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焊接热影响区的组织和性能ppt课件

焊接热影响区的组织和性能ppt课件
E—至焊缝轴线25 mm
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5
• 焊接热循环的主要特点是： 加热温度高，停留时间短（ 几秒到几十秒），加热和冷 却速度快。
• 热循环的主要参数是加热速
度、加热的最高温度（Tm）
、在相变温度以上停留的时
间（tA）和冷却速度。影响
焊接热循环的主要因素有焊
接参数、焊接方法、预热和
道间温度、接头形式、母材
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13
二、控制熔合比
熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比， 称为熔合比。
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14
熔合比的计算公式为： r ＝ Fm / （Fm ＋ Ft）
式中 r—— 熔合比； Fm ——熔化的母材金属的横截面积； Ft—— 焊缝中填充金属的横截面积。
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15
三、焊接工艺方法的选用
2
一、熔合区的组织和性能
熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。该区范围 很窄，甚至在显微镜下也很难分辨。过热组织(overheatedstructure）是钢材内部缺陷之一，钢
因加热温度超过Ac3很多或在高温下停留时间很长而形成的以晶粒粗大为特征的金属组织。
熔合区温度处于铁碳合金状态图中固相线和液相线之间。该区金属 处于部分熔化状态（半熔化区）， 晶粒非常粗大， 冷却后组织为粗大 的过热组织， 塑性、韧性很差。由于熔合区具有明显的化学不均匀性及 组织不均匀性， 所以往往是焊接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地， 是焊接接头中性能最差的区域。
10
• 热影响区宽度的大小与焊接方法、焊接 参数、焊件大小和厚度、金属材料热物 理性质和接头形式等有关。采用小的焊 接参数，如降低焊接电流、增加焊接速 度，可以减小热影响区宽度。不同焊接 方法，其热影响区宽度也不相同，焊条 电弧焊的热影响区总宽度为6mm，埋弧 焊约为2.5mm，而气焊则可达到27mm左 右。

2.30 焊接热影响区的组织和性能 PPT.pptx

2.30 焊接热影响区的组织和性能 PPT.pptx

成参差不齐的分界面
组织：组织性能不均，母材一侧晶
粒大
性能：性能不均，对接头的强度、 图2 焊接热影响区的分布特征
韧性影响大，是裂纹、脆
1—熔合区 2—过热区 3—相变量结晶 区 4—不完全重结晶区 5—母材 6—
性破坏发源地
淬火区7—部分淬火区 8—回火区
2、过热区（粗晶区）
温度：1100℃（晶粒开始急剧长大的温度）
4、不完全重结晶区（不完全正火 区）
温度：Ac1~Ac3之间（700~850 ℃）
特征：一部分组织发生了相变重结 晶过程，形成晶粒细小的铁
素体+珠光体，另一部分未 相变的铁素体长大成为粗大
铁素体。 组织：组织不均，原始的铁素体晶粒和细晶粒的混合区 性能：力 Nhomakorabea性能差。
图5 焊接热影响区的分布特征 1—熔合区 2—过热区 3—相变量结晶 区 4—不完全重结晶区 5—母材 6— 淬火区7—部分淬火区 8—回火区
一、焊接热影响区的组织和性能
1.概念：在焊接过程中，母材因受热影响（但未熔化）而 发生金相组织和力学性能变化的区域。
2.热影响区的组织分布 ： 1).正火区 2).过热区 3).再结晶区 4).不完全重结晶区
对于低碳钢,一些淬硬倾向不大的钢(16Mn.15MnTi等)除过 热区外其它各区组织基本相同. 低碳钢过热区主要是魏氏组织W
一、焊接热影响区的组织和性能
图1 焊接热影响区的温度分布与状态图的关系 a）热影响区的组织分布 b)铁碳状态图 c）热循环 （图中Tm—峰值温度 TG—晶粒长大温度）
（一）不易淬火钢的热影响区组织
根据热影响区组织特征分四个区：
1、熔合区（半熔化区）
温度：固液相线之间，范围很窄

焊接热影响区的组织和性能变化PPT(40张)

焊接热影响区的组织和性能变化PPT(40张)
适合于C≥0.18%的钢种 式1）主要适用于中等强度的非调质低合金钢（b＝400～700MPa
） 式2）主要适用于强度级别较高的低合金高强钢（b=500～
1000MPa）
26
P c m C 3 S 0 i M n 2 C 0 u C r 6 N 0 i M 1 5 o 1 V 0 5 B
第三节 焊接热影响区的组织与性能 • 焊接热循环 • 焊接热影响区的组织转变特点 • 焊接热影响区的组织与性能变化
1
焊接热影响区概述 焊接热影响区的定义：熔焊时在焊接热源的作 用下，焊缝周围的母材发生组织和性能变化的区域 称为“热影响区”(Heat Affected Zone，HAZ)，或 称为“近缝区”(Near Weld Zone)。
38
本章结束
39
•
1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
•
4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
35
（3）HAZ的热应变时效脆化(Hot Strain Embrittlement)
焊接构件在室温下受到延性预应变，会产生加工硬化 现象，可使钢材的硬度和强度升高，同时降低延性变形的能 力；在高温下（尤其是200℃～400℃）的预应变，还会产生 比室温下更为严重的脆化。这种现象称为热应变时效脆化（ HSE）。
•
13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。

5焊接热影响区的组织和性能.pptx

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表4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比
钢种
冷却速度
铁素体
45钢
4
18
30
60
5(10) 1(3) 1(1) 0(0
40Cr
4
1（0）
14
0（0）
22
0（0）
36
0（0）
组 织 （%）
马氏体
0（0） 90（27） 92（69） 98（98）
75（95） 90（98） 95（100） 100（100）
t8/3 、加热速度比热处理条件 下要快的多，并随加热速度的提高，则相 变温度但随之提高，同时奥氏体的均质化 和碳化物的溶解也越不充分。因此，必然 会影响到焊接HAZ冷却后的组织与性能。
加热速度与许多因素有关，例如不同的 焊接方法、焊接线能量、板厚及几何尺寸， 以及被焊金属的热物理性质等。低合金钢 几种常用的焊接方法的加热速度、冷却速 度等有关数据见表4-l所示。
相反，40Cr钢在焊接条件下的CCT曲线比热处理条 件下的CCT曲线向左移动，也就是在同样冷却速度下 焊接时比热处理时的淬硬倾向小。例如，焊接条件 下当冷却速度为36℃／s时，可得到l00％的马氏体， 而热处理条件下只要22℃／s即可得到l00％马氏体。
根据金属学原理可以知道，碳化物合金元素
(如Cr、Mo、V、Ti、Nb等)只有它们充分溶解在 奥氏体的内部，才会增加奥氏体的稳定性(即增加 淬硬倾向)。很显然在热处理条件下，可以有充分 的时间使碳化物合金元素向奥氏体内部溶解。而 在焊接条件下，由于加热速度快，高温停留时间 短，所以这些合金元素不能充分地溶解在奥氏体 中，因此降低了淬硬倾向。至于不含碳化物合金 元素的钢(如45钢)，一方面不存在碳化物的溶解 过程，另一方面在焊接条件下，由于近缝区组织 粗化，故淬硬倾向比热处理条件下要大。

焊接热影响区的组织和性能 PPT

焊接热影响区的组织和性能 PPT
第二章
焊接热影响区的组 织和性能
第二章 焊接热影响区的组织
第一节 焊接热循环
第二节 焊接热循环条件下的金属 组织转变特点
第三节 热影响区组织和性能
焊接热影响区：熔焊时在集中热 源的作用下，焊缝两侧发生组织和性 能变化的区域称为“热影响区”
(Heat Affected zone,简称HAZ)
或称“近缝区”(Near Weld Zone) 焊接接头是由两个主要部分组成，即 焊缝和焊接热影响区，如图4-1所示。
3.高温停留时间短 手弧，4~20秒； 埋弧，30~100秒 4.自然条件下连续冷却 5.局部加热
一、焊接时加热过程组织转变特点
１.加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的相变温度 发生了很大的变化。加热速度越快，Ac1和Ac3 的温度越高，而且Ac1和Ac3的温差越大。 焊接时,由于采用的焊接方法不同,规范不同,加 热速度可在很大的范围内变化。
表4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比
表4-9是45钢和40Cr钢在焊接和热处理时同样冷 却速度条件下的组织百分比。由图 4-21、图4-22和 表4-9可以看出，45钢在焊接条件比在热处理条件下 的CCT曲线稍向右移(主要考虑Ms附近)。说明在相同 冷却速度条件下，焊接时比热处理时的淬硬倾向大。 如冷却速度为30℃／s，焊接时可得到92％马氏体， 而热处理时只得到69％马氏体。
２.加热速度对Ａ均质化影响
加热速度不但对相变点有影响,对Ａ均质化也 有影响.因为Ａ均质化属扩散过程。在快速加 热条件下，来不及完成扩散过程。
３.近缝区的晶粒长大
在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使晶粒发 生严重长大,影响焊接接头塑性,韧性,产生热 裂纹,冷裂纹.
二.焊接时冷却过程组织转变特点

