当前位置：文档之家 › 第十章焊接热影响区的组织和性能

第十章焊接热影响区的组织和性能

  • 格式：ppt
  • 大小：6.26 MB
  • 文档页数：50

下载文档原格式

  / 50

合集下载

焊接热影响区的组织和性能变化(ppt 40页)

焊接热影响区的组织和性能变化(ppt 40页)
调质钢焊接时HAZ的软化
37
（三）HAZ的韧化
1、调整低合金钢的成分与HAZ组织状态 –对低合金高强钢，采用低碳微量合金化强化（弥散强 化），韧性好。 –HAZ组织最好为针状F、下贝、低碳M。 –严格控制钢中S、P、O等杂质的含量。 –控制钢中硫化物，磷化物及硅酸盐夹杂的数量，大小 及分布形态。
2、合理制定焊接工艺 –选择合适的焊接线能量E（t8/5），不宜过大（晶粒 粗化）和过小（淬硬组织） –焊前预热、焊后热处理
粗化，淬硬倾向比热处理条件下要大 ➢ 含碳化物合金元素（如40Cr钢）：碳化物不能
充分溶解，奥氏体稳定性下降，淬硬倾向比热 处理条件下要小
15
三、焊接热影响区的组织与性能变化
Fe-C合金：在固态下合金中除了有同素异构 转变外，还有成分变化和第二相析出，即共 析转变和Fe3c的析出。
（一）焊接热影响区的组织分布
1）静应变时效脆化
在室温下或低温下受到预应变后产生的时效脆化现象。
2）动应变时效脆化
在较高温度下（特别是200℃～400℃）的预应变所产生 的时效脆化现象，又称为“蓝脆”。
36
3. 调质钢焊接HAZ的软化
➢ 焊前经调质处理的高强钢 和具有沉淀硬化和弥散强 化的合金，经焊接之后， 其HAZ产生不同程度的软化 或失强。
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）。
30
• 从左图可以看出，碳锰钢 HAZ的脆化区有两个： – 粗晶区（1500℃） – 时效脆化区（400℃～ 600℃）

(完整版)焊接热影响区的组织和性能

(完整版)焊接热影响区的组织和性能
钢种HT50～HT100 板厚25～50mm， E＝17KJ/cm，t8/5＝6.5s
图4-37 Hmax与CE的关系
钢种HT50～HT100 板厚25～50mm， E＝17KJ/cm，t8/5＝6.5s
图4-38 Hmax与t8/5及Pcm的关系 钢材：18MnMoNb 板厚16～36mm
t8/5（s)
(2) 析出脆化
图4-47 析出物的间距λ与位错运动及脆性的关系
（三）调质钢HAZ软化
1.调质钢HAZ软化
图4-48 调质钢HAZ的硬度分布 A－焊前淬火＋低温回火 B－焊前淬火＋高温回火 C－焊前退火
图4-49
图4-50
2.热处理强化合金焊接HAZ软化
Thanks
国产低合金钢公式
（二）焊接热影响区脆化
1. 粗晶脆化
晶粒长大影响因素：
化学成分、组织状态、加热温度、时间
碳化物形成元素：Ti、Nb、Mo、V、W
lg( D 4
D04 )
2 lg E
l
0.129
/E 1.587
10 3
92.64
焊接HAZ晶粒尺寸与焊接线能量的关系
图4-41 碳锰钢HAZ的脆化分布
24 16 15 20
5
A(C) 0.75 0.25tgh[20(C 0.12)]
（4-24)
适用于 C含量0.034～0.254％范围内的钢 A（C)－碳的适应系数
2. 碳当量及冷却时间t8/5与HAZ最高硬度Hmax的关系
Hmax＝1274Pcm＋45
Hmax＝559CE＋100
图4-36 Hmax与Pcm的关系
埋弧自动焊 电渣焊
氧乙炔气焊 真空电子束焊
各区的平均尺寸（mm）

四、焊接热影响区(2010)

