焊接技术 4 焊接热影响区组织与性能

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1、焊接冶金与金属焊接性Fe-Fe3C相图焊接冶金与金属焊接性稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区.550～Ms(230℃);中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区.Ms～Mf(-50℃);低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区.时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf§2钢在加热和冷却时的转变焊接冶金与金属焊接性焊接冶金与金属焊接性焊接冶金与金属焊接性焊接冶金与金属焊接性第四章焊接热影响

2、区组织与性能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－－热影响区（ＨＡＺ）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四章焊接热影响区组织与性能第一节焊接热循环第四章焊接热影响区组织与性能热源沿焊件移动，升温（达到最高值）、降温过程（随时间变化）→热循环。焊接热循环的特点：距焊缝距离不同，热循环不同焊接方法不同，热循环不同不均匀的加热、冷却过程→组织转变和性能变化不均匀+应力应变不均匀（复杂）。特殊的热处理过程，更复杂。第四章焊接热影响区组织与性能一、焊接热循环的主要参数（一）加热速度（H）加热速度提高

3、→相变点温度提高，奥氏体的均质化和碳化物的溶解越不充分→冷却后的组织和性能。加热速度的影响因素：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质。低合金钢的有关参数见表4-1第四章焊接热影响区组织与性能（二）加热的最高温度（Tm）（三）高温停留时间（tH）加热过程的停留时间t和冷却过程的停留时间ttH=t+t第四章焊接热影响区组织与性能（四）冷却速度（C）和冷却时间（t8/5、t8/3、t100）决定HAZ组织和性能的主要参数。整个冷却速度在不同的阶段是不同的，在某一个温度范围内的平均冷却速度，或瞬时冷却速度。第四章焊接热影响区组织与性

4、能二、焊接热循环参数的数值模拟根据传热学理论，建立数学模型，求解四个主要参数。（一）峰值温度（最高温度）Tm焊件上某点的温度随时间的变化厚大焊件（点热源）：薄板（线热源）：第四章焊接热影响区组织与性能E—焊接线能量（J/cm）—导热系数[W/(cm.oC)]c—比热容[J/(g.oC)]—密度(g/cm3)a—热扩散率，（cm2/s）—板厚(cm)r0—厚焊件上某点距热源运行轴线的垂直距离，(cm)y0—薄板上某点距热源运行轴线的垂直距离(mm)t—热源到达所求点所在截面后的传热时间(s)第四章焊接热影响区组织与性能当时，即可求得最高温度：线热源点热源第

5、四章焊接热影响区组织与性能（二）相变温度以上停留时间tH对于厚大焊件:对于薄板焊件:f2f3第四章焊接热影响区组织与性能（三）瞬时冷却速度C的计算当r0=0，y0=0时第四章焊接热影响区组织与性能冷却至某一温度tC时的冷却速度厚大件：薄板件：焊件厚度8～25mm时，加以修正第四章焊接热影响区组织与性能第四章焊接热影响区组织与性能（四）冷却时间的计算***瞬时冷却速度的计算和测定，误差较大。采用平均冷却速度，即用一段温度的冷却时间代替瞬时冷却速度。如t8/5、t8/3、t100等。按照钢的淬透性（马氏体转变能力）选择是哪一段时间。一般钢，则用t8/5，淬透性较

6、大，选用t8/3、t100等第四章焊接热影响区组织与性能厚大焊件三维传热薄板焊接二维传热临界板厚0.75cr第四章焊接热影响区组织与性能三维传热（厚板）乌威（D.Vwer），1976二维传热（薄板）临界厚度判别公式第四章焊接热影响区组织与性能第四章焊接热影响区组织与性能第四章焊接热影响区组织与性能第四章焊接热影响区组织与性能稻垣道夫等线算图第四章焊接热影响区组织与性能第四章焊接热影响区组织与性能第四章焊接热影响区组织与性能比单层焊有更明显的优势，工程上实际采用的更多。被焊件越厚，层数越多。三、多层焊热循环的特点层间后序焊接有对前道焊层热处理的作用，可明显改善

7、焊缝性能（一）长段多层焊焊接热循环焊段长，1m以上，第二层焊接时，第一层已经冷却。淬火倾向大的钢种不适宜第四章焊接热影响区组织与性能第四章焊接热影响区组织与性能（二）短段多层焊焊接热循环相邻段层时间间隔短，前一道焊层尚未冷却，有利的热过程。效率低，一般钢不用。用于淬裂倾向大的钢。第四章焊接热影响区组织与性能第二节焊接热循环条件下的金属组织转变特点（1）加热温度高热处理：Ac3+100～200oC焊接：1350oC（2）加热速度快超过热处理加热速度几十、几百倍（3）高温停留时间短热循环的特点，只有几十秒时间（4）自然条件下连续冷却一般不控制（5）局部加热组织转变

8、在应力下进行按照焊接热循环的特点，建立