5焊接热影响区的组织与性能

5焊接热影响区的组织与性能

图4-3 距焊缝不同距离各点的热循环 （低碳钢，板厚20mm,手弧焊）
图4-4 不同焊接方法的焊接热循环
1—手弧焊 2—埋弧焊 3—电渣焊
一、焊接热循环的主要参数
• 1.加热速度( WH ) • 2.加热的最高温度( Tm ) • 3.在相变温度以上的停留时间(tH) • 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（ t8/5 、
少 痴 情 ， 多 少柔情 蜜意， 都在红 尘烟雨 中渐渐 飘走。
撑 一 把 油 纸 伞，在 寂寥的 雨巷中 ，哀怨 又彷
第一节 焊接热循环
焊接热循环:焊接过程中热源沿焊件移动时， 焊件上某点温度由低而高，达到最高值后， 又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。 它是描述焊接过程中热源对被焊金属的热作 用。距焊缝不同距离的各点，所经历的热循 环是不同的，如图4-3所示。另外，由于焊接 方法不同，热循环曲线的形状也发生较大的 变化。
三.焊接条件下CCT图的建立及其应用
T图的建立:采用焊热热模拟试验装置来 建立某种钢的CCT图.
2.意义:在新钢种投产之前,可预先估计热影 响区的组织性能,或作为制定工艺,焊接线能 量的依据.
T图的应用: 通过CCT图可得到在不同的 冷却速度下的组织,即估计组织及预测性能.
图4-23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的变化。
（二）加热的最高温度（Tm）
金属的组织和性能除化学成分的 影响之外,主要与加热的最高温度Tm 和 冷却速度ωc有关。例如低碳钢和低合 金钢焊接时，在熔合线附近的过热区， 由于温度高(1300～1350℃)，晶粒发 生严重长大，从而使韧性严重下降。
（三）在相变温度以上的停留时间（th）
在相变温度Th以上停留的时间越长，越 有利于奥氏体的均质化过程，但温度太高 时(如1100℃以上)即使停留时不长，也会产 生严重的晶粒长大。为便于分析研究，把 高温停留时间th分为加热过程的停留时间t’ 和冷却过程的停留时间t’’,即th ＝t’十t’’(参见 图4-5)。

焊接热影响区的组织和性能变化

焊接热影响区的组织和性能变化
的冷却时间。
10
二、焊接热热影响区的组织转变特点
1. 焊接热循环的特点
1）加热的温度高 热处理AC3以上100-200℃，例如45号钢AC3：770 ℃ 焊接近缝区：接近熔点，钢的熔点1350 ℃
2）加热的速度快 ➢ 比热处理快几十倍甚至上百倍。
3）高温停留时间短 ➢ 手工电弧焊：4-20S，埋弧焊：20-40S
❖性能：较好的综合性能。
17
➢ 不完全重结晶区Ⅲ（不完全正 火区）
❖温度： Ac3 ～ Ac1 ❖现间象，：金加属热的温内度部结Ac构3到不A发c1之生
变化,只有部分金属经受了
重结晶相变。 ❖组织：原始的铁素体晶粒（
粗大）和细晶粒的混合区。 ❖性能：性能不好
18Байду номын сангаас
过热区
重结晶区
不完全重结 晶区
母材
➢Ac1～ Ac3，室温组织为M＋F。
➢在快速加热条件下F很少溶入A，
而P、B、S等转变为A；随后快
冷，形成M+粗大F。
20
（2）焊前为调质状态 BM 回火组织
➢ 完全淬火区
➢ 不完全淬火区
➢ 回火区
➢Ac1～Tt，Tt为焊 前调质时的回火温 度，低于此温度， 组织不变；高于此 温度，出现软化。
21
如Q235、16Mn、15MnV等，可分为如 下四个区：
➢ 熔合区（半熔化区）
➢ TL～TS，化学成分与组织不均匀 分布，过热严重，塑性差，对焊 接接头的强度、韧性都有很大的 影响。是焊接接头的薄弱环节。
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➢ 过热区Ⅰ（粗晶区）
❖温度： TS - 1100 ℃
❖现象：加热温度高，在固相线附近， 一些难熔质点如碳化物和氮化物等溶 入奥氏体，奥氏体晶粒粗大。

