5焊接热影响区的组织和性能.pptx

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1、第二章焊接热影响区的组焊接热影响区的组织和性能织和性能第一节 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第二章第二章 焊接热影响区的组织焊接热影响区的组织 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。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

2、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。图图4-3 4-3 距焊缝不同距离各点的热循环距焊缝不同距离各点的热循环（低碳钢，板厚（低碳钢，板厚20mm,20mm,手弧焊）手弧焊）图4-4 不同焊接方法的焊接热循环11手弧焊手弧焊 2 2埋弧焊埋弧焊 3 3电渣焊电渣焊一、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、t8/3、t100）（一）加热速度(H)焊接条件下的加热速度比热处理条件下要快的多

3、，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。（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c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(13001350)，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

4、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)。（四）冷却速度(c)和冷却时间(t t8/58/5、t t8/38/3、t t100100)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

5、图4-5的C点)。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800500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。二二.多层焊热循环的特点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

6、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”（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100200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

7、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。（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。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，

8、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：特点：2.加热速度快；几十倍甚至几百倍1.加热温度高热处理加热温度都不超过Ac3以上100200 4.自然条件下连续冷却3.高温停留时间短 手弧，420秒；埋弧，30100秒 5.局部加热一一、焊

9、接时加热过程组织转变特点焊接时加热过程组织转变特点.加热速度对相变点的影响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。.加热速度对均质化影响加热速度对均质化影响 加热速度不但对相变点有影响,对均质化也有影响.因为均质化属扩散过程。在快速加热条件下，来不及完成扩散过程。.近缝区的晶粒长大近缝区的晶粒长大 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.二二.焊接时冷却过程组

10、织转变特点焊接时冷却过程组织转变特点 研究焊热影响区的熔合线附近的情况,这一区域是焊接接头的薄弱地带。以45钢、40Cr为例,比较焊接条件和热处理条件这两种不同热过程组织转变的差异.焊接和热处理时，加热及冷却过程如图4-20所示。其中两种情况的冷却曲线1、2、3彼此具有各自相同的冷却速度。根据上述的实验条件、采用专用的焊接热模拟试验机和快速相变仪，得到了两种钢在焊接和热处理条件下连续冷却的组织转变图(即CCT图)，如图4-21和图4-22所示。钢钢种种冷却速度冷却速度组组 织织 （%）铁铁素体素体马马氏体氏体珠光体及中珠光体及中间组间组织织4545钢钢4 41818303060605(10)5

11、(10)1(3)1(3)1(1)1(1)0(00(00 0（0 0）9090（2727）9292（6969）9898（9898）9595（9090）9 9（7070）7 7（3030）2 2（2 2）40Cr40Cr4 41414222236361 1（0 0）0 0（0 0）0 0（0 0）0 0（0 0）7575（9595）9090（9898）9595（100100）100100（100100）2424（5 5）1010（2 2）5 5（0 0）0 0（0 0）表4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比 表表4-94-9是是4545钢和钢和40Cr40Cr钢在焊接和热处理时同样冷钢在焊接和热

12、处理时同样冷却速度条件下的组织百分比。由图却速度条件下的组织百分比。由图 4-21 4-21、图、图4-224-22和和表表4-94-9可以看出，可以看出，4545钢钢在焊接条件比在热处理条件下在焊接条件比在热处理条件下的的CCTCCT曲线稍曲线稍向右移向右移(主要考虑主要考虑MsMs附近附近)。说明在相同。说明在相同冷却速度条件下，焊接时比热处理时的冷却速度条件下，焊接时比热处理时的淬硬倾向大淬硬倾向大。如冷却速度为如冷却速度为3030s s，焊接时可得到，焊接时可得到9292马氏体，马氏体，而热处理时只得到而热处理时只得到6969马氏体。马氏体。相反，相反，40Cr40Cr钢在焊接条件下的

13、钢在焊接条件下的CCTCCT曲线比热处理条曲线比热处理条件下的件下的CCTCCT曲线向左移动，也就是在同样冷却速度下曲线向左移动，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下当冷却速度为3636s s时，可得到时，可得到l00l00的马氏体，的马氏体，而热处理条件下只要而热处理条件下只要2222s s即可得到即可得到l00l00马氏体。马氏体。根据金属学原理可以知道，碳化物合金元素根据金属学原理可以知道，碳化物合金元素(如如CrCr、MoMo、V V、TiTi、NbNb等等)只有它们充分溶解在只有它们充分溶解在奥

