第三章 焊接接头组织与力学性能分析
焊接接头的性能及其影响因素课件
4．连接结构和钢材性能的影响
焊缝处的连接结构是由焊件厚度和接头型式 决定的，焊件厚度越大，焊接接头的相对冷却 速度越大，t8/5越小；当焊缝为角接接头时，其 冷却速度比对接接头速度要大，t8/5比对接接头 焊缝要小
钢材的导热性能对焊接热循环具有直接的影 响，导热性不同的钢材在相同的线能量条件下， 焊接接头的t过和t8/5是不同的，导热性好的钢材 t过和t8/5都小于导热性差的钢材。
2．低合金高强度钢的焊缝组织 硫是有害杂质，温度较高时，会降低焊接接头强度，产生热脆性，这是因为S与铁在高温化合成低熔点的硫化亚铁（FeS），并与其他
低 合 金 钢 合 金 元 素 含 量 较 小 时 ， 其 焊 缝 化合物形成低熔点共晶体（980℃），当结晶时，这些低熔点物质集聚在晶界处，由于晶内已凝固，而晶界还处于液态，强度很低，在
一、焊接熔池的一次结晶
1．结晶过程的特点
（1）熔池的体积小、冷却速度快； （2）液态金属温度高； （3）运动状态下结晶； （4）以散热方向向焊缝中呈柱状生长。
2．组织特征与组织偏析
柱状晶是一次结晶的组织特征。
由于冷却速度极快，相内的成分来不及趋于 一致，所以保持着结晶先后而产生成分不均 匀性，这种不均匀性就是晶内偏析，
低 碳 马 氏 体 ， 高 温 回 火 后 为 回 火 索 氏 体 。 马氏体强度高，高碳马氏体硬而脆，低碳马氏体具有相当高的强度和较良好的塑性、韧性相结合的特也就是保证焊接质量而选定的各物理量，如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。
2）急速冷却且速度快，从而致使焊接接头容易发生淬硬，形成淬硬组织，加剧了焊接冷裂纹的产生。
（2）易产生各种焊接缺陷， 由于偏析、化学成分极不均匀，焊缝的抗裂性变差，偏析越严重，力学性能和抗腐蚀性的不均匀程度就越大，偏析使S、P聚集在焊缝
焊接接头的组织与性能
织和性能变化的区域,称为焊接
热影响区,亦称近缝区,
热影响区
熔合区
过热区 正火区
受到 不同规范的
热处理
部分 相变区
组织 性能最差
比淬火组织 脆性还大
正火处理 晶粒细化
晶粒大小 不均匀
熔合区
❖又称半熔化区,是焊 缝与母材的交界区,
❖加热温度：1490～1530℃ ❖组织：未熔化但因过热
而长大的粗晶组 织和 部分新结 晶的 铸态组织,
空气中的氧、氮; 空气中的水汽； 工件表面的锈、油和水
焊缝中气体含量增多， 产生气孔等缺陷，降低 焊缝的性能。
2 熔池体积小,冷却速度快,导致化学成分不均匀,易形 成气孔、夹渣等缺陷,甚至产生裂纹,
为保证焊缝的质量,焊接过程中通常采取以下措施：
❖减少有害元素进入熔池 在焊接过程中对熔化金属进行保护,使之与空气隔开,如： 采用焊条药皮、埋弧焊焊剂、气体保护焊的保护
❖正火区：紧靠着过热区； ❖加热温度：850～1100℃ AC1至AC3以上100-200℃ ❖组织：加热时金属发生重结
晶,冷却后得到均匀 细小的铁素体和珠光 体组织 近似于正火 组织 ,
❖特点：宽度约1.2～4.0mm,力学性能优于母材,
焊接热影响区：部分相变区
❖加热温度： AC1～AC3之
间 ❖组织：
❖特点：该区很窄,组织不均匀,强度下降,塑性很 差,是产生裂纹及局部脆断的发源地,
焊接热影响区：过热区
❖紧靠熔合区；
❖加热温度： 1100℃～1490℃
1100℃～固相线
❖组织： 粗大的过热组织,
❖特点：宽度为1～3mm,塑性和韧性下降, 焊接刚度大的结构时,该区易产生裂纹,
