焊接热循环对焊接接头组织与性能的影响分析

收稿日期：2023-10-21基金项目：泉州市“揭榜挂帅”科技重大项目（2022GZ8）；福建省自然科学基金面上项目（2021J01530）作者简介：彭清和（1987-），男，湖南祁东人，讲师，硕士。

热处理对9Ni 钢焊接接头组织和性能的影响彭清和，颜文煅，张颜艳，林志灿（闽南理工学院光电与机电工程学院，福建石狮362700）摘要：针对运输船用9Ni 钢，明晰9Ni 钢焊接接头在低温下的塑韧性恶化机理。

经手工电弧焊加工后，研究热处理工艺对9Ni 钢焊接接头组织和性能的影响规律。

结果表明：经调质（QT ）热处理后，接头热影响区逆转奥氏体一般分散在晶界周围，马氏体板条界上也有析出的趋势，但和晶界分布相比其含量极少；相比QT 热处理，经过两相区（QLT ）工艺后接头热影响区的逆转奥氏体数量增加许多，弥散分布在各种晶界处且晶粒更加细小；熔合区的组织更加细小，更加弥散，板条马氏体更明显，方向性更好，主要是L 阶段有一定的细化晶粒作用；接头焊缝的冲击吸收能量增加更多，QLT 可以让焊缝低温韧性提升更多；两种热处理工艺下冲击断口都为典型的韧窝型断口。

关键词：热处理；焊接接头；组织；性能中图分类号：TG156；TG406文献标识码：A文章编号：1673-1603（2024）02-0091-06DOI ：10.13888/ki.jsie （ns ）.2024.02.014第20卷第2期2024年4月Vol.20No.2Apr.2024沈阳工程学院学报（自然科学版）Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science ）9Ni 钢的综合性能优良，在各种温度下塑韧性均较好，不仅可用于制造液化天然气（liquefied nat ‐ural gas ，简称LNG ）储罐，还可以用于制造运输船和大型压力设备［1-2］。

然而，9Ni 钢在一些超低温环境下，其塑韧性有待提高，热处理工艺对焊接接头的塑韧性有重要影响［3］，明晰不同热处理工艺对焊接接头塑韧性演化的影响机制，对提升9Ni 钢在超低温环境下的服役性能意义重大。

焊接接头的热影响区显微组织评估焊接是一种常见的金属连接方法，它通过热源加热工件并施加压力，使得工件发生熔化并形成连接。

然而，在焊接过程中，热源会导致焊接接头的热影响区发生显微组织变化，这对焊接接头的性能和可靠性产生了重要影响。

因此，我们需要对焊接接头的热影响区进行显微组织评估，以便了解其微观结构的变化和可能的影响。

一. 热影响区的特点和形成机制热影响区（Heat Affected Zone，简称HAZ）是指焊接过程中未熔化但受到热输入影响的区域。

在焊接过程中，焊接接头的周围会受到高温导致的热循环和快速冷却的影响，从而导致HAZ中的晶粒尺寸和组织结构发生变化。

HAZ的特点主要包括晶粒长大、晶界角变大、硬度升高和变脆。

这些变化是由于材料在焊接过程中经历了不同的温度区域，从高温区到亚临界温度区再到室温，导致晶粒重新析出并长大，晶界能量降低。

二. HAZ显微组织评估的方法和工具为了评估焊接接头的HAZ显微组织，我们可以使用显微组织观察和显微硬度测试。

显微组织观察可以通过光学显微镜、扫描电子显微镜等工具来实现，可以观察晶粒的尺寸、析出相的形态等。

而显微硬度测试可以通过硬度计来实施，以测量HAZ区域的硬度变化。

三. HAZ显微组织的评估和分析HAZ显微组织的评估和分析主要包括晶粒尺寸、析出相和晶界角等方面。

通过显微组织观察，我们可以观察到HAZ中晶粒尺寸的变化情况。

通常情况下，晶粒尺寸会明显增大，这是由于焊接过程中的热循环和快速冷却造成的。

此外，焊接过程中还可能会发生析出相的形成，这取决于材料的化学成分和焊接参数等因素。

通过显微组织观察，我们可以判断HAZ中是否存在析出相，以及析出相的形态和分布状况。

晶界角是HAZ显微组织评估中的另一个重要指标。

焊接过程中，由于晶粒生长和晶界能量的降低，晶界角会增大。

晶界角的增大会降低材料的韧性，使其变脆，从而对焊接接头的可靠性产生不良影响。

四. HAZ显微组织评估的意义和应用HAZ显微组织评估的意义在于帮助我们了解焊接接头的微观结构变化和可能的影响。

焊接过程中的热影响区分析引言焊接是一种常见的金属加工方式，通过加热金属材料使其熔化，然后再把两个或多个熔化的金属材料连接在一起，形成一个整体。

然而，在焊接过程中，由于高温作用，会产生热影响区（Heat Affected Zone，简称HAZ）。

热影响区是指在焊接过程中，金属材料周围发生一系列物理和化学变化的区域。

本文将对焊接过程中的热影响区进行深入分析。

热影响区的形成原因热影响区的形成主要源于焊接过程中的热循环效应。

焊接时，电弧产生的高温使接头局部区域迅速升温，达到金属熔点以上，形成熔池。

然后，在焊接过程中，熔池冷却速度较快，周围金属迅速传导热量，使熔池边缘的金属区域温度升高，但未达到熔点。

这种温度超过了金属的相变温度、晶粒长大温度、回火温度等临界温度，导致了热影响区的形成。

热影响区的特点热影响区具有以下几个特点：1.显微结构变化：热影响区的显微组织通常发生变化，包括晶粒的尺寸增大、晶格参数和晶格结构的变化、相的重新分布等。

2.显微硬度变化：由于显微组织的变化，热影响区的硬度往往会发生变化。

通常情况下，热影响区的硬度会增加，但也有些材料在热影响区内出现软化的情况。

3.可延性变化：热影响区内的细微变化也会影响材料的力学性能，例如强度、韧性和可延性等。

通常情况下，热影响区的可延性会降低，这可能导致材料在焊接部位易出现开裂或断裂等问题。

4.残余应力产生：热影响区的温度变化还会导致残余应力的产生。

尤其是在焊接大尺寸工件或焊接时产生较大热输入的情况下，残余应力可能对材料造成重大影响，引发变形、裂纹和失效等问题。

热影响区的测试和评估方法为了更好地了解和评估热影响区的性质，需要进行一系列的测试和评估。

以下是常见的热影响区测试和评估方法：1.显微组织观察：使用金相显微镜对焊接接头进行金相组织观察，以研究热影响区的相变和晶粒结构变化。

2.显微硬度测试：通过硬度测试仪测量热影响区的硬度，以了解材料的硬度变化情况。

3.斯卡伯测试：通过斯卡伯试验，可以评估热影响区的开裂敏感性，并确定焊接接头的应力腐蚀性能。

第七章 焊接接头组织和性能的控制1.焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ 的组织性能？答：（1）在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，融合去和过热去出现了严重的晶粒粗化，是整个接头的薄弱地带，而行能也是不均匀的，主要是淬硬、韧化和脆化，及综合力学性能，抗腐蚀性能，抗疲劳性能等。

（2）焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素：加热速度、加热的最高温度，在相等温度以上的停留时间，冷却速度和冷却时间，研究它是研究焊接质量的主要途径，而在工艺措施上，常可采用长段的多层焊合短道多层焊，尤其是短道多层焊对热影响区的组织有以定的改善作用，适于焊接晶粒易长而易淬硬的钢种。

2. 冷却时间100t t 8385、、t 的各自应用对象，为什么不常用某温度下（如540℃）的冷却速度？答：对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围800~500℃冷却时间（85t ）对冷裂纹倾向较大的钢种，常采用800~300℃的冷却时间83t ，各冷却时间的选定要根据不同金属材料做存在的问题来决定为了方便研究常用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响组织性能的变化，而某个温度下 比如540℃则为一个时刻即冷却至540℃时瞬时冷却速度 和组织性能。

故不常用某以温度下的冷却速度，对于一般低合金钢来讲，主要研究热影响区溶合线附近冷却过程中540℃时瞬时冷却速度3. 低合金钢焊接时，HAZ 粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时变相有何影响？ 答：奥氏体的均质化过程为扩散过程，因此焊接时焊接速度快和相变以上停留时间短都不利于扩散过程的进行，从而均质化过程差而 影响到冷却时间的组织相变，低合金钢在焊接条件下的CCT 曲线比热处理条件下的曲线向做移动，也就是在同样冷却速度下焊接时比热处理的淬硬倾向小，例如冷却速度为36s C / 时可得到100%的马氏体，在焊接时由于家人速度快，高温停留时间短使合金元素不能充分溶解在奥氏体内，奥氏体均质化过成差，使相变组织差。