四、焊接热影响区(2010)
一、焊接热影响区的组织分布 距焊缝中心不同距离的热影响 区经历了不同的热循环，因而出现 不同的组织。 对于不易淬火的低碳钢和低合 金钢焊缝，焊接热影响区按组织变 化可分为四个区（图4－29）。
1 熔合区（半熔化区）
焊缝与母材相邻的部位，是液－ 固相结合的部位。化学成分、组织、 性能非常不均匀，是产生裂纹、脆性 破坏的发源地。
t8/5：焊缝从800℃冷却到500℃所用的时间；
t8/3：焊缝从800℃冷却到300℃所用的时间；
t100：焊缝从Tm冷却到100℃所用的时间。
影响焊接热影响区的冷却速度的因素（1）
（1）被焊金属的热物理性质： 金属的导热系数越大，冷却速 度就越快。 （2）钢板的厚度： 钢板的尺寸越大、越厚，冷 却速度就越快（图5－66）。但板厚 超过25mm后，冷却速度趋于一 定值。
焊接热影响区的最新划分方法（图4－35）
表 4— 12 部位(名称) 完全混合区
焊缝及热影响区新的划分及建议 所包括的范围(定义) 现在通用的划分 填充金属与母材金属完全均匀混合形 成化学成分均一的焊缝金属 焊缝金属 焊缝金属的外侧部分，母材金属与填 充金属不完全混合的地方 明显的完全熔化边界 熔合区 焊缝边界的外侧母材部分，晶粒边界 有不同程度的熔化(0％~100％) 固相母材发生组织变化的区域 热影响区
（3）钢板的初始温度对HAZ冷却速度的影响
初始温度越高，冷却速度越慢（图5－67）。
预热对减缓600℃以下的冷 却速度特别显著，是控制淬硬 组织、避免产生冷裂纹的重要 手段。
（4）焊接规范对HAZ冷却速度的影响 HAZ的冷却速度受焊接电流、电弧 电压、焊接速度等的影响，冷却速度随 着焊接线能量的增加而降低（图5－68）。 焊接接头的形状对冷却速度也有影 响。角焊缝、 T 字接头的冷却速度比对 接焊缝的冷却速度要快得多。 调整焊接线能量、预热、缓冷等措 施都可以降低焊缝的冷却速度。

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

第十章 焊接热影响区的组织和性能

第十章 焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区的硬化 焊接热影响区的脆化
焊接热影响区的软化
焊接热影响区的性能控制
1、焊接热影响区的硬化
母材的淬硬倾向（内因） HAZ的硬度 化学成分 HAZ的冷却速度（外因） 焊接规范
焊接热影响区的最高硬度Hmax：
高低取决于
Hmax（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 8 / 5
缝相当于低碳钢过热区的部位，得到粗大的马氏体，
而相当于正火区的部位则得到细小的马氏体。当焊
件母材的淬透性不是太高时，还会出现贝氏体、索
氏体等正火组织与马氏体共存的混合组织。
2、 不完全淬火区
母材被加热到Ac1～Ac3温度之间的热影响区，
相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。在快速加热
条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏
熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧 一定范围内发生组织和性能变化的区域称
为“焊接热影响区” 。
图10-1 焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材
第一节 焊接热循环 第二节 焊接热循环下的金属组织转变特点 第三节 焊接热影响区的组织与性能
第一节 焊接热循环
一、研究焊接热循环的意义 二、焊接热循环的参数及特征 三、焊接热循环参数的计算
材料淬硬倾向的评价指标 — 碳当量
钢中含碳量显著影响奥氏体的稳定性，对淬硬倾向影响最大。
含碳量越高，越容易得到马氏体组织，且马氏体的硬度随含
碳量的增高而增大。 合金元素的影响与其所处的形态有关。溶于奥氏体时提高淬 硬性(和淬透性)；而形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为 非马氏体相变形核的核心，促进细化晶粒，使淬硬性下降。 碳当量（Carbon Equivalent）是反映钢中化学成分对硬化 程度的影响，它是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬 （包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相当含量。

