四、焊接热影响区2010.ppt

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1、第四章焊接热影响区的组织和性能焊接接头包括焊缝和焊接热影响区（图4－1）。焊接热影响区（HAZ：heataffectedzone）HAZ也叫近缝区，是焊缝熔合区与母材被加热之间的区域,是焊接接头最薄弱的部分（图4－2）。焊件上某一点经历的从低温到高温，又从高温降到低温随时间的变化称为焊接热循环。第一节焊接热循环焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，并且焊缝不同部位所经历的焊接热循环不一样，有不同的最高加热温度（图4－3），所以焊接接头各点的组织、性能、应力和应变也不一样。热处理的热循环不同的焊接方法，其焊接热循环的

2、特点也不同（图4－4）。焊接热循环焊接热循环的主要参数包括：1加热速度（ωH）焊接加热速度比热处理加热速度快得多（见表4－1）。ωH过快使相变温度提高，并造成奥氏体均匀化和碳化物溶解都不充分。一、焊接热循环的主要参数（1）热处理的热循环2加热的最高温度（Tm）Tm越高，晶粒越粗大，而且焊接冶金反应速度越快。焊接热循环的主要参数（2）3相变温度以上停留的时间（tH）tH包括加热时停留的时间t＇和冷却时停留的时间t＇＇tH＝t‘+t’‘tH越长，越有利于奥氏体均质化。但晶粒也越易长大。热处理的热循环4冷却速度（ωC

3、）和冷却时间（t8/5、t8/3、t100）焊接热循环的主要参数（3）由于冷却速度的非线性，所以常用在某一温度范围内的平均冷却速度，如图4－5的C点速度。ωC是决定焊接HAZ组织和性能的主要参数。热处理的热循环焊缝冷却速度（ωC）也可以用焊缝在某一温度范围内的冷却时间来表示，如t8/5：焊缝从800℃冷却到500℃所用的时间；t8/3：焊缝从800℃冷却到300℃所用的时间；t100：焊缝从Tm冷却到100℃所用的时间。焊缝冷却速度和冷却时间（1）被焊金属的热物理性质：金属的导热系数越大，冷却速度就越快。影响焊

4、接热影响区的冷却速度的因素（1）（2）钢板的厚度：钢板的尺寸越大、越厚，冷却速度就越快（图5－66）。但板厚超过25mm后，冷却速度趋于一定值。初始温度越高，冷却速度越慢（图5－67）。（3）钢板的初始温度对HAZ冷却速度的影响预热对减缓600℃以下的冷却速度特别显著，是控制淬硬组织、避免产生冷裂纹的重要手段。HAZ的冷却速度受焊接电流、电弧电压、焊接速度等的影响，冷却速度随着焊接线能量的增加而降低（图5－68）。（4）焊接规范对HAZ冷却速度的影响焊接接头的形状对冷却速度也有影响。角焊缝、T字接头的冷却速度比

5、对接焊缝的冷却速度要快得多。调整焊接线能量、预热、缓冷等措施都可以降低焊缝的冷却速度。采用模拟试验机和计算机技术对焊接过程进行数值模拟是焊接研究的热点之一。二、焊接热循环参数的数值模拟（略）多层焊的后一道焊缝可以对前一道焊缝进行一次热处理，所以多层焊的焊缝质量优于单层焊。三、多层焊热循环的特点1长段多层焊（>1m）焊第二道焊缝时第一道已降至低温，所以各相邻焊缝有依次热处理的作用。为防止最后一层淬硬，可加焊一道“退火焊道”（图4－17*）。易淬硬钢不易采用长段多层焊。短段多层焊（50～400mm）是在第一道焊缝仍

6、处于高温时，进行第二道焊接（图4－18）。2短段多层焊短段多层焊适于焊接晶粒易长大而又易于淬硬的钢种，尤其是用于铸铁补焊。与热处理加热进行比较（图4－20），焊接（热影响区）加热具有：加热温度高、加热速度快、高温停留时间短、自然冷却和局部加热等特点。第二节焊接热影响区的组织转变焊接加热特点必然造成焊接区域的组织、性能等的不均匀性和复杂化。由于焊接加热速度快，造成AC1和AC3线上移，偏离平衡位置。加热速度越快，两线之间的距离越宽（图4－19，表4－8）。一、焊接时加热过程组织转变的特点（1）图4-19（45钢）

7、1-1600℃/s；2-270℃/s；3-35℃/s由于P体和F体向A体转变属于扩散性重结晶，需要孕育期，所以加热速度快也不利于A体均质化。焊接时加热过程组织转变的特点（2）对于含有碳化物合金元素的钢（Cr、W、Mo、V等），快速加热使碳化物来不及溶入A体中，造成成分不均匀。A体的不均匀将影响到冷却过程的组织转变。由于焊接与热处理的热循环特点不同（图4－20），所以即使在同样的冷却条件下获得的组织也不一样（表4－9）。二、冷却过程的组织转变CCT图（1）注：1有（）号为热处理时的百分比；2中间组织为贝氏体、索氏

8、体和托氏体。利用WM－CCT图可以预测到焊接热影响区的组织和性能，也可以根据熔合区的某点冷却速度，了解此钢种的淬硬倾向以及产生冷裂的可能性（图4－23），然后制定出相应的工艺措施，如预热、焊后热处理等。冷却过程的组织转变CCT图（2）影响MW-CCT图的因素（1）1母材化学成分的影响除钴外，所有合金元素都使S曲线右移，即增加淬硬倾向。2冷却速度的影响随着冷却速度的增加，A1线下移，可形