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2026-01-05 21:31本頁面

　　

【正文】池中的熔融的焊接材料一起在電弧吹力作用下，對流至熔池后部。隨著熱源的離去，熔池后部的液態金屬立即開始凝固。因此，凝固過程是連續進行并隨熔池前進。圖 511 熔池的運動狀態下結晶第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 45 4. 液態金屬對流激烈 ? 熔池中存在許多復雜的作用力，如電弧的機械力、氣流吹力、電磁力，以及液態金屬中密度差，使熔池金屬產生強烈的攪拌和對流，在熔池上部其方向一般從熔池頭部向尾部流動，而在熔池底部的流動方向與之正好相反，這一點有利于熔池金屬成分分布的均勻化與純凈化。第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 46 二、熔池結晶特征 ? 聯生結晶 ? 柱狀晶生長方向與速度的變化 ? 熔池凝固組織形態的多樣性第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 47 1. 聯生結晶 ? 在熔池中存在兩種現成固相表面：一種是合金元素或雜質的懸浮質點（在正常情況下所起作用不大）；另一種就是熔池邊界未熔母材晶粒表面，非自發形核就依附在這個表面，在較小的過冷度下以柱狀晶的形態向焊縫中心生長，稱為聯生結晶 (也稱外延生長 )。第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 48 2. 柱狀晶生長方向與速度的變化 ? 典型的焊接熔池形狀像不標準的半橢球。熔池的形狀和大小，受母材的熱物理性質、尺寸和焊接方法以及工藝參數等因素的影響。焊接速度增大 , L增加 , Bmax減小 . 第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 49 ?熔池的最大散熱方向是液相等溫線的法線方向 ,晶體生長方向與最大散熱方向正好相反 , 因此在生長過程中不斷改變方向 ,形成彎曲狀柱狀晶。生長速度 R與焊接速度 υ滿足關系式 : ?c o sυ?R在熔合區上晶粒開始成長的瞬時（圖中 H 和 F點） , 晶粒生長線速度 R為零，即焊縫邊緣的生長速度最慢。而在熱源移動后面的焊縫中心（ D點），晶粒生長速度 R與焊接速度 υ相等，生長最快。一般情況下，由于等溫線是彎曲的，其曲線上各點的法線方向不斷地改變，因此晶粒生長的有利方向也隨之變化，形成了特有的彎曲柱狀晶的形態。第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 50 ? 焊接速度大時，焊接熔池長度增加 , 柱狀晶趨向垂直于焊縫中心線生長。焊接速度越慢 , 柱狀晶越彎曲。最后結晶的低熔點夾雜物易被推移到焊縫中心區域，形成脆弱的結合面，因此垂直于焊縫中心線的柱狀晶，易導致縱向熱裂紋的產生。焊接速度快焊接速度慢第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 51 3. 熔池凝固組織形態的多樣性 ? 在熔池兩側翼邊界，由于結晶速度 R非常小，溫度梯度 G較大，G/R 則很大，成分過冷接近于零，滿足平面晶生長的條件。隨著凝固界面遠離熔合區邊界向焊縫中心推進時 , 結晶速度 R逐漸增大，而溫度梯度 G減小 , G/R 逐步減小，成分過冷逐漸增大，平面生長將轉為胞狀生長；隨著成分過冷的進一步加大，樹枝晶生長的方式逐漸占主導地位，在到達熔池尾端結束凝固時，成分過冷度最大，有可能形成等軸樹枝晶區。第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 52 三、熔池結晶組織的細化通過提高形核率和抑制晶粒長大兩個方面 1．變質處理通過焊接材料向熔池加入一定量的合金元素 (如B、 Mo、 V、 Ti、 Nb等 ) , 作為熔池中非自發晶核的質點 ,從而使焊縫晶粒細化。 2．振動結晶采用振動的方法來打斷正在成長的柱狀晶，增大晶粒游離傾向，達到細化晶粒的目的。振動方式主要有機械振動、超聲振動和電磁攪拌。 3．焊接工藝采用恰當的焊接工藝措施，也可改善熔池凝固結晶。主要方法是小線能量、多層焊和錘擊焊道表面等。第五章鑄件及焊縫宏觀組織及其控制 53

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