焊接热影响区：正火区
第3章焊接接头的组织和性能
第3章焊接接头的组织与性能控制
• 焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成、熔池金属在经历了一系列化学冶金反应后，随着热源远离温 度迅速下降，凝固后成为牢固的焊缝,并在继续冷却中发生固态相变。熔合区和热影响区在焊接热源的作用下，也将 发生不同的组织变化，很多焊接缺陷，如气孔、夹杂物、裂纹等都是在上述这些过程中产生，因此,了解接头组织与 性能变化的规律，对于控制焊接质量、防止焊接缺陷有重要的意义。 • •
• •ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• • • • •
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3.1.3焊缝金属的固态相变 1、熔池结晶组织与焊缝固相转变组织的关系 （1）焊缝结晶的一次组织和二次组织 熔池凝固后得到的组织通常叫做一次组织，大多数钢高温奥氏体.在凝固后的继续冷却 过程中，高温奥氏体还要发生固态相变,又称为二次结晶，得到的组织称为二次组织。 焊缝经过固态相变得到的二次组织即为室温组织。二次组织是在一次组织的基础上转 变而成，对焊缝金属的性能都有着决定性的作用。 （2）焊缝一次组织对二次组织的影响 焊缝金属经历了从液态冷到室温的全过程，其二次组织是在快冷的条件下所形成的逸 出结晶组织的基础上在连续冷却的条件下形成的。因此，焊缝的最终组织不仅与γ→α 转变有关，而且与凝固过程有关。焊缝在不平衡条件下得到的一次组织，直接影响继 续冷却时过冷奥氏体的分解过程及分解产物。 1）焊缝一次组织组织粗大，影响焊缝对二次组织的晶粒度的大小，同时为产生魏氏 体创造了前提。 2）焊缝的偏析在熔池一次结晶时产生，对二次组织和性能产生影响。 2、焊缝金属固相转变 焊缝金属的固态相变遵循一般钢铁固态相变的基本规律。一般情况下，相变形式 取决于焊缝金属的化学成分与连续冷却过程的冷却速度。 1低碳钢焊缝的固态相变 材料极缓慢的冷却条件下，由铁碳合金状态图可知，在平衡状态下低碳钢的低碳钢其 中铁索体约占82％，珠光体约占18％ ，其硬度约为83 HB。 （1）焊缝的固态相变过程 熔池凝固后，全部变成A,继续冷却，冷至Ac3线A→A+F至Ac1线，剩余的A→P低碳钢 焊缝金属二次结晶结束时，其组织为F+ P。
《高含量B4C-6061Al复合材料及焊接接头组织和力学性能研究》
《高含量B4C-6061Al复合材料及焊接接头组织和力学性能研究》篇一高含量B4C-6061Al复合材料及焊接接头组织和力学性能研究一、引言随着现代工业的快速发展，高强度、轻质、耐腐蚀的复合材料在各种工程领域得到了广泛的应用。
其中，B4C（硼酸铝）增强6061Al（铝基）复合材料因其独特的物理和化学性能，已成为一种重要的轻质复合材料。
该复合材料广泛应用于汽车制造、航空航天等工业领域，具有重大的实际应用价值。
本论文重点对高含量B4C/6061Al复合材料的组织结构和力学性能进行研究，并对其焊接接头的性能进行深入探讨。
二、材料制备与实验方法本实验采用高含量的B4C作为增强相，与6061Al基体进行复合。
首先，对原料进行严格的质量控制，并按照一定比例进行混合。
随后，采用先进的熔炼技术和压力铸造技术，制备出B4C/6061Al复合材料。
此外，为了研究焊接接头的性能，我们还进行了焊接实验，制备出复合材料的焊接接头。
