焊接热影响区的组织和性能变化55511.pptx
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)。焊接热影响区概述2 材料因受焊接热影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。3v焊接过程中，在形成焊缝的同时，不可避免地使其附近的母材经受了一次特殊的热处理，形成组织和性能及不均匀的热影响区。v热影响区一些部位的组织和性能很差，成为整个接头的薄弱地带。HAZ经受了一次特殊的热处理。一些部位的组织和性能变坏（如过热区），成为整个焊接接头的薄弱环节，对焊接质量起着控制作用。很多焊接结构的破坏事故都与焊接热影响区的性能恶化有关。重视和研究焊接热影响区的组织和性能变化。5取决于材料本身的特性和工艺条件，主要冶金和工艺因素：1）被焊金属与合金系统的特点 无相变的金属和合金：非常简单 有相变的材料：很复杂2）焊前母材的原始状态 焊前为冷作硬化或热处理态：退火软化 易淬火材料焊前为退火态：淬火的硬化区影响焊接热影响区组织和性能的主要因素63）焊接工艺方法和工艺参数 热源特点与焊接工艺参数密切相关：温度场分布和焊接热循环的特点。影响到焊接热影响区特殊热处理的各项参数：升温速度、高温停留时间和冷却速度等。影响焊接热影响区组织和性能的主要因素78一、焊接热循环距焊缝不同距离各点的焊接热循环1.定义：焊接过程中，热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化称为焊接热循环。92.焊接热循环的主要参数焊接热循环的参数v 加热速度VHv 加热的最高温度（Tm）v 在相变以上的停留时间(tH)v 冷却速度(VC)和冷却时间(t8/5、t8/3、t100)10 t8/5：800500的冷却时间。t8/3：800300的冷却时间。t100：从峰值温度Tm冷至100的冷却时间。111.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：20-40S4）局部加热二、焊接热热影响区的组织转变特点12加热速度快，相变温度升高 VHAc1，Ac3 奥氏体化过程是一个扩散重结晶过程，需要有孕育期。钢中含有碳化物形成元素时影响更显著。形成的碳化物阻碍碳的扩散碳化物本身扩散速度低2.焊接加热过程奥氏体化的特点13奥氏体均质化程度低高温停留时间短，不利于扩散过程进行，从而均质化程度低。近缝区奥氏体晶粒严重长大当加热温度在1100 以上时，奥氏体晶粒严重长大。加热过程形成的奥氏体晶粒度和均匀化程度，对冷却时的相变过程和相变产物有很大影响。143.焊接时冷却过程中的组织转变特点（1）奥氏体化温度高，加热与冷却速度快（2）奥氏体的稳定性越大，淬硬倾向越大不含碳化物合金元素（如45钢）：近缝区组织粗化，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（一）焊接热影响区的组织分布1.低碳钢及不易淬火的低合金钢HAZ组织分布如Q235、16Mn、15MnV等，可分为如下四个区：熔合区（半熔化区）TLTS，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。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。三、焊接热影响区的组织与性能变化16 过热区（粗晶区）v温度：TS-1100 v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。v组织：粗大的奥氏体在较慢的冷却速度下形成过热组织魏氏组织。v性能：韧性很低。v措施：严重时采用焊后正火处理（如电渣焊）。17 相变重结晶区（正火区）v温度：1100-Ac3 v现象：母材完全奥氏体化，加热和冷却过程中经受了两次重结晶相变，使晶粒得到显著的细化。v组织：相当于低碳钢正火处理后的组织（细小的PF）。v性能：较好的综合性能。18 不完全重结晶区（不完全正火区）v温度：Ac3 Ac1v现象：加热温度Ac3到Ac1之间，金属的内部结构不发生变化,只有部分金属经受了重结晶相变。v组织：原始的铁素体晶粒（粗大）和细晶粒的混合区。v性能：性能不好19Q235A钢焊接热影响区的组织特点过热区 重结晶区不完全重结晶区母材202.易淬火钢HAZ组织分布（1）焊前是正火或退火状态 焊前BM为F+P（S、B）完全淬火区（完全奥氏体化）Ac3 以上，室温组织为M。不完全淬火区（部分奥氏体化）Ac1 Ac3，室温组织为MF。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。焊接淬硬倾向较大的钢种，如18MnMoNb、45、30CrMnSi等，热影响区的组织分布与母材焊前的热处理状态有关。21（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Ac1Tt，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。22（二）焊接热影响区的性能变化HAZ的硬化HAZ的脆化HAZ的软化231.HAZ的硬化 HAZ硬度分布不均匀，在熔合区附近具有最大硬度Hmax。不同的组织形态硬度不同 同一组织，也有不同的硬度 硬度主要决定于材料的化学成分和冷却条件24（1）碳当量Carbon Equivalent（Ceq或CE）定义：把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响折合成碳的相当含量。它反映了化学成分对硬化程度的影响25 适合于C0.18%的钢种 式1）主要适用于中等强度的非调质低合金钢（b400700MPa）式2）主要适用于强度级别较高的低合金高强钢（b=5001000MPa）1）2）26 主要适用于C0.17%，b=400900MPa的低合金高强钢。应用碳当量公式时应注意：碳当量公式纯属经验公式，当实验条件、方法不同时，碳当量公式也不同。一定要注意各公式的适应范围。27（2）碳当量Ceq及冷却时间t8/5与HAZ最高硬度Hmax的关系 CeqHmax 经验公式，Hmax=1274Pcm+45 Hmax=559CE（IIW）+100（HV）28 Ceq一定，t8/5 Hmax。Hmax间接反映了HAZ的淬硬倾向，而Hmax测量方便，故可用Hmax来评价钢材的冷裂倾向292.HAZ的脆化脆化：是指HAZ在焊接热循环作用下所产生的塑性、韧性下降的现象。通常用缺口冲击值和脆性转变温度判断脆化现象。脆性转变温度VTrs：随着温度的降低，金属由延性断裂向脆性断裂转变，通常把发生转变的那个临界温度称为脆性转变温度。显然VTrs脆性。