焊接熔池結(jié)晶的一般規(guī)律

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1、焊接熔池結(jié)晶的一般規(guī)律 焊接時(shí)，熔池金屬的結(jié)晶與一般煉鋼時(shí)鋼錠的結(jié)晶一樣，也是在過(guò)冷的液體金屬中，首先形成晶核和晶核長(zhǎng)大的結(jié)晶過(guò)程。生核熱力學(xué)條件是過(guò)冷度而造成的自由能降低；生核的動(dòng)力學(xué)條件是自由能降低的程度。從金屬學(xué)的結(jié)晶理論可知：金屬的結(jié)晶過(guò)程必須是液態(tài)金屬的溫度降低到“理論結(jié)晶溫度”以下才能進(jìn)行。液態(tài)金屬緩慢冷卻時(shí)，當(dāng)溫度降到某一點(diǎn)便開始結(jié)晶，直到全部結(jié)晶成固態(tài)金屬為止。在緩慢冷卻條件下，結(jié)晶時(shí)由于放出“結(jié)晶潛熱”，補(bǔ)償了熱的損失，所以在冷卻曲線上便出現(xiàn)了一個(gè)水平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)應(yīng)的溫度即為純金屬的“理論結(jié)晶溫度”T。在實(shí)際生產(chǎn)中，總是具有一定的冷卻速度，有時(shí)甚至很大，在這種情況下，純金屬的結(jié)

2、晶過(guò)程在一定的溫度過(guò)冷下才能進(jìn)行。T1低于 T0過(guò)冷度，冷卻速度越大，則所測(cè)得的實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度越大。從圖中還可以看出，液態(tài)金屬座結(jié)晶開始到結(jié)晶完了是需要一定時(shí)間，這就體金屬中產(chǎn)生一批晶核，然后這些晶核就吸附周圍液體中的原子面成長(zhǎng)，同時(shí)，還會(huì)有新的晶核不斷從液體金屬中產(chǎn)生，長(zhǎng)大，直到全部液體都轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，最后形成由許多外形不規(guī)則的晶粒所組成的多晶體。結(jié)晶過(guò)程就是由晶核的產(chǎn)生和成長(zhǎng)兩個(gè)基本過(guò)程所組成。1、生核 熔池中晶核的生成分為：非自發(fā)晶核、自發(fā)晶核。形成兩種晶核都需要能量1）自發(fā)晶核自發(fā)臨界晶核所需的能量23316FrEr：新相與液相間的表面張力系數(shù)。Fr：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)液固兩相自由能之

3、差。2）非自發(fā)形核4coscos32316323rFkE？：非自發(fā)晶核的浸潤(rùn)角見圖 3-3=0 EK=0液相中早有懸浮的質(zhì)點(diǎn)或現(xiàn)成表面。它們本身就是晶核。當(dāng)=180，EK=EK自發(fā)晶核=0180時(shí)，EK/EK=01 說(shuō)明非自發(fā)形核所需能量小于自發(fā)晶核。角的大小決定新相晶核與現(xiàn)成表面之間的表面張力。若新核與液相中厚有現(xiàn)成表面固體粒子的晶體結(jié)構(gòu)越相似表面張力越小，越小，EK越小。焊接時(shí)存在兩種非自發(fā)晶核質(zhì)點(diǎn)，一種是合金元素，另一種是現(xiàn)成表面，焊接熔池邊界，正是固液相的相界石，熔池邊界半熔化的母材晶粒表面為新相晶核的“基底”。2成長(zhǎng)原子由液相不斷地向固相轉(zhuǎn)移，晶核的成長(zhǎng)是通過(guò)二維成核方式長(zhǎng)大，但并不

4、是齊步前進(jìn)，長(zhǎng)大趨勢(shì)不同，有的一直向焊縫中部發(fā)展；有的只長(zhǎng)大很短距離就被抑制停止長(zhǎng)大。晶粒長(zhǎng)大要具有一定結(jié)晶位向，在焊縫邊界，作為晶核基底的母材晶粒是各向異性的，即結(jié)晶位向不同，因此在某一個(gè)方向上晶粒最易長(zhǎng)大；晶核的成長(zhǎng)是一個(gè)原子厚度從液相中吸收原子集團(tuán)來(lái)進(jìn)行的并連續(xù)不斷地吸附在晶體表面的小臺(tái)階處而迅速長(zhǎng)大。Fe、Cr、Cu、Ni 點(diǎn)陣，立方結(jié)晶有利位向（1、0、0）散熱最快方向，垂直等溫面、等溫線的結(jié)晶位向與散熱最快的方向一致，晶粒最易長(zhǎng)大，與熔池結(jié)晶等溫面相垂直的方向，也就是最大溫度梯度的方向。焊接時(shí)非自發(fā)晶核依附在半熔化母材晶粒表面上，以柱狀晶的形態(tài)不斷成長(zhǎng)，形成聯(lián)生結(jié)晶。所謂聯(lián)生結(jié)晶是指依附在半熔化的母材表面，成長(zhǎng)成與母材具有共同晶粒的現(xiàn)象，也稱交互結(jié)晶。可見金相照片。