14、氏体的内部，才会增加奥氏体的稳定性奥氏体的内部，才会增加奥氏体的稳定性(即增加即增加淬硬倾向淬硬倾向)。很显然在热处理条件下，可以有充分。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中，因此降低了淬硬倾向。至于不含碳化物合金元素的钢元素的钢(如如4545钢钢)，一方面不存在碳化物的溶解，一方面不存在碳化物的溶解过程，

15、另一方面在焊接条件下，由于近缝区组织过程，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。粗化，故淬硬倾向比热处理条件下要大。1.CCT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.3.CCT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.三三.焊接条件下焊接条件下CCTCCT图的建立及其应用图的建立及其应用 图图4-234-23是是16Mn16Mn钢的钢的CCTCCT图及组织和硬度的变化。图及组织和硬度的变化。由图由图4-234-23可

16、以看出，只要知道在焊接条件下熔可以看出，只要知道在焊接条件下熔合区附近合区附近(T(Tmm1300130013501350)t)t8/58/5冷却时间，就可冷却时间，就可以在此图上查出相应的组织和硬度。这样就可以以在此图上查出相应的组织和硬度。这样就可以预先判断出在这种焊接条件下的接头性能，也可预先判断出在这种焊接条件下的接头性能，也可以预测此钢种的淬硬倾向及产生冷裂纹的可能性。以预测此钢种的淬硬倾向及产生冷裂纹的可能性。同时也可以作为调节焊接工艺参数和改进工艺同时也可以作为调节焊接工艺参数和改进工艺(预预热、后热及焊后热处理等热、后热及焊后热处理等)的依据。的依据。因此，建立焊接条件下的因此

17、，建立焊接条件下的CCTCCT图和图和t t8/58/5与组织硬与组织硬度的分布图对于焊接性分析和提高焊接接头的质度的分布图对于焊接性分析和提高焊接接头的质量具有十分重要的意义量具有十分重要的意义影响影响CCT图的因素有图的因素有(一)母材化学成分(二)冷却速度(三)峰值温度(四)晶粒粗化(五)应力应变（一）母材化学成分的影响 焊接条件下的焊接条件下的CCTCCT曲线的形状曲线的形状(实际上是代表钢实际上是代表钢种的淬硬倾向种的淬硬倾向)，从根本上来说取决于母材的成分，从根本上来说取决于母材的成分，这一点与热处理条件下的这一点与热处理条件下的CCTCCT图是一致的。图是一致的。除钴之外，所有固

18、溶于奥氏体的合金元素都使除钴之外，所有固溶于奥氏体的合金元素都使S S曲线向右移，即增加淬便倾向，并降低曲线向右移，即增加淬便倾向，并降低MsMs点，点，其中以其中以碳碳的影响为最大。由金属学原理可知，由的影响为最大。由金属学原理可知，由于成分不同，在同一冷却速度下，则得到不同的于成分不同，在同一冷却速度下，则得到不同的组织，因而硬度也不同。组织，因而硬度也不同。（二）冷却速度的影响 高温形成的奥氏体，因冷却速度不同，可得到不同的转变产物。冷高温形成的奥氏体，因冷却速度不同，可得到不同的转变产物。冷却速度对相变的影响，随着冷却速度的增高，对于却速度对相变的影响，随着冷却速度的增高，对于Fe-C

19、Fe-C合金来讲，合金来讲，A A1 1、A A3 3 、A Acmcm均移向更低的温度。同时共析成分也由均移向更低的温度。同时共析成分也由C0C083%83%转为转为C0C04 40 08 8，也就是说在快速冷却条件下，也就是说在快速冷却条件下，C0C04 4的钢就可以得到全部的钢就可以得到全部为珠光体的组织为珠光体的组织(伪共析组织伪共析组织)。在焊接条件下，加热和冷却都比较快，对相变必然会有较大的影响。在焊接条件下，加热和冷却都比较快，对相变必然会有较大的影响。因此，因此，CCTCCT图形有变动，有时为了改善焊接热影响区的组织，适当调整图形有变动，有时为了改善焊接热影响区的组织，适当调整