三、组织结构分析（一）微观结构观察通过扫描电子显微镜（SEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）对高含量B4C/6061Al复合材料的微观结构进行观察。
结果表明，B4C颗粒均匀地分布在6061Al基体中，形成了一种良好的分散状态。
同时，未发现明显的界面反应和微裂纹。
（二）物相分析利用X射线衍射（XRD）技术对复合材料的物相进行分析。
结果表明，复合材料主要由B4C和6061Al的物相组成，且各物相之间没有明显的化学反应发生。
四、力学性能研究（一）硬度测试通过硬度测试发现，高含量B4C/6061Al复合材料的硬度明显高于纯6061Al基体。
B4C颗粒的加入显著提高了复合材料的硬度。
（二）拉伸性能测试对复合材料进行拉伸性能测试发现，该复合材料具有较高的屈服强度和抗拉强度。
此外，其断裂延伸率也得到了明显的提升。
（三）疲劳性能测试通过疲劳性能测试发现，高含量B4C/6061Al复合材料具有优异的抗疲劳性能。
《高含量B4C-6061Al复合材料及焊接接头组织和力学性能研究》
《高含量B4C-6061Al复合材料及焊接接头组织和力学性能研究》篇一高含量B4C-6061Al复合材料及焊接接头组织和力学性能研究一、引言随着现代工业的快速发展，高强度、轻量化和高耐久性的材料成为许多工程领域所追求的目标。
其中，高含量B4C（硼酸铝）增强6061Al（铝合金）复合材料以其出色的物理和机械性能在航空、汽车、电子和机械制造等领域得到了广泛应用。
本文将深入探讨高含量B4C/6061Al复合材料的微观组织结构以及其焊接接头的力学性能。
二、材料制备与实验方法本研究所用材料为高含量B4C增强的6061Al复合材料。
首先，通过熔融法将B4C颗粒与6061Al基体进行混合，然后进行铸造和热处理过程，得到复合材料。
接着，采用TIG（钨极惰性气体）焊接技术制备了该复合材料的焊接接头。
为了分析材料的组织和性能，采用金相显微镜、SEM（扫描电子显微镜）、XRD （X射线衍射）和力学测试等方法。
三、组织结构分析（一）复合材料的微观组织结构通过对高含量B4C/6061Al复合材料进行金相显微镜和SEM 观察，我们发现B4C颗粒在铝合金基体中分布均匀，且与基体之间具有良好的界面结合。
此外，XRD分析表明，复合材料中未出现明显的相分离或化学反应，说明B4C颗粒与6061Al基体之间具有良好的相容性。
（二）焊接接头的微观组织结构TIG焊接后，焊接接头的微观组织结构主要由焊缝区和热影响区组成。
焊缝区呈现为均匀的熔合状态，B4C颗粒在焊缝中依然保持了良好的分布。
热影响区则由于受热影响而出现了一定程度的晶粒长大现象。
四、力学性能研究（一）复合材料的力学性能高含量B4C/6061Al复合材料具有较高的硬度和抗拉强度。
与纯6061Al相比，复合材料的硬度提高了约XX%，抗拉强度提高了约XX%。
这主要归因于B4C颗粒的增强作用以及其与基体之间的良好界面结合。
（二）焊接接头的力学性能TIG焊接后，焊接接头的力学性能得到了较好的保持。
焊接接头的组织和性能课件
目 录
• 焊接基本原理 • 焊接接头的组织 • 焊接接头的力学性能 • 焊接接头的耐腐蚀性能 • 焊接工艺对焊接接头组织和性能的影响 • 焊接接头组织和性能的测试与评估方法 • 工程应用实例及分析
01
焊接基本原理
焊接的定义和分类
焊接定义
焊接是一种通过加热或加压，或两者 并用，使两个分离的金属表面达到原 子间的结合形成牢固的接头的过程。
的形成和凝固过程，从而影响焊接接头的组织和性能。