金属焊接热影响区的组织和性能(精品PPT)

金属焊接热影响区的组织和性能(精品PPT)

加热速度ωH/（℃·S-1）
AC1与AC3的温差/℃
/℃ 6~8 40~50 250~300 1400~1700 40~50 250~300 1400~1700
45钢
AC1
730 770 775 790
840
45
60
110
AC3
770 820 835 860
950
65
90
180
40Cr
AC1
740 735 750 770
2、奥氏体均质化程度降低、局部晶粒严重长大
加热速度越快，相变以上停留时间越短，对已形成的奥氏体的均质化过程越不利，均质化程 度越差。
见图，45钢奥氏体晶粒开始长大温度低，高温区晶粒粗大； 40 Cr奥氏体晶粒开始长大温度高，高温区晶粒小。
第十九页，共七十六页。
19
45钢
40Cr
ωH ： 1—1400℃/s；2—270℃/s； 3—35℃/s； 4—7.5℃/s)
980
45 100
190
18Cr2WV AC1
710 800 860 930
1000
60 130
200
AC3
810 860 930 1020
1120
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一、焊接(hànjiē)过程的特殊性
与热处理条件相比，焊接热循环的特点： ① 加热温度高
热处理：Ac3以上100~200℃
焊 接：近缝区熔合区接近(jiējìn)熔点〔低碳钢、低合金钢为1350℃〕
② 加热速度快 热处理：随热处理炉缓慢升温〔几度~几十度/S〕 焊 接：采用的热源强烈集中，比热处理快几十到几百倍〔手弧焊：200~1000 ℃/s〕
840
15
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t8/3 、t100 ）
（一） 加热速度(ωH )
焊接条件下的加热速度比热处理条件 下要快的多，并随加热速度的提高，则相 变温度但随之提高，同时奥氏体的均质化 和碳化物的溶解也越不充分。因此，必然 会影响到焊接HAZ冷却后的组织与性能。
加热速度与许多因素有关，例如不同的 焊接方法、焊接线能量、板厚及几何尺寸， 以及被焊金属的热物理性质等。低合金钢 几种常用的焊接方法的加热速度、冷却速 度等有关数据见表4-l所示。
3.高温停留时间短 手弧，4~20秒； 埋弧，30~100秒
4.自然条件下连续冷却 5.局部加热
一、焊接时加热过程组织转变特点
１.加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的相变温度 发生了很大的变化。加热速度越快，Ac1和Ac3 的温度越高，而且Ac1和Ac3的温差越大。 焊接时,由于采用的焊接方法不同,规范不同,加 热速度可在很大的范围内变化。
近年来许多国家为便于分析研 究，常采用某一温度范围内的冷却 时间来讨论热影响区组织性能的变 化，如800～500℃的冷却时间t8/5 ， 800 ～ 300℃的冷却时间t8/3和从 峰值温度Tm冷至100℃的冷却时间 t100 等，这要根据不同金属材料所 存在的问题来决定。
焊接热循环是焊接接头经受热 作用的里程，研究它对于了解应力 变形、接头组织和力学性能等都是 十分重要的，是提高焊接质量的重 要途径。
（一）长段多层焊焊接热循环
所谓长段多层焊，即每道焊缝的长度 较长(一般1m以上)，这样在焊完第一层再 焊第二层时，第一层已基本冷至较低的温 度(一般在100～200℃以下)，其焊接热循 环的变化如图4-17所示。由图4-17可以看 出，相邻各层之间有依次热处理的作用， 为防止最后一层淬硬，可多加一层“退火 焊道”，从而使焊接质量有所改善。
应当指出，对于一些淬硬倾向较大的 钢种，不适于长段多层焊接。因为这些钢 在焊第一层以后，焊接第二层之前，近缝 区或焊缝由于淬硬倾向较大而有产生裂纹 的可能。所以焊接这种钢时，应特别注意 与其他工艺措施的配合，如焊前预热、层 间温度控制，以及后热缓冷等。ຫໍສະໝຸດ （二）短段多层焊焊接热循环
