焊接原理ppt电子教案课件第五章焊接热影响区的组织和性能

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1、第五章焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧的母材上发生组织和性能变化的区域。叫焊接热影响区，或近缝区。焊接接头(joint)＝焊缝区(WM)＋热影响区(HAZ)低碳钢的WM和HAZ一般不出现问题，但是，随着高强钢、高合金钢以及特种钢的应用，在某些情况下，HAZ易脆化，可能成为焊接接头的薄弱地带，对其研究非常必要。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和性能的变化而进行讨论。第一节焊接热循环一、焊接热循环1.定义：在焊接热源作用下，焊件上某一点的

2、温度随时间的变化规律。图5-12.规律：①焊件上任意点的温度经历由低到高、又由高到低的加热和冷却过程；②距离热源移动轴线位置不同的各点，所经历的热循环是不同的。③焊接方法不同，热循环曲线的形状也不同。如图5-23.特点：加热速度快；加热温度高；高温停留时间短；冷却速度快；局部加热。焊接是一个不均匀加热和冷却过程结果导致：①焊接热影响区的组织和性能不均匀②接头中产生复杂的应力和应变图5-1图5-24.表征焊接热循环的主要参数:（1）加热速度ωH加热速度ωH快，奥氏体化温度升高，奥氏体中的碳化物溶解不充分，奥氏体均质化

3、程度低，稳定性差.（2）峰值温度Tm焊缝两侧各点的Tm不同，冷却过程中发生的相变不同，组织性能不同.（3）高温停留时间tH在相变温度Ac3以上停留的时间。一般指1100～1200℃以上的停留时间。tH越长，越有利于奥氏体的均质化，同时带来严重的晶粒长大.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′+t″奥氏体不仅在加热过程中长大，而且冷却过程中也在长大——奥氏体长大的热惯性.加热速度ωH最高加热温度Ｔm相变温度以上停留时间tH冷却速度ωc(或冷却时间t8/5)相变组织晶粒大小

4、（4）冷却速度ωc冷却速度是决定焊接HAZ组织和性能的主要参数。i.某一温度下的冷却速度（瞬时冷速）ωc低碳、低合金钢熔合线附近在冷却过程中，冷到540℃左右的瞬时冷速。因焊接冷速快，瞬时冷速测定困难，常用如下冷速：ii.一定温度范围内的平均冷速为便于研究，常采用“某一温度范围内”的冷却时间”来表示平均冷速。即在某温度范围内，冷却所持续的时间。如t8/5，t8/3,t100等。t8/5－熔合线附近的金属从800℃冷却到500℃所持续的时间。t8/3－熔合线附近的金属从800℃冷却到300℃所持续的时间。t100－熔

5、合线附近的金属从Tm冷却到100℃所持续的时间。注：冷裂倾向较大的钢种用t8/3和t100表示冷速；冷裂倾向较小的钢种，如低碳钢、低合金钢用t8/5表示冷速。5.热循环参数的计算点热源（厚板）线热源（薄板）峰值温度Ｔm高温停留时间tH冷却速度冷却时间上述热循环参数的计算公式繁琐。为方便起见，应用上述公式可以建立不同条件下的图解法——线算图。用此，可方便地求得不同焊接方法下的t8/5，t8/3和t100。线算图应用演示6.影响焊接热循环的因素①焊件尺寸形状在E一定的条件下：a.薄板，随板宽增大，冷速增大；b.厚板，随

6、随板厚增大，冷速增大。②接头形式不同接头形式的导热有差异，冷速不同。相同板厚的丁字接头冷速要比V字接头大约1.5倍。③焊道长度接头形式、焊接参数一定时，焊道越短，冷速越大。当焊道长度<40mm时，冷速明显增大。弧坑处冷速约为焊缝冷速的2倍；甚至比引弧断大20％。④焊接线能量随E增大，Tm、tH增大，ωc增大。a.焊接方法不同，冷速不同：在E一定时，ω埋弧焊<ω气电焊<ω手弧焊b.同一焊法，ωc也可能不同：ω直流反接<ω交流焊接⑤预热温度T0随T0增大，ωc降低，tH增大。生产中常采用低温预热，使用较小焊接线能量焊接

7、，以获得理想热循环。即：有效降低低温冷速，而对tH和高温ωc影响不大。⑥焊接冷却条件野外冷速大于室内；裸件冷速大于保温材料覆盖件。实际生产中，常在焊件冷至某一温度时，再用石棉覆盖工件，以降低低温冷速。7.多层焊热循环实际生产中常用多层焊焊接厚大件。多层焊实质上是许多单层焊热循环交替综合作用的过程。相邻焊层之间彼此具有热处理的作用：在焊接后一道焊缝时，前一道焊缝所具有的最低温度（即层间温度）对此道焊缝而言，相当于预热温度；而后一道焊缝对于前一道焊缝则相当于焊接条件下的后热处理。从提高焊接质量来看，多层焊比单层焊更为优

8、越。多层焊分为“长段多层焊”和“短段多层焊”。长段多层焊，指每道焊缝较长（>1m）。在焊接后一层时，前一焊层已冷至较低的温度（100~200或MS点以下）图5-4。长段多层焊适于淬硬倾向小的钢种的焊接。淬硬倾向较大的钢种，不适于长段多层焊。淬硬倾向大钢种焊接时，层间温度较低，熔合线附近易出现淬硬组织而产生裂纹。必须采用相应的工艺措施，如焊前预热，控制层间温度