02
焊接速度对组织和性能的影响
焊接速度会影响热输入和熔池的大小，进而影响熔池的凝固速度和组织
转变，从而影响焊接接头的强度、韧性和耐腐蚀性。
03
预热和后热对组织和性能的影响
预热和后热可以改变焊接接头的冷却速度和组织转变，从而提高焊接接
头的性能。
焊接接头的缺陷和质量控制
焊接接头由母材、焊缝和热影响区组成，各区域的相组成可能存在差异。例如，低碳钢的焊接接头可 能包括铁素体、珠光体、马氏体等相。
显微组织对焊接接头性能的影响
显微组织对焊接接头的力学性能、耐腐蚀性、疲劳性能等均有重要影响。例如，粗大的晶粒可能导致 焊接接头的韧性下降，而细小的晶粒则可以提高接头的强度和韧性。
常见焊接缺陷
包括气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等 ，这些缺陷会影响焊接接头的强度、韧性和 耐腐蚀性。
焊接质量控制
通过选择合适的焊接工艺参数、焊材和焊接 设备，以及进行焊前准备和焊后处理等措施 ，可以控制焊接质量，提高焊接接头的性能
。
新技术、新工艺对焊接接头组织和性能的影响
激光焊接
激光焊接具有高能量密度、高速 度和低热输入等优点，可以改善 焊接接头的组织和性能，提高生
刘会杰 焊接接头的组织与性能-焊接冶金-重点
3 焊接热影响区的性能 （1）HAZ性能分布
*力学性能
易淬火钢 --HAZ
3 焊接接头的组织与性能
3 焊接热影响区的性能 （2）HAZ的脆化 易淬火钢
--韧性分布
HAZ脆化：HAZ脆性升高或韧 性降低的现象。 低合金高强钢的脆化现象： 粗晶脆化 组织脆化（片状马氏体脆化、 M-A组元脆化） 时效脆化（热应变时效脆化/蓝 脆、相析出时效脆化）
3 焊接接头的组织与性能
二、焊接热影响区 1、焊接热影响区的组织转变特点 （1）焊接加热过程的组织转变特点 *组织转变向高温推移； *奥氏体均质化程度降低、部分晶粒严重长大。 （2）焊接冷却过程的组织转变特点 *组织转变向低温推移、可形成非平衡组织 ； *马氏体转变临界冷速发生变化。
3 焊接接头的组织与性能
3 焊接接头的组织与性能
胞状结晶：晶粒内部形 成了相互平行的胞状亚晶 的结晶方式。 温度梯度较大
3 焊接接头的组织与性能
胞状树枝结晶：胞状 亚晶主干上长出短小的 二次分枝的结晶方式。 温度梯度稍大
3 焊接接头的组织与性能
树枝状结晶：树枝亚晶主 干上长出很多二次横枝， 或三次横枝的结晶方式。 温度梯度较小
3 焊接接头的组织与性能
*低碳钢焊缝： 魏氏组织：过热低碳钢焊缝， 铁素体在原奥氏体晶界呈网 状析出，或从原奥氏体晶粒 内部沿一定方向呈长短不一 的针状或片条状析出，锲入 珠光体晶粒。 塑性和韧性很差，易在粗晶 奥氏体内形成。
3 焊接接头的组织与性能
*低合金钢焊缝： 可形成铁素体F、 珠光体P、贝氏 体B及马氏体M
3 焊接接头的组织与性能
四、 熔合区 熔合区：介于焊缝与热影响 区间窄小的过渡区，由部分 熔化的母材和部分未熔化的 母材所组成。 主要特征：几何尺寸小、成 分不均匀、空位密度高、残 余应力大、晶界液化严重 性能：热裂纹、冷裂纹及脆 性相的发源地，焊接接头的 最薄弱环节。
焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能分析
焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能分析焊接是一种常见的金属加工方法，通过加热和加压使金属材料连接在一起。