20、焊接线能量和采用预热及后热等措施，以降低冷却速度。焊接线能量和采用预热及后热等措施，以降低冷却速度。应当指出当钢中含有碳化物或氮化物形成元素时，只有它们固溶于奥应当指出当钢中含有碳化物或氮化物形成元素时，只有它们固溶于奥氏体之后，才能增加奥氏体的稳定性。焊接时，加热速度很快，碳化物氏体之后，才能增加奥氏体的稳定性。焊接时，加热速度很快，碳化物或氮化物并未溶解于奥氏体中，因而在快速冷却条件下，反而会降低奥或氮化物并未溶解于奥氏体中，因而在快速冷却条件下，反而会降低奥氏体的稳定性，使奥氏体提前转变。氏体的稳定性，使奥氏体提前转变。最新的研究表明，冷却速度增大时，最新的研究表明，冷却速度增大时，Ms

21、Ms有所上升，并且会改变马氏有所上升，并且会改变马氏体的形态。因为增大冷却速度使马氏体增大滑移的抗力，不均匀切变就体的形态。因为增大冷却速度使马氏体增大滑移的抗力，不均匀切变就会以孪晶方式进行，马氏体就由条状变为片状。会以孪晶方式进行，马氏体就由条状变为片状。(三）峰值温度的影响 峰值温度越高，一方面使过冷奥氏体的稳定性峰值温度越高，一方面使过冷奥氏体的稳定性加大，另一方面也会促使奥氏体晶粒粗化，这两加大，另一方面也会促使奥氏体晶粒粗化，这两方面的作用都会影响方面的作用都会影响CCTCCT图的形态。峰值温度不图的形态。峰值温度不同对同对16Mn16Mn钢钢CCTCCT图的影响如图图的影响如图4

22、-254-25所示。由图可所示。由图可看出，加热温度高的看出，加热温度高的 CCT CCT图图(T(Tmm13001300)比加热比加热温度低的温度低的CCTCCT图图(T(Tmm 900 900)要向要向右移右移，说明奥氏，说明奥氏体的稳定性增大。但是在焊接条件下，由于加热体的稳定性增大。但是在焊接条件下，由于加热速度快高温停留时间短，比起炉中缓慢加热时速度快高温停留时间短，比起炉中缓慢加热时的影响要小些。的影响要小些。（四）晶粒粗化的影响焊接条件下，近缝区由于强烈地过热而使晶粒发生焊接条件下，近缝区由于强烈地过热而使晶粒发生严重长大，这不仅影响焊接接头的性能，同时也增严重长大，这不仅影响焊

23、接接头的性能，同时也增大了产生裂纹的危险性。大了产生裂纹的危险性。根据几种钢在焊接热循环条件下晶粒长大动力学根据几种钢在焊接热循环条件下晶粒长大动力学的研究可知，峰值温度附近晶粒长大的速度最快，的研究可知，峰值温度附近晶粒长大的速度最快，当温度开始下降时，晶粒长大的趋势并不减弱，一当温度开始下降时，晶粒长大的趋势并不减弱，一直冷却到直冷却到11001100以下略有下降，达到一定尺寸之后以下略有下降，达到一定尺寸之后就不再继续长大。就不再继续长大。由此可知，在焊接条件下，奥氏体晶粒不但在加由此可知，在焊接条件下，奥氏体晶粒不但在加热过程中长大，而且在冷却过程也在长大，即所谓热过程中长大，而且在冷

24、却过程也在长大，即所谓晶粒长大的晶粒长大的“热惯性热惯性”晶粒粗化对奥氏体的分解转变及转变产物的形态有晶粒粗化对奥氏体的分解转变及转变产物的形态有很大的影响。晶粒越粗大，晶界的总面积越少，也很大的影响。晶粒越粗大，晶界的总面积越少，也就减少了形核的机会，也就不利于奥氏体的转变。就减少了形核的机会，也就不利于奥氏体的转变。（五）应力应变的影响 焊接时不可避免地会产生热应力、组织应力，焊接时不可避免地会产生热应力、组织应力，以及拘束应力，这样就会引起弹性和塑性变形，以及拘束应力，这样就会引起弹性和塑性变形，对过冷奥氏体转变具有重要影响。拉伸应力对对过冷奥氏体转变具有重要影响。拉伸应力对CCTCCT

