体晶界析出的铁素体。先共析

21、铁素体也称的铁素体。先共析铁素体也称晶界铁素体晶界铁素体。有。有的沿晶界呈长条状扩展，有的以多边形形状互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。相连结沿晶界分布。u 在高温区在高温区发生发生，相变时优先形成，因晶，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。体的位错密度较低。2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（2）侧板条铁素体（）侧板条铁素体（Ferrite Side Plate， FSP）v温度：温度：700-550 v位置：从晶界铁素体侧面向晶内生长位置：从晶界铁素

22、体侧面向晶内生长v形状：板条状，形态如镐牙状形状：板条状，形态如镐牙状v性能特点：使韧性下降性能特点：使韧性下降侧板条铁素体 Ferrite Side Plate (FSP)2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（3 3）针状铁素体（）针状铁素体（Acicular Ferrite ，AF） 2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织v温度：温度：500 ；v位置：在奥氏体晶粒内部位置：在奥氏体晶粒内部v形态：针状形态：针状v条件：中等冷却速度条件：中等冷却速度v性能特点：韧性好性能特点：韧性好（4 4）细晶铁素体）细晶铁素体 （Fine Grain Ferrite ，FGF）v温度：温度：500 以下以下

23、v位置：在奥氏体晶粒内部位置：在奥氏体晶粒内部v形状：细晶状形状：细晶状v条件：存在细化晶粒的元条件：存在细化晶粒的元素（素（Ti，B等）等）v性能特点：韧性好性能特点：韧性好晶内白色块状为晶内白色块状为FGF2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（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) ) 板条间为小倾角，板条内的位错密度很高。板条间为小倾角，板条内的位错密度很高。在用不同强度级别焊条所焊接的焊缝：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

24、 A；J707J707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。2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织针状铁素体 Acicular Ferrite (AF)FGF+P2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（一）珠光体（一）珠光体（P）转变（）转变（Pearite，P）热处理平衡状态热处理平衡状态

25、 珠光体转变珠光体转变ArAr-550 -550 ， C C、FeFe原子扩散比较原子扩散比较容易。珠光体转变为扩散型相变。（容易。珠光体转变为扩散型相变。（P P是是F F和和FeFe3 3C C的的层状混合物领先相层状混合物领先相FeFe3 3C C）焊接状态焊接状态非平衡转变，得到非平衡转变，得到P P量少，珠光体转变量小。若添加量少，珠光体转变量小。若添加B B 、TiTi合金元素，合金元素，P P转变全部被抑制。转变全部被抑制。一般情况不出现一般情况不出现P，只有在缓冷时，才会出现片状或粒，只有在缓冷时，才会出现片状或粒状的珠光体状的珠光体原因：焊接过程是一个不平衡过程，冷却速度快，

26、原因：焊接过程是一个不平衡过程，冷却速度快，C扩扩散受到抑制，很难出现散受到抑制，很难出现F/Fe3C片状结构片状结构442.2 低合金钢焊缝的固态相变组织45P+F粒P+AF2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（三）贝氏体（三）贝氏体 （B）转变（）转变（Bainite，B）（中温转变（中温转变550Ms）上贝氏体（上贝氏体（B上上）转变）转变q形成温度：形成温度：550450q形态：羽毛状形态：羽毛状q形成机理：扩散形成机理：扩散下贝氏体（下贝氏体（B下下）转变）转变q转变温度：转变温度：450MSq形态：针状铁素体和针状渗碳体机械混合，针与针之间呈一定的角形态：针状铁素体和针状渗碳体机械混

27、合，针与针之间呈一定的角度度q形成机理：扩散形成机理：扩散粒状贝氏体（粒状贝氏体（B粒粒）q形成温度高于上贝氏体形成温度高于上贝氏体q形态：无碳铁素体包围着富碳物质形态：无碳铁素体包围着富碳物质q转变产物：转变产物：F + Cm、M-A组织或残余奥氏体组织或残余奥氏体2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织中温转变，中温转变， 550 Ms（1）上贝氏体）上贝氏体 (Upper Bainite， Bu)v温度：温度：550-450 ；v位置：沿奥氏体晶界析出位置：沿奥氏体晶界析出v形态：呈羽毛状，平行的条状形态：呈羽毛状，平行的条状铁素体之间分布有渗碳体铁素体之间分布有渗碳体v性能特点：韧性较差（小

28、条状性能特点：韧性较差（小条状Fe3C分割了基体的连续性）分割了基体的连续性）2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（2）下贝氏体）下贝氏体 （Lower Bainite ，BL）v温度：温度：450 -Msv形态：针状铁素体和针状渗形态：针状铁素体和针状渗碳体的机械混合物碳体的机械混合物v性能特点：强度和韧性都较性能特点：强度和韧性都较好好2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（3）粒状贝氏体）粒状贝氏体 (Grain Bainite， BG)MA组元（组元（Constitution M-A) 在块状铁素体形成之后，待转变的富碳奥氏体呈岛状分布在块状铁素体形成之后，待转变的富碳奥氏体呈岛状分布在块状

29、铁素体之中，在一定的合金成分和冷却速度下，这在块状铁素体之中，在一定的合金成分和冷却速度下，这些富碳的奥氏体岛可转变为富碳马氏体和残余奥氏体。富些富碳的奥氏体岛可转变为富碳马氏体和残余奥氏体。富碳马氏体和残余奥氏体碳马氏体和残余奥氏体,硬度高。硬度高。在块状铁素体上的组元以粒状分布时，即为在块状铁素体上的组元以粒状分布时，即为“粒状粒状贝氏体贝氏体”。2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织5.马氏体马氏体(M)转变（转变（Martensite，M） （Ms以下）以下）低碳马氏体（板条马氏体）低碳马氏体（板条马氏体） 转变温度：转变温度：MS温度以下温度以下 形态：在奥氏体晶粒的内部形成细条状马氏体

30、板条，条形态：在奥氏体晶粒的内部形成细条状马氏体板条，条与条之间有一定的交角与条之间有一定的交角 形成机理：位错形成机理：位错高碳马氏体（片状马氏体）高碳马氏体（片状马氏体） 形态：马氏体较粗大，往往贯穿整个奥氏体晶粒，使以形态：马氏体较粗大，往往贯穿整个奥氏体晶粒，使以后形成的马氏体片受到阻碍后形成的马氏体片受到阻碍 形成机理：孪晶形成机理：孪晶2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织当焊缝中含量较高或合金元素含量较多时，在快冷条当焊缝中含量较高或合金元素含量较多时，在快冷条件下，冷却到件下，冷却到s以下，将发生马氏体转变。以下，将发生马氏体转变。（1）板条马氏体）板条马氏体（Lath Marte

31、nsite）、低碳马氏体、位）、低碳马氏体、位错型马氏体错型马氏体 v低碳低合金钢低碳低合金钢v奥氏体内部奥氏体内部v细条状细条状v综合性能指标在马氏体中最好综合性能指标在马氏体中最好2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织（2）片状马氏体）片状马氏体（Plate Martensite）、高碳马氏体、孪）、高碳马氏体、孪晶马氏体晶马氏体 v焊缝中含碳量大于焊缝中含碳量大于0.4%v粗大，经常贯穿奥氏体晶粒内部粗大，经常贯穿奥氏体晶粒内部v硬度高而脆硬度高而脆2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织532.2 低合金钢焊缝的固态相变组织2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织55焊缝金属连续冷却组织转变图焊缝金属

32、连续冷却组织转变图（WMWMCCTCCT图）图） WM-CCT图对于预测焊缝的组织及调节焊缝的性能图对于预测焊缝的组织及调节焊缝的性能具有重要意义。具有重要意义。2.2 低合金钢焊缝的固态相变组织03焊缝中的气孔和夹杂PART THREE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。 3.1 焊缝中的气孔一、气孔一、气孔（一）气孔的类型及其分布特征（一）气孔的类型及其分布特征1.气孔的类型及形成原因气孔的类型及形成原因类型：表面气孔、内部气孔类型：表面气孔、内部气孔形成原因形成原因q结晶时因气体溶解度突然下降来不及逸出残留在焊缝内结晶时因气体溶解度

33、突然下降来不及逸出残留在焊缝内部的气体（部的气体（H2、N2）q冶金反应产生的不溶于金属的气体（冶金反应产生的不溶于金属的气体（CO、H2O）3.1 焊缝中的气孔（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。

34、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。3.1 焊缝中的气孔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，形成沿结。凝固时逸出不足，形成沿结晶方向的条虫状气孔。晶方向的条虫状气孔。 在在熔池后部熔池后部，结晶期间，在柱状晶，结晶期间，在柱状晶界区域，由于温度低，界区域，由于温度低，C浓度高，浓度高，产生产生C的偏析，易发生反应：的偏析，易发生反应：FeO+C CO+Fe，反应产生的，反应产生的CO因因熔池金属粘度大，浮出阻力大而滞熔池金属粘度大，

35、浮出阻力大而滞留内部，并随结晶过程的进行而不留内部，并随结晶过程的进行而不断形成，故断形成，故气孔是沿结晶方向分布气孔是沿结晶方向分布的的3.1 焊缝中的气孔（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 3.

36、1 焊缝中的气孔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，尚时，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乘积为乘积为27.3027.30 1010-4-4%时，就出现大量气孔。时，就出现大量气孔。3.1 焊缝中的气孔（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

37、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。3.1

38、焊缝中的气孔（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3.1 焊缝中的气孔（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出有利于气体逸出但使熔滴变细但使熔滴变细比表面积增大比表面积增

39、大熔滴吸收的气体较熔滴吸收的气体较多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体导致气体残留残留形成气孔形成气孔 3.1 焊缝中的气孔（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

40、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3.1 焊缝中的气孔（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、MnOMnO、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，06AlNbCuN06AlNbCu

41、N钢钢 3.2 焊缝中的夹杂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3.2 焊缝中的夹杂04焊缝性能的控制 PART FOUR 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

42、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） 4.1 焊缝金属的固溶强化和变质处理w(Mn)=0.8%1.0%时，焊缝冲击吸收功最高 4.1 焊缝金属的固溶强化和变质处理 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（