所谓短段多层焊，就是每道焊缝长度较 短(约为50～ 400mm)，在这种情况下，未 等前层焊缝冷却到较低温度(如Ms点)就开 始焊接下一道焊缝。短段多层焊的热循环 如图4-18所示。
（四）冷却速度(ωc)和冷却时间(t8/5、t8/3、t100)
冷却速度是决定焊接HAZ组织性能的主 要参数，如同热处理时的冷却速度一样。应 当指出，焊接时的冷却过程在不同阶段是不 同的。这里所讨论的是指一定温度范围内的 平均冷却速度，或者是冷至某一瞬时温度Tc 的冷却速度。对于低合金钢的焊接来讲，有 重要影响的是熔合线附近冷却过程中约 540℃的瞬时冷却速度(见图4-5的C点)。
图4-3 距焊缝不同距离各点的热循环 （低碳钢，板厚20mm,手弧焊）
图4-4 不同焊接方法的焊接热循环
1—手弧焊 2—埋弧焊 3—电渣焊
一、焊接热循环的主要参数
• 1.加热速度( WH ) • 2.加热的最高温度( Tm ) • 3.在相变温度以上的停留时间(tH) • 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（ t8/5 、
（二）加热的最高温度（Tm）
金属的组织和性能除化学成分的 影响之外,主要与加热的最高温度Tm 和 冷却速度ωc有关。例如低碳钢和低合 金钢焊接时，在熔合线附近的过热区， 由于温度高(1300～1350℃)，晶粒发 生严重长大，从而使韧性严重下降。
（三）在相变温度以上的停留时间（th）
在相变温度Th以上停留的时间越长，越 有利于奥氏体的均质化过程，但温度太高 时(如1100℃以上)即使停留时不长，也会产 生严重的晶粒长大。为便于分析研究，把 高温停留时间th分为加热过程的停留时间t’ 和冷却过程的停留时间t’’,即th ＝t’十 t’’(参见图4-5)。
由图4-18看出，近缝区1点和4点所经历 的焊接热循环是比较理想的。对于1点来讲， 一方面使该点在Ac3以上停留时间较短，避 免了晶粒长大；另一方面减缓了Ac3 以下的 冷却速度，从而防止淬硬组织产生。对于4 点来讲，预热基础上开始焊接的，如焊缝 的长度控制合适，那么Ac3以上停留时间仍 可较短，使晶粒不易长大。为防止最后一 层产生脆硬组织，可多一层退火焊道，以 便增长奥氏体的分解时间(由tB增至tB’)。
由此可见，短段多层焊对焊缝和热影响 区组织都具有一定的改善作用，适于焊接 晶粒易长大而又易于淬硬的钢种。
但是，短段多层焊的操作工艺十分繁琐， 生产率低，只有在特殊情况下才采用。
第二节 焊接热循环条件下的 金属组织转变特点
特点： 1.加热温度高 热处理加热温度都不超过Ac3以上 100～200℃
2.加热速度快；几十倍甚至几百倍
二.多层焊热循环的特点
在实际焊接中,厚板多采用多层焊接,因 此,有必要了解多层焊热循环作用特点。在 单层焊时,因为受到焊缝截面积的限制,不能 在更大的范围内调整功率和焊速,所以焊接 热循环的调整也受到限制。多层焊比单层 焊具有更优越的地方,它是由许多单层热循 环联合在一起的综合作用,同时相邻焊层之 间彼此具有热处理性质.从提高焊接质量而 言,多层焊往往易达到要求。在实际生产中， 根据要求不同，多层焊分为“长段多层焊” 和“短段多层焊”
第一节 焊接热循环
焊接热循环:焊接过程中热源沿焊件移动时， 焊件上某点温度由低而高，达到最高值后， 又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。 它是描述焊接过程中热源对被焊金属的热作 用。距焊缝不同距离的各点，所经历的热循 环是不同的，如图4-3所示。另外，由于焊接 方法不同，热循环曲线的形状也发生较大的 变化。
第二章
焊接热影响区的组 织和性能
第二章 焊接热影响区的组织
第一节 焊接热循环
第二节 焊接热循环条件下的金属 组织转变特点
第三节 热影响区组织和性能
焊接热影响区：熔焊时在集中热 源的作用下，焊缝两侧发生组织和性 能变化的区域称为“热影响区”
(Heat Affected zone,简称HAZ)
或称“近缝区”(Near Weld Zone) 焊接接头是由两个主要部分组成，即 焊缝和焊接热影响区，如图4-1所示。