25、曲线的影响如图曲线的影响如图4-284-28所示，由图看出，有拉所示，由图看出，有拉伸应力存在时会明显地降低奥氏体的稳定性，使伸应力存在时会明显地降低奥氏体的稳定性，使CCTCCT曲线明显地向左上方偏移。应力和应变都会曲线明显地向左上方偏移。应力和应变都会增加奥氏体的内能，从而加速扩散过程，有利于增加奥氏体的内能，从而加速扩散过程，有利于扩散型相变的进行。此外，应力应变同样也影响扩散型相变的进行。此外，应力应变同样也影响到马氏体转变，拉伸应力可促进马氏体转变，即到马氏体转变，拉伸应力可促进马氏体转变，即MsMs升高和马氏体转变量增加。此外，切应力也能升高和马氏体转变量增加。此外，切应力也能促进

26、马氏体转变，正压应力则会阻碍马氏体转变。促进马氏体转变，正压应力则会阻碍马氏体转变。第三节第三节 焊接热影响区的组织焊接热影响区的组织和性能和性能 一一.焊接热影响区的组织分布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 热影响区的组织分布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 相变重结晶区焊缝金属母材熔合区过热 区不完全重结晶区16 Mn钢 焊接热影响区1).熔合区 即焊缝与母材相

27、邻的部位，又称半熔化区(温度处于固液相线之间)，这个区的微观行为十分复杂，焊缝与母材的不规则结合，形成了参差不齐的分界面。此区的范围虽然很窄，但由于在化学成分上和组织性能上都有较大的不均匀性，所以对焊接接头的强度、韧性都有很大的影响。在许多情况下熔合区是产生裂纹、脆性破坏的发源地，因此引起了普通的重视。2).过热区 此区的温度范围是处在固相线以下到此区的温度范围是处在固相线以下到11001100左右，金属是处于过热的状态，奥氏体晶粒发生左右，金属是处于过热的状态，奥氏体晶粒发生严重的长大现象，冷却之后便得到粗大的组织严重的长大现象，冷却之后便得到粗大的组织(一一般对于低碳钢来讲，焊后晶粒度都在

28、般对于低碳钢来讲，焊后晶粒度都在1 12 2级级)；在；在气焊和电渣焊的条件下常出现气焊和电渣焊的条件下常出现魏氏组织魏氏组织(见图见图4-4-30)30)。此区的韧性很低，通常要降低此区的韧性很低，通常要降低2020-30-30，因，因此，焊接刚度较大的结构时，常在过热粗晶区产此，焊接刚度较大的结构时，常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。过热区的大小与焊接方法、焊接生脆化或裂纹。过热区的大小与焊接方法、焊接线能量和母材的板厚等有关。线能量和母材的板厚等有关。3).相变重结晶区（正火区）焊接时母材金属被加热到Ac3以上的部位，将发生重结晶(即铁素体和珠光体全部转变为奥氏体)，然后在空气中冷却就会得到

29、均匀而细小的珠光体和铁素体相当于热处理时的正火组织。此区的塑性和韧性都比较好，所处的温度范围约在A31000 之间。4).不完全重结晶区 焊接时处于Ac1Ac3之间范围内的热影响区就是属于不完全重结晶区。因为处于Ac1Ac3范围内只有一部分组织发生了相变重结晶过程，成为晶粒细小的铁素体和珠光体，而另-部分是始终未能溶入奥氏体的铁素体，成为粗大的铁素体。所以此区特点是晶粒大小不一，组织不均匀，因此力学性能也不均匀。2.2.易淬火钢易淬火钢 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）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

