第四章 焊接热影响区的组织和性能课件.ppt

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1、第四章焊接热影响区的组织和性能1主要内容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焊接热影响区的组织和性能2本章主要根据低合金高强钢焊接过程中，由于快速不均匀加热和冷却引起热影响区组织性能的变化，进行系统地讨论3基本概念：1.热影响区（HeatAffectedZone，简称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2.焊接接头:由两个主要部分所组成，焊缝和焊接热影响区，示意图如图4-1焊接结构制造的问题：早期，主要采用低碳钢，主要集中注意力解决焊缝中存在的问题。只要焊缝不出现问题

2、，热影响区也不会出现问题。后来，高强钢、不锈钢、耐热钢等，焊接质量不仅决定于焊缝，同时也决定于热影响区，有时有些金属焊接热影响区存在的问题比焊缝更复杂。4以低合金高强钢焊接为例，随钢种强度级别的提高，热影响区的脆化和裂纹倾向越严重。图4-2，抗拉强度为800MPa的钢种，焊接热影响区在不同温度下的断裂韧性和可能出现的裂纹。可见，在某些情况下焊接热影响区可能成为焊接接头的薄弱环节。应重视热影响区的问题。5第一节焊接热循环焊接热循环的概念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，达到最高值后，又由高而低随时间的变化称

3、为焊接热循环。如图4-3。焊接热循环是描述焊接过程中热源对被焊金属的热作用。距离焊缝不同距离的各点，所经历的热循环是不同的，如图4-3。6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4-4。由上可见，焊接是一个不均匀加热和冷却的过程。也可以说是一种特殊的热处理，从而使热影响区造成不均匀的组织和性能。同时，也会产生复杂的应力与应变，给焊接结构的安全稳定性带来许多复杂的问题。7一、焊接热循环的主要参数（一）加热速度（ωH）ωH=dT/dtωH↑→T相变↑→A均质化和碳化物溶解越不充分，必然影响到焊接HAZ冷却后的

4、组织和性能。加热速度与许多因素相关：焊接方法、焊接线能量、板厚及几何尺寸、被焊金属的热物理性能等。8（二）加热的最高温度（Tm）金属的组织和性能除受化学成分的影响外，主要与加热的最高温度、冷却速度有关。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（1300～1350℃），晶粒发生严重长大，从而使韧性严重下降。9（三）在相变温度以上的停留时间（tH）在相变温度以上的停留时间tH为焊接加热和冷却过程中在相变温度以上的停留时间，分为加热过程的停留时间t′和冷却过程的停留时间t′′tH＝t′＋t′′tH越长，越有利于奥氏

5、体的均质化过程，但tH太长时，奥氏体晶粒越容易长大；特别是在温度较高时（如1100℃以上)，即使停留时不长，也会产生严重的晶粒长大。10（四）冷却速度(ωc)和冷却时间(t8/5、t8/3、t100等）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。焊接时的冷却过程在不同阶段是不同的。1.冷却速度是一个不易准确描述的变化量，在工程实际应用中常用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的冷却速度来表示。如对低合金钢的焊接，熔合线附近冷却过程中约450℃的瞬时冷却速度。2.用冷却时间t8/5、

6、t8/3或t100来表述焊接冷却过程。t8/5、t8/3为焊接冷却过程中温度从800℃冷却到500℃或从800℃冷却到300℃的冷却时间3.t100为焊后冷却到100℃所用的时间11二、多层焊焊接热循环的特点（一）长段多层焊焊接热循环1.长段多层焊：每道焊缝的长度较长（一般1m以上），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100～200℃以下），其特点是相邻各层之间有依次热处理的作用，不适用于淬硬倾向较大的钢种。2.因为这些钢在焊接第一层以后，焊接第二层的过程中，第一层的近缝区或焊缝由于淬硬倾向大而有产生

7、裂纹的可能。应注意焊前预热、层间温度控制，焊后缓冷等工艺措施配合。3.焊接热循环的变化如图4-17所示。1213（二）短段多层焊焊接热循环1.短段多层焊：每道焊缝长度较短（约为50～400mm），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了，其特点是后焊层对先焊层具有缓冷作用，可以防止焊接接头产生淬硬组织，适于焊接晶粒易长大而又易于淬硬的钢种2.短段多层焊的热循环如图4-18所示3.操作工艺十分繁琐，生产率低，只有在特殊情况下才采用。1415第二节焊接热循环条件下的金属组织转变特点一、HAZ热循环的特点（五点

8、）：1.加热温度高：超过Ac3以上100~200℃2.加热速度快：热源强烈集中，加热速度比热处理快几十至几百倍。3.高温停留时间短：在Ac3以上保温的时间很短（一般手工焊约为4~20s，埋弧焊时30~100s），而热处理的可以根据需要任意控制保温时间。4.一般都是在自然条件下连续冷却，个别