最新焊接热影响区的脆化机理及防治措施幻灯片.ppt

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1、焊接热影响区的脆化机理及防治措施1HAZ的脆化定义：HAZ脆化是热影响区在焊接热循环作用下所发生的塑性、韧性严重下降的现象。分类：粗晶脆化、析出相脆化、组织转变脆化、热应变脆化、氢脆化和石墨脆化等。2粗晶脆化（CGHAZ）焊接粗晶热影响区处在焊缝和母材的过渡区域。焊接过程中，其加热温度接近钢材的熔化温度，虽然高温停留时间短暂，但与一般热处理不同，在焊接的连续加热和冷却条件下，奥氏体晶粒长大具有热惯性，实际晶粒度较粗。根据Hall-Petch公式可知，晶粒越粗大，脆性转变温度越高，即脆性增加。晶粒直径d与脆性转变温度VTrs的关系如下图所示。3析出相脆化例如，Al

2、N在晶界析出，Ti（C,N）在晶内析出，都呈块状形式。这种状态的第二相会严重阻碍位错的运动，从而导致过热区的脆化。若Fe3C沿晶界呈薄膜状析出，或形成粗大碳化物，也会导致脆化。在快速冷却条件下，若碳、氮化合物来不及析出，则在焊后回火或时效过程中也可能产生脆化（如回火脆化）。4组织脆化（1）M-A组元脆化M-A组元一般是在中等冷却速度下形成。在焊接冷却过程中，奥氏体不断向铁素体转变，碳及合金元素向未转变的奥氏体中扩散，造成奥氏体的碳浓度不断增加，在随后的冷却过程中，这些高碳奥氏体转变成高碳马氏体与残余奥氏体组成的岛状组织即M-A组元，有时M-A组元中的马氏体也包含

3、低碳板条马氏体。M-A组元中的马氏体一般为高碳马氏体，容易引发微裂纹。随着M-A组元数量的增多，韧脆转变4组织脆化温度将显著升高。因此，在HAZ内出现M-A组元将会导致HAZ韧性降低，引起脆化。M-A组元引发裂纹的可能微观机制有四种:①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹;②相邻块状M-A组元间的残余拉应力相互叠加，有助于微裂纹的产生;③M-A/基体界面(尤其是沿晶分布的块状M-A组元)的应力集中和碳的偏析导致M-A组元与基体分离而产生微裂纹;④M-A组元的变形导致其与基体分离而引发微裂纹。4组织脆化（2）遗传脆化所谓“组织遗传”是指厚板结构钢多层焊时，若第一焊

4、道的HAZ粗晶区位于第二焊道的正火区(相变重结晶区)或两相区晶区的组织仍保留粗晶组织和结晶学的位向关系。其典型组织特征是，在晶粒周围或亚晶界上出现成串非连续分布的等轴细晶，此外过热的粗晶组织基本上保留了加热前的大小和形貌。4组织脆化“组织遗传”引起脆化的原因是晶粒粗大、M-A组元的产生以及孪晶马氏体的增加。总之，不管是M-A组元脆化还是“组织遗传”脆化，脆化原因与M-A组元的存在密切相关。M-A组元是一种脆硬性组织，其存在一定程度上导致HAZ韧性降低，这一点毋庸置疑。5热应变时效脆化定义：在制造焊接结构的过程中，不可避免地要进行各种加工，如下料、剪切、弯曲变形、

5、气割、矫形、锤击、焊接和其他热加工等程序。有这些加工引起的局部应变、塑性应变对焊接HAZ脆化有很大的影响，由此而引起的脆化称为热应变时效脆化。分类：（1）静应变时效脆化在室温或低温下受到预应变后产生的时效脆化现象。5热应变时效脆化其特征是强度和硬度增强，而塑性、韧性下降。只有钢中存在碳、氮自由间隙原子时才会发生这种现象。（2）动应变时效脆化一般在较高的温度下，特别是200~400˚C温度范围的预应变所产生的时效脆化现象。HAZ的热应变脆化多数属于动应变时效脆化所引起，通常所说的“蓝脆性”就属于动应变时效脆化现象。5热应变时效脆化关于热应变时效脆化的机理，目前多数

6、人认为是由于柯氏气团对于位错的钉扎作用。例如，Q245（原20钢）厚壁高压管在服役过程中可能会发生应变时效脆化。冷加工Q245钢的应变时效是间隙原子(碳、氮，尤其是氮原子)与金属位错间的钉扎和解扎相互作用的结果，应变时效现象中危害最大的是冲击吸收能量、断裂韧度等韧性指标的降低，也就是通常所说的应变时效脆化。首选正火作为消除应变时效脆化的处理方法。6防治措施为了防止CGHAZ脆化，一般应严格控制焊接热输入，采用预热、后热等工艺措施。常规的焊接工艺是焊前退火或正火处理，焊后进行调质处理。但有时鉴于焊接的实际情况，焊前无法退火或正火，焊后无法进行调质处理，必须通过焊后

7、热处理保证其韧性满足要求。防止或消除M-A组元和遗传脆化，应制定严格的焊接工艺参数:焊前预热温度选MS+50~80˚C，层间温度不低于马氏体转变点MS，以避免在焊缝和热影响区产生非平衡的淬火组织，焊后应进行紧急后热及调质处理。6防治措施对于不同的材料进行焊接，要防止脆化也必须制定相应的措施。但是，简言之，大概分为以下几个方面：焊前适当预热，合理选择层间温度，焊后紧急后热及调质处理，在两次热循环之间加上一次热循环等等。HP大中华区总裁孙振耀在著名的退休感言中说：职业生涯就像一场体育比赛，有初赛、复赛、决赛从初入社会的新人，一路过关斩将，进入复赛、决赛阶段这时候，拼

8、的就不是智力和资质了，而