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（400600）HAZ脆化：粗晶脆化、析出脆化、组织脆化、热应变时效脆化、氢脆化及石墨脆化。31（1）粗晶脆化（主要出现在过热区）晶粒d VTrs 钢中含C、N化物形成d 加热温度T，加热时间td E（焊接线能量）d32（2）组织脆化是由于HAZ中出现脆硬组织造成的。根据脆性组织不同，又可分为：MA组元脆化析出脆化331）MA组元脆化MA组元脆化原因：高碳奥氏体易于形成高碳马氏体MA组元存在时，成为了潜在的裂源，并起到吸氢和应力集中的作用。342）析出脆化（沉淀相脆化）定义：某些金属或合金，在时效或回火过程中，从过饱和的固溶体中沿晶界析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其他亚稳定的中间相等，使金属或合金的强度、硬度上升，韧性下降的现象。机理：析出相出现后，形成“柯氏气团”，阻碍位错运动，使强度、硬度上升，产生脆化。HAZ的熔合部位（包括粗晶区）在化学成分和组织上的不均匀性比焊接区的其他部位更为严重，极易产生析出脆化。特点：时效性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200400）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）。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200400）的预应变所产生的时效脆化现象，又称为“蓝脆”。363.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。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38本 章 结 束399、静夜四无邻，荒居旧业贫。5月-235月-23Thursday,May 4,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。11:38:3211:38:3211:385/4/2023 11:38:32 AM11、以我独沈久，愧君相见频。5月-2311:38:3211:38May-2304-May-2312、故人江海别，几度隔山川。11:38:3211:38:3211:38Thursday,May 4,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。5月-235月-2311:38:3211:38:32May 4,202314、他乡生白发，旧国见青山。04 五月 202311:38:32 上午11:38:325月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。五月 2311:38 上午5月-2311:38May 4,202316、行动出成果，工作出财富。2023/5/4 11:38:3211:38:3204 May 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。11:38:32 上午11:38 上午11:38:325月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。5月-235月-23Thursday,May 4,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。11:38:3211:38:3211:385/4/2023 11:38:32 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。5月-2311:38:3211:38May-2304-May-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。11:38:3211:38:3211:38Thursday,May 4,202313、不知香积寺，数里入云峰。5月-235月-2311:38:3211:38:32May 4,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。04 五月 202311:38:32 上午11:38:325月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。五月 2311:38 上午5月-2311:38May 4,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/5/4 11:38:3211:38:3204 May 202317、空山新雨后，天气晚来秋。11:38:32 上午11:38 上午11:38:325月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。5月-235月-23Thursday,May 4,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。11:38:3211:38:3211:385/4/2023 11:38:32 AM11、越是没有本领的就越加自命不凡。5月-2311:38:3211:38May-2304-May-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。11:38:3211:38:3211:38Thursday,May 4,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。5月-235月-2311:38:3211:38:32May 4,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。04 五月 202311:38:32 上午11:38:325月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。五月 2311:38 上午5月-2311:38May 4,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/5/4 11:38:3211:38:3204 May 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。11:38:32 上午11:38 上午11:38:325月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blanditut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉
