改善焊接热影响区的组织和性能
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第五章焊接热影响区的组织和性能焊接分为三大类:熔化焊、压力焊和钎焊。
其中熔化焊是最常见最广泛的焊接方法。
而本书讨论的焊接冶金主要是以熔化焊为基础进行讨论的。
所谓熔化焊是采用一种高温热源使两种同质或非同质的材料利用原子间或分子间的分散与聚合而形成一个整体的过程。
这个热源贯穿于焊接过程的始终:一部分热量用于加热焊件和母材,一部分用于热损失(飞溅、周围介质等)。
用于加热母材和焊材的热功率称为有效功率,其实这部分热量:一部分用于熔化金属形成焊缝,另一部分用于热传导而流失于母材形成HAZ (包含熔合线)。
HAZ: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。
焊接接头:焊缝和和热影响区p161 图4-1焊接热影响区示意图前面讨论焊缝的合金化,焊缝金属的脱S、脱O、脱P、H及晶粒的细化等,均是如何控制焊缝的质量,主要是焊缝区的问题。
由于早些年代里,制造焊接结构所采用的钢种是低碳钢,焊缝是至关重要的环节。
HAZ一般不会出现什么问题,但随着科学技术和生产规模的发展,各种高温、耐压、耐蚀、低温容器、深水潜艇、宇航设备以及核电站锅炉、管道等不断建造,各种高强钢、高合金钢以及某些特种材料(Al合金、钛合金、镍基合金、复合材料和陶瓷等)也得到广泛的应用,这种情况下,焊接的质量不仅仅取决于焊缝,同时取决于HAZ,有时HAZ存在的问题比起焊缝更为复杂。
如:如今大型水电站,尤其高水头电站(包括抽水蓄能电站)的建造要求提供流量大、承压高的输水压力管道,如果采用普通钢材,必须增加管壁的厚度,无疑给压力钢管的制造、运输和安装带来极大的困难。
随之发展起来的适用于压力钢管的焊接结构用高强钢,如700MPa,800Mpa级钢具有很高的屈服强度和抗拉强度,同普通钢相比,可以大大减少压力钢管壁的厚度,克服了普通钢的局限性,(WEL—TEN80 WCF—62(80))它具有良好的低温冲击韧性也为钢管的可靠运行提供了保证,但它焊接时,易出现HAZ软化(投影)或产生裂纹。
5焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区(Heat Affected Zone, HAZ)是指在焊接过程中,未被完全熔化但受到高温加热的区域。
在焊接过程中,高温会引起HAZ的组织和性能发生变化,这可能会对焊接接头的性能和可靠性产生重要影响。
本文将讨论HAZ的组织和性能的变化,并重点介绍几个重要的影响因素。
首先,HAZ的组织变化是由高温引起的。
在焊接过程中,焊接电弧和熔化池的高温作用下,HAZ的温度会迅速升高,达到几百摄氏度甚至更高的温度。
高温会导致HAZ中的晶粒长大、晶格变形和相结构改变。
通常情况下,HAZ中的晶粒比母材中的晶粒要大,且晶格常常发生变形。
晶粒尺寸的增加和晶格变形会导致材料硬度的提高,并可能降低材料的韧性。
其次,HAZ的性能变化是由组织变化引起的。
HAZ中的晶粒长大和晶格变形会导致材料的硬度提高,但与此同时,硬度的增加也会导致韧性的降低。
在一些情况下,HAZ还可能出现脆性相的形成,这会极大地降低焊接接头的可靠性。
此外,HAZ还可能出现裂纹和变形等缺陷,这也会对焊接接头的性能产生严重影响。
因此,在焊接接头设计和制造过程中,必须对HAZ的组织和性能进行充分考虑,以确保焊接接头的质量和可靠性。
HAZ的组织和性能变化受多种因素影响,以下列举几个重要因素:1.焊接热输入:焊接热输入是指在单位长度或单位面积上输送到工件中的热量。
热输入的大小与焊接电压、电流和焊接速度等参数有关。
过高或过低的热输入都会导致HAZ中的晶粒长大和晶格变形,从而影响HAZ的性能。
2.材料的化学成分和微观结构:不同材料的化学成分和微观结构会对HAZ的组织和性能产生重要影响。
一些合金元素的存在可以改变晶粒的生长速率和晶格的变形行为。
此外,材料的粗晶相和弥散相等局部微观结构也会对HAZ的性能产生重要影响。
3.冷却速率:冷却速率是指焊接过程中HAZ冷却的速度。
冷却速率的快慢会影响晶粒生长和晶格变形行为。
通常情况下,快速冷却会导致HAZ 中的晶粒更细小,且硬度更高。