5焊接热影响区的组织和性能

5焊接热影响区的组织和性能

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。

焊接热影响区的组织

焊接热影响区的组织

焊接热影响区大小受许多因素的影响，如焊接方法、板 厚、线能量及施工工艺等。
a)
b)
16Mn钢过热区的粒状贝氏体
a) 熔合区 b)过热粗晶区
对于淬硬倾向较大的钢种，焊接热影响区的组织分布与 母材焊前热处理状态有关。正火或退火状态热影响区 组织分布分为： 完全淬火区
处于Ac3以上的区域，焊后将得到淬火组织，相当于粗 晶区得到粗大马氏体，相当细晶区得到细小的马氏体。
由于不断深入对熔合 区微观形态的研究， 焊接热影响区划分 更明确：
3.2.3 焊接热影响区的组织和性能
由于焊接时母材热影响区上各点距焊缝远近不同， 所经历热循环不同，会出现不同组织，具有不同性能。 因此焊接热影响区的组织和性能是不均匀的。
焊接热影响区的组织分布
对于常用低碳钢和低合金钢 （不易淬火钢），在焊接热 影响区根据组织特征，可分 为四个区。
熔合区（半熔化区）
加热温度处于固液相之间，该区范围窄，但组织合性能 存在较大不均匀性，对接头的强度、韧性有很大影响。
许多情况下，熔合区是产生裂纹、脆性破坏的发源地。
过热区
温度处于固相线下到1100℃ 左右，金属处于过热状态，奥 氏体晶粒严重长大，冷却得到 粗大组织。 韧性很低，通常降低20～30%，刚度较大的结构常产 生脆化和裂纹。 过热区大小与焊接方法、焊接线能量和母材厚度有关。
不完全淬火区
被加热到Ac1～Ac3之间的区域，快速加热条件下， 铁素体很少溶入奥氏体，其它组织转变为奥氏体， 冷却转变为马氏体，铁素体保持不变，并有不同程 度长大，形成马氏体-铁素体组织。
如母材焊前是调制状态，焊接热影响区的组织除上述的 完全淬火区和不完全淬火区外，还可能。在加热温度 在Ac1至调质回火温度的区域发生回火，称为回火区。

焊接热影响区的组织

焊接热影响区的组织
加热温度处于固液相之间，该区范围窄，但组织合性能 存在较大不均匀性，对接头的强度、韧性有很大影响。
许多情况下，熔合区是产生裂纹、脆性破坏的发源地。
过热区
温度处于固相线下到1100℃ 左右，金属处于过热状态，奥 氏体晶粒严重长大，冷却得到 粗大组织。 韧性很低，通常降低20～30%，刚度较大的结构常产 生脆化和裂纹。 过热区大小与焊接方法、焊接线能量和母材厚度有关。
3.2.3 焊接热影响区的组织和性能
由于焊接时母材热影响区上各点距焊缝远近不同， 所经历热循环不同，会出现不同组织，具有不同性能。 因此焊接热影响区的组织和性能是不均匀的。
焊接热影响区的组织分布
对于常用低碳钢和低合金钢 （不易淬火钢），在焊接热 影响区根据组织特征，可分 为四个区。
熔合区（半熔化区）
由于不断深入对熔合 区微观形态的研究， 焊接热影响区划分 更明确：
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
不完全淬火区
被加热到Ac1～Ac3之间的区域，快速加热条件下， 铁素体很少溶入奥氏体，其它组织转变为奥氏体， 冷却转变为马氏体，铁素体保持不变，并有不同程 度长大，形成马氏体-铁素体组织。
如母材焊前是调制状态，焊接热影响区的组织除上述的 完全淬火区和不完全淬火区外，还可能。在加热温度 在Ac1至调质回火温度的区域发生回火，称为回火区。
焊接热影响区大小受许多因素的影响，如焊接方法、板 厚、线能量及施工工艺等。

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。
15
➢ 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。

焊缝及其热影响区的组织和性能

焊缝及其热影响区的组织和性能
②高碳马氏体（片状马氏体） 形态：马氏体较粗大，往往贯穿整个奥氏体晶 粒，使以后形成的马氏体片受到阻碍 形成机理：孪晶
24
七、改善焊缝组织的途径
1.凝固组织形态对性能的影响 生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、夹杂、热裂 都有影响
2.焊缝金属的性能的改善措施 ①固溶、细晶等强化和变质处理 加入Mo、V、Ti、Zr、Al、B、N、稀土Te等 ②振动结晶 机械振动、高频超声振动、电磁振动 ③焊接工艺 焊后处理、热处理、多层焊、锤击、跟踪回火等。
20
2、低合金钢 （1）多以F+P为主，有时出现B及M,与焊材及工艺有关。 （2）铁素体（F）转变 ①粒界F（高温转变900-700℃）：为先共析F,由奥氏 体晶界析出向晶内生长，呈块状 ②侧板条F（700-550℃）：由奥氏体晶界形核，以板 条状向晶内生长（由于F形成温度较高，F内含碳极 低，故又称为无碳贝氏体） ③针状F（500℃附近）：大都非自发形核，在奥实体 内形成 ④细晶F （500℃以下）：奥氏体晶内形成，有细晶元素
18
2.熔合区的化学不均匀性
①熔合区的形成
母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区
熔合区熔化不均（传热、晶粒散热）
②熔合区成分分布
在液相中的溶解度>在固相中的溶解度
故：固相浓度 界面
液相浓度
C0 - C´
C0 + C´
分配取决于扩散系数和分配系数，特别是
S、P、C、B、O、N等
熔合区还存在物理不均匀（组织、性能）
Pcm

