304第三节焊区金属结晶过程

焊接技能训练教案目标群体教学时间授课教师教学日期2h课程领域焊接专业课——焊接工艺学主要行为第五章金属熔焊过程部分行为第三节焊区金属结晶过程教学目标专业能力目标：1、掌握焊区金属结晶过程；2、掌握焊缝中的夹杂物。方法能力目标：1、具有较强的理论联系实际的能力；2、刻苦钻研，精益求精，认真做事的工作态度。社会能力目标：1、具有较强的安全意识和环保意识；2、具有良好的职业素质和职业道德；3、具有良好的团队协作能力和良好的人际交往能力。教学重点和难点重点：1、掌握焊区金属结晶过程；2、掌握焊缝中的夹杂物。难点：抽象的概念和理论分析怎样形象地传达给学生，让学生从感性认识转化为充分理解。教学方法和手段黑板板书，课堂提问，互动教学教学用具挂图、机件、多媒体设备教学内容与组织组织教学复习导入讲授新课第五章金属熔焊过程第三节焊区金属结晶过程一、焊缝金属的一次结晶二、焊缝中的夹杂物三、焊缝结晶过程中的偏析四、焊缝金属的二次结晶课堂小结布置作业教学后记焊接技能训练教案组织教学：组织纪律、清点人数、填写教学日志复习导入：1、焊接区内气体及对焊缝区的保护；2、焊缝金属中硫和磷的控制。讲授新课：第五章金属熔焊过程第三节焊区金属结晶过程焊缝金属从高温的液体状态冷却至常温的固体状态经历了两次结晶过程：1、从液相转变为固相的一次结晶；2、在固相焊缝金属中出现同素异构转变的二次结晶。焊缝金属结晶过程对焊缝金属的组织和性能有重大影响。焊接过程中的许多缺陷如气孔、裂纹、夹杂、偏析等大多是在熔池结晶时产生的。一、焊缝金属的一次结晶1、定义焊缝金属由液态转变为固态的凝固过程称为焊缝金属的一次结晶。2、基本过程一次结晶包含两个基本过程：（1）形成晶核焊接时，随着电弧的移去，熔池液体金属周围温度逐渐降低。由于熔合线处散热条件好，是熔池温度最低的地方，所以，当液态金属达到凝固温度时（实际结晶温度要比理论的低些），熔合线上的半熔化晶粒就称为附近液态金属结晶的晶核。（2）晶核长大随着温度的不断下降，晶核开始朝着与散热方向相反的方向长大，即垂直熔合线指向熔池中心方向。同时也想两侧缓慢长大，形成柱状结晶。当柱状结晶不断长大至相互接触时，焊缝的一次结晶过程结束。二、焊缝中的夹杂物1、夹杂物由焊接冶金反应产生的，焊后残留在焊缝金属中的微观非金属杂质，称为夹杂物。2、夹杂物种类焊接技能训练教案（1）硫化物（2）氧化物（3）氮化物三、焊缝结晶过程中的偏析1、偏析的定义焊缝金属中化学成分分布不均匀的现象称为偏析。2、偏析的产生主要产生在一次结晶时。3、偏析的影响（1）偏析的化学成分分布不均导致性能改变；（2）偏析的化学成分分布不均导致产生裂纹、气孔、夹杂物等焊接缺陷。3、偏析的分类焊缝中的偏析主要有：（1）显微偏析在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分分布不均匀现象称为显微偏析。晶内偏析：熔池一次结晶时，最先结晶的结晶中心金属最纯，后结晶部分含其它合金元素和杂质略高，最后结晶部分，即结晶的外端和前缘所含其它合金元素和杂质最高。这样一个晶粒内部化学成分分布不均匀的现象叫晶内偏析。晶间偏析：焊缝结晶过程是无数个柱状晶粒同时生长的过程。每个晶粒都有自己的结晶轴，很多相邻的晶粒都是以自己的结晶轴为中心向四周和前方扩展，所以，相邻晶粒之间的液体金属结晶最迟，含有较多的合金元素和杂质，这种晶粒之间化学成分分布不均匀的现象叫晶间偏析。（2）区域偏析熔池一次结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，会把杂质“赶”向熔池中心，使熔池中心的杂质含量比其它部位多，这种现象称为区域偏析。焊缝的断面形状对区域偏析的分布影响很大。窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在其焊缝的中心，因此焊缝中心聚集有较多的杂质，见图a。这种焊缝在其中心部位极易产生热裂纹。宽而浅的焊缝，杂质则聚集在焊缝的上部，见图b，这种焊缝具有较高的抗热裂能力。焊接生产时，可以利用这一特点来降低焊缝产生裂纹的可能性：对于同样厚度的钢板，用多层多道焊要比用一次深熔焊的焊缝抗热裂纹的能力强很多。（3）层状偏析焊接熔池始终是处于气流和熔滴金属的脉动作用下。所以，金属的流动、热量的提供都是脉动的。这就使熔池结晶也是周期性的停顿，使晶体长大出现周期性的增加和减少，晶粒长大速度的变化引起结晶前沿液体金属中夹杂浓度的变化，形成周期性的偏析，称为层状偏析。焊接技能训练教案层状偏析集中了一些有害元素，因此缺陷往往出现在层状偏析中。由层状偏析所造成的纵（a）、横(b)气孔（如下图）。四、焊缝金属的二次结晶1、定义一次结晶结束后,熔池就转变为固体的焊缝。高温的焊缝金属冷却到室温时,要经过一系列的组织相变过程,这种相变过程称为焊缝金属的二次结晶。2、低碳钢焊缝二次结晶组织性能低碳钢焊缝金属二次结晶结束时,其组织为铁素体加珠光体。由铁碳合金状态图可知，其中铁素体约占82%，珠光体约占18%，焊缝金属的硬度约为83HBS。低碳钢平衡组织中（在材料极缓慢的冷却条件下获得的）珠光体含量很少。实际上焊缝金属二次结晶时的冷却速度相当快，因此组织中的珠光体含量会增加。冷却速度越高，珠光体含量也越多，焊缝的硬度和强度也随之增加，塑性和韧性则随之降低。课堂小结：1、焊缝金属的一次结晶；2、焊缝中的夹杂物；3、焊缝结晶过程中的偏析；4、焊缝金属的二次结晶。布置作业：课堂作业：焊缝金属的结晶及结晶过程中的偏析。课后作业：1、焊区金属结晶过程；2、焊缝结晶过程中的偏析。