30、)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.1).完全淬火区 焊接时热影响区处于焊接时热影响区处于AcAc3 3以上的区域，由于这以上的区域，由于这类钢的淬硬倾向较大，故焊后将得到淬火组织类钢的淬硬倾向较大，故焊后将得到淬火组织(马马氏体氏体)。在靠近焊缝附近。在靠近焊缝附近(相当于低碳钢的相当于低碳钢的过热区过热区)，由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而，由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而相当于相当于正火区正火区的部位得到细小的马氏体。根据冷的部位得到细小的马氏体。根据冷却速度和线能量的不同，还可能出现贝氏体，从却速度和线能量的不同，还可能出现

31、贝氏体，从而形成了与马氏体共存的混合组织。这个区在组而形成了与马氏体共存的混合组织。这个区在组织特征上都是属同一类型织特征上都是属同一类型(马氏体马氏体)，只是粗细不，只是粗细不同，因此统称为完全淬火区。同，因此统称为完全淬火区。2).不完全淬火区 母材被加热到Ac1Ac3温度之间的热影响区，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-铁素体的组织，故称不完全淬火区。如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，也可能出现索氏体和珠光体。对于调质处理的钢(母材焊前处于调质状

32、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.3.注意问题注意问题 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.二二.焊接热影响区的性能焊接热影响区的性能(一)焊接热影响区的硬化 硬度硬度 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。1)碳当量（碳当量（Carbon Equiv

33、alent)国际焊接学会日本焊接协会碳含量0.18%以上的钢种主要适用于碳含量C0.17%以上的钢种近年来常用的公式碳含量范围：0.034%0.254%2)2)碳当量及冷却时间碳当量及冷却时间t t8/5 8/5 与与HAZHAZ最高硬度最高硬度H Hmax max 的关系的关系3 3）焊接）焊接HAZHAZ最高硬度的计算公式最高硬度的计算公式(1)国产钢硬度计算公式当t8/5 tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm 81lg t8/5国产低合金钢(2)铃木公式（日本低合金高强钢日本低合金高强钢）Hmax(HV10)=140+1089Pcm 8.2t8/5(二二)焊接热影响区的脆化焊

34、接热影响区的脆化1)1)粗晶脆化粗晶脆化产生原因产生原因:合金因素对于不易淬火钢,主要是晶粒长大,形成粗大魏氏组织(W),易淬火钢,产生脆硬的孪晶M.此区处在焊缝与母材的过渡地带,物理化学的不均匀性。2)组织脆化组织脆化（1 1）M-AM-A组元脆化组元脆化（2 2）析出脆化）析出脆化（3 3）遗传脆化）遗传脆化（1）M-A组元脆化组元脆化 M-A M-A组元是焊接低合金高强钢时在一定冷却速度组元是焊接低合金高强钢时在一定冷却速度条件下形成的，它不仅出现在焊缝，也出现在条件下形成的，它不仅出现在焊缝，也出现在HAZHAZ。M-AM-A组元的形成是某些低合金钢的焊接组元的形成是某些低合金钢的焊接

35、HAZHAZ处于中温上贝氏体的转变区间，先析出含碳很低处于中温上贝氏体的转变区间，先析出含碳很低的铁素体，并且逐渐扩大，而使碳大部分集富到的铁素体，并且逐渐扩大，而使碳大部分集富到被铁素体包围的岛状残余奥氏体中去。当连续冷被铁素体包围的岛状残余奥氏体中去。当连续冷却到却到400400350350时，残余奥氏体的碳浓度可达时，残余奥氏体的碳浓度可达 0.5 0.5 0.8 0.8，随后这些高碳奥氏体可转变为高，随后这些高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残余奥氏体的混合物，即碳马氏体与残余奥氏体的混合物，即M-AM-A组元。组元。M-A组元的形成温度是在上贝氏体的温度范围内，因奥氏体的含碳量高，在较大

36、速度下会全部转变为片状马氏体(孪晶)；而冷速缓慢时，奥氏体又会分解为铁素体和渗碳体，形成M-A组元只在中等的冷却速度最易产生如图4-46a所示。由图4-46b可以看出，随M-A组元的增多，脆性转变温度显著升高，使焊接HAZ脆化。除冷却条件之外，影响M-A组元的形成还有合金化程度。合金化程度较高时，稳定性较大，因而不易分解形成M-A组元 实践证明，低温回火(250)可以有助于M-A组元的分解而改善韧性，(450500)改善的效果更为显著。但改善的程度与初始M-A组元的含量有关。综上所述，焊接HAZ有M-A组元存在时会增加脆性。根据研究，M-A组元脆化的原因，在于残余奥氏体增碳后在焊接冷却条件下易

37、于形成孪晶马氏体，并在界面上产生显微裂纹沿M-A组元的边界扩展。因此，有M-A组元存在时，成为潜在的裂源，并起到吸氢和应力集中的作用。有关M-A组元的形成机理及引起脆化的原因尚处深入研究的阶段。（2）析出脆化 某些金属或合金的焊接区是处于非平衡态的组某些金属或合金的焊接区是处于非平衡态的组织，化学上和物理上都有很明显的不均匀性。在织，化学上和物理上都有很明显的不均匀性。在时效或回火过程中，从非稳态固溶体中沿晶界析时效或回火过程中，从非稳态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出碳化物、氮化物、金属间化合物及其他亚稳定的中间相等，对于一般低合金钢来讲主要是析出的中间相等，对于

38、一般低合金钢来讲主要是析出碳碳(氮氮)化物。由于这些新相的析出，而使金属或化物。由于这些新相的析出，而使金属或合金的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析合金的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。出脆化。应指出，强度和硬度提高并不一定发生脆化应指出，强度和硬度提高并不一定发生脆化(如时效马氏体钢等如时效马氏体钢等)但发生脆化必然伴随强度和但发生脆化必然伴随强度和硬度的提高。硬度的提高。关于析出脆化的机理，目前认为是由于析出产物出现以后，阻碍位错运动，而且析出产物并不是均匀的，常有偏析和聚集存在，从而使金属的强度和硬度提高。根据HACottrell等人的研究，曾用位错理论解释析出脆化的机理

39、。他们认为，从固溶体中析出的间隙原子(如C、N)时，常排列在位错的周围，形成所谓“科氏气团”(Cottrellatomospher)，那么析出物(碳、氮化物或其他金属间化合物等)同样也会形成“科氏气团”，从而阻碍了位错的运动。当析出物从固溶体中析出时，质点比较小(阻力不大)，位错运动可以比较自由地穿过析出物的间距(见图4-47a)，所以此时金属(HAZ)尚未脆化，仍具有较好的韧性。随时效时间的增长，析出的质点除进一步增多之外，尚发生聚集，阻力增大，使位错运动发生困难。当A入0时，位错运动的阻力最大，金属的硬度(脆化)可达最大值(见图4-47b)。此后，随时效时间的进一步增长，新的析出物逐渐减少

40、，而原有析出物进一步发生聚集，使析出物之间的距离增大，从而使位错运动得以恢复。这时韧性又有所提高，而脆性有所减弱。不同类型的析出，当间距入0(2550)10-8cm(原子间距)时，可达最大的脆化倾向。此外，析出物的分布、形态和尺寸对脆化都有影响。（3）遗传脆化）遗传脆化 厚板结构多层焊时，若第一焊道的HAZ粗晶区位于第二焊道的正火区(相变结晶区），按一般的规律，粗晶区将得到细化，从而改善了第一焊道粗晶区的性能。但对某些钢种实际上并未得到改善，仍保留粗晶组织和结晶学的位向关系，这种现象称为“组织遗传”(包括粗晶及组织)，由这种遗传而引起的脆化称为“遗传脆化”。3 3）.HAZ.HAZ的热应变时效

41、脆化的热应变时效脆化 (1)(1)静应变时效脆化：静应变时效脆化：在在室温或低温室温或低温下受到下受到预应变预应变后产生的时效脆化现象，叫作静应变时效脆化。后产生的时效脆化现象，叫作静应变时效脆化。它的特征是强度和硬度增高，而塑性、韧性下降。它的特征是强度和硬度增高，而塑性、韧性下降。只有钢中存在碳、氮自由间隙原子时才会产生这只有钢中存在碳、氮自由间隙原子时才会产生这种现象。种现象。(2)(2)动应变时效脆化：动应变时效脆化：一般在一般在较高温度较高温度下，特别是下，特别是200200400400温度范围温度范围的的预应变预应变所产生的时效脆化所产生的时效脆化现象称为动应时效脆化。焊接热影响区

42、的热应变现象称为动应时效脆化。焊接热影响区的热应变脆化多数是由动应变时效所引起，通常所说的脆化多数是由动应变时效所引起，通常所说的“蓝脆性蓝脆性”就属于动应变时效脆化现象。就属于动应变时效脆化现象。为了评价钢材热应变时效脆化的敏感性，试验时焊接接头开缺口的位置可分为两种情况：一种是缺口尖端位于亚热影响区；另一种是缺口尖端位于先已焊完的横焊缝熔合区。在制备试件时，又分为焊前开缺口(BWN)和焊后开缺口(AWN)，如图4-52所示(图中NWN为无预应变的母材开缺口)。试验用钢材的化学成分如表4-17所示。试验的结果如图4-53所示。由图4-53a、b可以看出，亚热影响区以焊前开缺口(BWN)的热应

43、变脆化最严重，其次是AWN。NWN是反映钢材本身的热应变脆化(COD值与温度的关系)，相比之下，可以说明这种钢经焊接之后有明显的热应变脆化倾向。由图4-53a与c比较可知，当缺口开在已焊完横焊缝的熔合区时，比缺口位于亚热影响区时的效应变脆化更为严重。(三三)焊接热影响区的韧化焊接热影响区的韧化1、母材的原始组织组织中的韧化相是决定韧性的主要因素式中 韧化相断裂所需的应力 K平均应力集中系数 E弹性模量 断裂时所需的表面能 Wp韧化相的塑性变形功2、韧化处理-焊后热处理（四）调质钢焊接（四）调质钢焊接HAZHAZ的软化的软化1 1、调质钢焊接时、调质钢焊接时 HAZHAZ的软化的软化母材焊前调质

44、处理的回火温度越低(即强化程度越大)，则焊后的软化程度越严重2、热处理强化合金焊接、热处理强化合金焊接HAZ的软化的软化（五）焊接（五）焊接HAZ力学性能力学性能 一般来说，对HAZ力学性能的研究主要是从两方面进行：一方面是研究HAZ不同部位的力学性能 另一方面专门研究 熔合区附近的性能.对于淬硬倾向不大的钢种(如16Mn钢)采用焊接热模拟技术，HAZ不同部位常规力学性能如下图9、静夜四无邻，荒居旧业贫。12月-2312月-23Sunday,December 3,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。16:10:4516:10:4516:1012/3/2023 4:10:45 PM11、以我独

45、沈久，愧君相见频。12月-2316:10:4516:10Dec-2303-Dec-2312、故人江海别，几度隔山川。16:10:4516:10:4516:10Sunday,December 3,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。12月-2312月-2316:10:4516:10:45December 3,202314、他乡生白发，旧国见青山。03 十二月 20234:10:45 下午16:10:4512月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。十二月 234:10 下午12月-2316:10December 3,202316、行动出成果，工作出财富。2023/12/3 16:10:45

46、16:10:4503 December 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。4:10:45 下午4:10 下午16:10:4512月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。12月-2312月-23Sunday,December 3,202310、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。16:10:4516:10:4516:1012/3/2023 4:10:45 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。12月-2316:10:4516:10Dec-2303-Dec-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。1

47、6:10:4516:10:4516:10Sunday,December 3,202313、不知香积寺，数里入云峰。12月-2312月-2316:10:4516:10:45December 3,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。03 十二月 20234:10:45 下午16:10:4512月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。十二月 234:10 下午12月-2316:10December 3,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/12/3 16:10:4516:10:4503 December 202317、空山新雨后，天气晚来秋。4:10:45

48、下午4:10 下午16:10:4512月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。12月-2312月-23Sunday,December 3,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。16:10:4516:10:4516:1012/3/2023 4:10:45 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。12月-2316:10:4516:10Dec-2303-Dec-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。16:10:4516:10:4516:10Sunday,December 3,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。12月-2312月-2316:10:4516:10:

49、45December 3,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。03 十二月 20234:10:45 下午16:10:4512月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。十二月 234:10 下午12月-2316:10December 3,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/12/3 16:10:4516:10:4503 December 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。4:10:45 下午4:10 下午16:10:4512月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blanditut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