C

Si 30

Mn
Cu 20

Cr

Ni 60

Mo 15

V 10

焊接热影响区的组织和性能

焊接热影响区的组织和性能

焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区（HAAZ）是在焊接过程中由于热输入而受到热影响的区域。

在焊接过程中，瞬态温度变化导致了材料的相变和微观结构的改变，这些改变在HAZ中发生，并对HAZ的组织和性能产生重要影响。

下面将详细讨论焊接热影响区的组织和性能。

HAZ的组织主要受到瞬态温度变化的影响。

在焊接过程中，焊缝和周围材料会受到高温热源的加热，使材料达到或超过其变形温度。

在这种高温环境下，材料的晶粒会发生生长、形状改变和巨大的奥氏体晶化。

当焊缝冷却时，发生了相反的变化，晶粒迅速长大并恢复到正常的晶粒尺寸。

这种急剧的温度变化导致了晶粒的细化和球化，称为冷却受限效应。

此外，还可能发生再结晶现象，即材料的原始晶粒会被新的细小晶粒所取代。

HAZ的性能主要取决于材料的相组成和晶粒细化程度。

HAZ之所以存在多种不同的相，是因为热输入导致了材料的相变。

例如，在一些金属中，由于快速冷却，奥氏体晶体可能无法完全转变为马氏体，从而在HAZ内形成马氏体残余；在一些合金中，冷却速率过快可能导致奥氏体中的碳无法扩散到马氏体中去，形成残余奥氏体。

这些残余相的存在会对材料的硬度、韧性、强度和耐腐蚀性等性能产生重要影响。

此外，由于冷却速率的不同，HAZ的晶粒细化程度也会发生变化。

晶粒细化可以提高材料的强度和韧性，但过度细化可能导致材料的脆性增加。

在HAZ中，还可能发生残余应力的积累。

由于焊接过程中的瞬态温度变化，材料会经历瞬时的热膨胀和收缩，导致HA在冷却过程中产生残余应力。

这些残余应力可能对材料产生不均匀的应力分布，进而导致裂纹和变形的产生。

因此，在焊接设计和工艺控制中，需要考虑到HAZ中的残余应力情况，以确保焊接件的性能和可靠性。

总结起来，焊接热影响区的组织和性能受到瞬态温度变化的影响。

热输入导致了晶粒的细化和相变，从而影响了材料的硬度、韧性、强度和耐腐蚀性等性能。

此外，残余应力的积累以及晶粒的冷却受限效应也会对HAZ的性能产生重要影响。

焊接原理焊接热影响区组织和性能

焊接原理焊接热影响区组织和性能
焊接热影响区组织和性能
1
2
3
焊接热影响区的组织和性能
一.焊接热影响区的组织分布
焊接结构钢根据热处理特性不同分为两类 :淬火钢,不易淬火钢,分别讲述淬火钢和 不易淬火钢的组织分布.

1.不易淬火钢:如低碳钢,某些不易淬硬的
低合金钢,如16Mn.15MoV.15MnTi等
4
热影响区的组织分布
1).熔合区 2).过热区 3).相变重结晶区 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
5
熔合区 焊缝金属 母材
16Mn钢焊接热 影响区
过热 区
不完全重结晶区
6
7
2.易淬火钢
此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热 处理有关焊前热处理.退火,正火,调质(淬 火+高回火) 1).完全淬火区 2).不完全淬火区 3).对于调质处理的钢(母材焊前处于调质状 态)回火区以下,发生不同程度的回火处理 ─回火区.组织性能变化取决于焊前调质 状态的温度.
8
3.注意问题
1).热影响区中熔合区,过热区晶粒严重 长大,是焊接接头的薄弱地带. 2).低碳钢的不完全重结晶区,在急冷急 热的条件下,会表现出高碳钢的行为. 3).成分偏析严重,C.P.S高时易产生淬硬 组织,裂纹.
9
二.焊接热影响区的性能
(一)HAZ的硬化 硬度
为了方便起见,常常用硬度的变化来判定 热影响区的性能变化,硬度高的区域,强度 也高,塑性.韧性下降,测定热影响区的硬 度分布可以间接来估计热影响区的强度, 塑性和裂纹倾向影响硬度的因素。
10
(二)焊接热影响区的脆化 1)粗晶脆化

焊接热影响区的组织和性能

焊接热影响区的组织和性能
的最高温度 TA—相变温度 tA—相变温度以上停留的时间
三、焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区就是指在焊接过程中，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。
焊接热影响区的组织和性能基本反映了 焊接接头的性能和质量。
对于低碳钢及合金元素较少的低合金高强 度钢来说，焊接热影响区可分为过热区、 正火区、不完全重结晶区和再结晶区
焊接热影响区除了组织变化而引起性能变化外，热影 响区宽度对焊接接头中产生的应力与变形也有较大影 响。
一般来说，热影响区越窄，焊接接头中内应力越大， 越容易产生裂纹；热影响区越宽，则变形越大。
因此，焊接生产中，在保证焊接接头不产生裂纹的前 提下，应尽量减小热影响区的宽度。
• 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。
E—至焊缝轴线25 mm
• 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
导热性等。
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。
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。

焊接热影响区的组织与性能

焊接热影响区的组织与性能

第 10章 焊接热影响区的组织与性能熔化焊时在高温热源的作用下，靠近焊缝两侧的一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“热影响区”（Hea Affect Zone ），或称“近缝区”（Near Weld Zone ）。

焊接接头主要是由 焊缝和热影响区两大部分组成，其间存在一个过渡区，称为熔合区，如图10-1所示，因此要保证焊接接头的质量，就必须使焊缝和热影响区的组织与性能同时都达到要求。

随着各种高强钢、不锈钢、耐热钢、以及一些特种材料（如铝合金、钛合金、镍合金、复合材料和陶瓷等）在生产中不断使用，焊接热影响区存在的问题显得更加复杂，己成为焊接 接头的薄弱地带。

10.1 焊接热循环10.1.1 焊接热循环的意义在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。

前面所述的焊接温度场反映了某瞬时焊接接头中各点的温度分布状态，而焊接热循环是反映焊接接头中某点温度随时间的变化规律，也描述了焊接过程中热源对焊件金属的热作用。

图10-2为低合金钢手弧焊时焊件上不同点的焊接热循环曲线。

离焊缝越近的点其加热速度越大，加热的峰值温度越高，冷却速度也越大。

但加热速度远大于冷却速度。

对于整个焊接接头来说，焊接中的加热和冷却是不均匀的，这种不均匀的热过程将引起接头组织和性能的不均匀变化以及复杂的应力状态。

因此，研究焊接热循环的意义为： ① 找出最佳的焊接热循环； ② 用工艺手段改善焊接热循环； ③ 预测焊接应力分布及改善热影响区组织与性能。

10.1.2 焊接热循环的参数及特征 决定焊接热循环特征的主要参数有以下四个：1. 加热速度ωH 焊接热源的集中程度较高，引起焊接时的加热速度增加，较快的加热速度将使相变过程进行的程度不充分，从而影响接头的组织和力学性能。

不同的焊接方法、工艺因素和焊件材料等将影响加热速度的大图10-1 焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材t / s图10-2低合金钢堆焊缝邻近各点的焊接热循小。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

Pcm
C
Si 30
Mn
Cu 20
Cr
Ni 60
Mo 15
V 10
5B
焊接热影响区 Hmax 与 t8/5 的关系
板厚20mm，成分：C=0.12%，Mn=1.4%，Si=0.48%，Cu=0.15%
2、焊接热影响区的脆化
不同材料的焊接热影响区及热影响区的不同部位都会 发生程度不同的材料脆化。
粗晶脆化
第二节 焊接热循环条件下的 金属组织转变特点
焊接过程的特殊性 焊接加热过程的组织转变 焊接时冷却过程的组织转变
一、焊接过程的特殊性
五个特点（以低合金钢为例）： 加热温度高 在熔合线附近温度可达l350～l400℃； 加热速度快 加热速度比热处理时快几十倍甚至几百倍； 高温停留时间短 在AC3以上保温的时间很短(一般手工电 弧焊约为4～20s，埋弧焊时30～l00s) ； 在自然条件下连续冷却（个别情况下进行焊后保温缓
组织转变脆化
析出脆化
热应变时效脆化
氢脆以及石墨脆化
粗晶脆化
在热循环的作用下，熔合线附近和过热区将发生
晶粒粗化。粗化程度受钢种的化学成分、组织状
态、加热温度和时间的影响。如：钢中含有碳、 氮化物形成元素，就会阻碍晶界迁移，防止晶粒 长大。例如18CrWV钢，晶粒显著长大温度可达 1140℃之高，而不含碳化物元素的23Mn和45号钢， 超过1000℃晶粒就显著长大。
材料淬硬倾向的评价指标 — 碳当量
钢中含碳量显著影响奥氏体的稳定性，对淬硬倾向影响最大。 含碳量越高，越容易得到马氏体组织，且马氏体的硬度随含 碳量的增高而增大。 合金元素的影响与其所处的形态有关。溶于奥氏体时提高淬 硬性(和淬透性)；而形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为 非马氏体相变形核的核心，促进细化晶粒，使淬硬性下降。 碳当量（Carbon Equivalent）是反映钢中化学成分对硬化 程度的影响，它是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬 （包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相当含量。
例：G102（12Gr2MoWVTiB）接头 在800℃加热不 同时间之后， HAZ 碳元素分布状况的面扫描结果。
热应变时效脆化
产在生制应造变过时程效中脆要化对的焊原接因结,构主进要行是一由系于列应冷变、引热起加位工错，增如 殖下，料焊、接剪热切循、环弯时曲，成碳型、、氮气原割子等析。集若到加这工些引位起错的的局周部围应 形变成、所塑谓性C变o形ttr的el部l气位团在，随对后位又错经产历生焊钉接扎热和循阻环塞作作用用（而处使 材于料HA脆Z化内。）便会引起材料脆化，称为热应变时效脆化。
析出脆化
析由出于脆焊化接的过机程理的目快前速认加为热是与由冷于却析，出其物热出影现响以区后组， 织处于非平衡态。在时效或回火过程中，其过饱 阻碍了位错运动，使塑性变形难以进行。若析出物 和固溶体中将析出碳化物、氮化物、金属间化合 以弥物散及的其细它颗亚粒稳分定布的于中晶间内相或等晶，界使，材将料有的利强于度改、善硬 韧性度。和但脆以性块提状高或，沿这晶种界现以象薄称膜为状析分出布脆的化析。出物会 造成材料脆化。
AC3
830 810 850 890
940
40
80
130
30CrMnS AC1
740 740 775 825
920
35
85
180
i
AC3
820 790 835 890
980
45 100
190
18Cr2W AC1
710 800 860 930100060 130源自200VAC3
810 860 930 1020
一、焊接热影响区的组织分布
熔母相加过紧 不加材又合紧变热靠热完 热的称靠区熔重温区交半全 温着合：结度界：熔过区重 度晶：区化热结：。区区区，(晶正是火区焊区缝：)：与
加加热8热A50温C温℃1度～～度：1A：11C04039℃之0～间1530℃
（组（固1织A、10C液0：3℃至相～1线110之409℃间0℃）
熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧 一定范围内发生组织和性能变化的区域称 为“焊接热影响区” 。
图10-1 焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材
第一节 焊接热循环 第二节 焊接热循环下的金属组织转变特点 第三节 焊接热影响区的组织与性能
第一节 焊接热循环
一、研究焊接热循环的意义 二、焊接热循环的参数及特征 三、焊接热循环参数的计算
2、 不完全淬火区
母材被加热到Ac1～Ac3温度之间的热影响区， 相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。在快速加热 条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏 体、索氏体等转变为奥氏体。在随后快冷时，奥氏 体转变为马氏体，原铁素体保持不变，并有不同程 度的长大，最后形成马氏体加铁素体的混合组织。 如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时， 奥氏体也可能转变成索氏体或珠光体。
冷）；
有热应力作用状态下进行的组织转变。
二、焊接加热过程的组织转变
焊接过程的快速加热，将使各种金属的相变温度比 起等温转变时大有提高。
45钢
40Cr
ωH ： 1—1400℃/s；2—270℃/s； 3—35℃/s； 4—7.5℃/s)
ωH ：1—1600℃/s；2—300℃/s； 4—42℃/s； 5—7.2℃/s
焊缝
封头
HAZ
冷明成显形产生热应静变应时变效时脆效化脆的化部 热位成是形HAZ的熔动合应区变和时A效r1以脆下化 （特别是在200～400℃的预应变 ） 的亚临界HAZ（200～600℃）
3、焊接热影响区的软化
经冷作强化的金属 焊接热循 经热处理强化的金属 环作用
再结晶软化 过时效软化
图10-10 调质钢焊接HAZ的硬度分布 —焊前淬火+低温回火；B—焊前淬火+高温回火； C—焊前退火 1—淬火区；2—部分淬火；3—回火区
M - A 组元
M-A组元是焊接高强钢时在一定冷却速度下形成的。它不仅 出现在热影响区，也出现在焊缝中。 粗大的奥氏体冷却过程中先形成铁素体，而使残余奥氏体的 碳浓度增高，随后这种高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残 余奥氏体的混合物，即M-A组元。 M-A组元分布在粗大铁素体基底上的组织称为粒状贝氏体。 M-A组元只在生成上贝氏体的冷却条件下才能观察到，冷速 太快和太慢都不能产生M-A组元。 焊缝和HAZ有M-A组元存在时，会降低接头韧性。
采用低碳微合金化钢：利用微量元素弥散强化、 固溶强化，提高材料的热稳定性（控制析出相的 尺寸及母材晶粒尺寸）。
采用控轧工艺得到细晶粒钢。 近年来在国际上大力发展了冶金精炼技术，使钢 中的杂质含量极低 ( O、N 、H、S、P 等杂质元 素总和小于50PPM ) ，得到高纯净钢，使钢材的 韧性大为提高，也提高了焊接热影响区的韧性。
晶粒粗大严重影响组 织的脆性，尤其是低 温脆性。一般来讲， 晶粒越粗，则脆性转 变温度越高。
1
f o B(d) 2
晶粒直径d对脆性转变温度VTrs的影响
组织转变脆化
焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化 称之组织脆化。
对于常用的低碳低合金高强钢，焊接HAZ的组织 脆化主要是M-A组元、上贝氏体、粗大的魏氏组 织等所造成。但对含碳量较高的钢（一般Ｃ≥0.2 ％），则组织脆化主要是高碳马氏体。
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
840
15
35
105
AC3
780 775 800 850
940
25
75
165
23Mn
AC1
735 750 770 785
830
35
50
95
组组（织织1F1：+0：0P（℃(未～F粗熔固化相、但线细因）不过均热)而
长 新体组特均大 凝组粗织点匀的 固织大：细）的（：的小粗）近过的晶铸似热铁组态于组素织组正织体和织火。和（。组珠部织光分）
特特特点点点部：：：分该组区织很窄发，生组相织变不，均 匀晶，宽宽粒强度度不度约为下均11.降2～匀～，3，4m塑.0m力m性，学m很塑，性差性力，和 是学韧 能裂性性差纹能下。及优降局于。部母脆材断。的发源地。
tH
E
2 (TH
T0 )
线热源（薄板）
(E )2 t H 2c(TH T0 )2
冷却速度：
厚板
C
2
(TC
T0 )2 E
冷却时间：
厚板
t8
5
E
2
1
500
T0
1 800 T0
薄板
C
2 c
(TC T0 )3
(E )2
薄板
(E )2 1
1
t8 5
4 c
500
T0
2
800
T0
2
国际焊接学会推荐的CE(IIW)，用于中等强度的非调质
低合金钢（b＝400～700MPa）：
CE( IIW )
C
Mn 6
Cu Ni 15
Cr
Mo 5
V
20世纪60年代以后，发展了低碳微量多合金元素的低 合金高强钢。日本的伊藤等人采用Ｙ形坡口对接裂纹
试验对200多个低合金钢进行研究，建立了Pcm公式：
1120
70 160
260
三、焊接冷却过程中的组织转变
焊接条件下的组织 转变不仅与等温转 变不同，也与热处 理条件下的连续冷 却组织转变不同 。
随冷却速度增大， 平衡状态图上各相 变点和温度线均发 生偏移。
共析成分成为一个成分范围