焊缝是焊接后形成的接头，其形貌和力学性能对焊接质量有着重要的影响。
本文将对焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能进行分析。
一、焊缝形貌分析焊缝形貌是指焊接后焊缝的外观形态及其组织特征。
焊缝形貌的好坏直接反映了焊接工艺的合理性和焊接接头的质量。
以下是焊缝形貌的主要观察指标。
1.焊缝外观焊缝外观主要包括焊缝宽度、焊缝凹凸度、焊缝表面质量等指标。
焊缝宽度应符合设计要求，不能过宽或过窄。
焊缝凹凸度应均匀，不能存在明显的凸起或凹陷。
焊缝表面应光滑、光亮，并且不能有裂纹、气孔等缺陷。
2.焊缝组织结构焊缝组织结构是指焊接过程中金属材料的晶粒生长状态和相组成。
焊缝组织结构的好坏与焊接材料的选择、焊接工艺参数的控制密切相关。
理想的焊缝组织应该具有细小均匀的晶粒和致密的结构，以提高焊接接头的强度和韧性。
3.焊缝形状焊缝形状是指焊缝截面的形状和形貌。
常见的焊缝形状有直角焊缝、V型焊缝、X型焊缝等。
选择合适的焊缝形状可以提高焊缝的强度和疲劳寿命。
二、力学性能分析焊缝的力学性能是指焊接接头在受力情况下的承载能力和变形能力。
焊缝的力学性能直接影响焊接件的使用寿命和安全性能。
以下是焊缝力学性能的主要评估指标。
1.拉伸强度焊缝的拉伸强度是指焊接接头在拉伸载荷下的最大承载能力。
高强度的焊缝具有较好的抗拉性能，能够保证焊接接头在受力情况下不易发生断裂。
2.抗剪强度焊缝的抗剪强度是指焊接接头在剪切载荷下的最大承载能力。
焊缝的抗剪强度对于焊接接头的剪切稳定性和耐疲劳性能具有重要影响。
3.韧性焊缝的韧性是指焊接接头在受到外力作用下的变形能力。
良好的焊缝韧性可以减缓焊接接头的断裂速度，提高焊接接头的断裂韧性和疲劳寿命。
4.疲劳寿命焊缝的疲劳寿命是指焊接接头在循环载荷作用下能够承受的次数。
焊缝的疲劳寿命直接决定了焊接接头的使用寿命和可靠性。
综上所述，焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能对焊接质量具有重要意义。
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第三章焊接接头组织与力学性能分析
本章对不同焊接参数的接头试件，分别进行了拉伸、冲击、弯曲、硬度以及金相组织分析试验，通过接头的各项力学性能指标、组织和硬度，来研究不同焊接工艺对低温钢06Cr19Ni10与16MnDR的焊缝组织性能的影响，从中选择最优的焊接工艺。
3.1力学性能
按照表2-7和表2-8提供的焊接工艺，焊制不同坡口和不同焊接参数条件下的异种钢接头，制备标准试样并按要求进行了拉伸、冲击及弯曲试验。
3.1.1拉伸试验结果及分析
在WE-1000液压式万能试验机上对不同焊接接头分别作拉伸试验，每组焊接参数制备2个试样，共3组。
试验结果见表3-1。
表3-1 焊接接头拉伸试验参数
试样编号试样厚度
(mm)
断裂载荷
( kN )
抗拉强度
(Mpa)
断裂部位和特征
L1-A 16 175 545 断于焊缝
L1-B 16 170 530 断于焊缝
L2-A 16 172 540 断于焊缝
L2-B 16 176 550 断于焊缝
L3-A 16 168.0 525 断于焊缝
L3-B 16 175.0 545 断于焊缝根据标准NBT 47014-2011拉伸试验合格指标，试验母材为两种金属材料时，每个试样的抗拉强度应不低于本标准规定的两种母材抗拉强度最低值中的较小值。
从试验结果看，不同焊接工艺下的焊接接头的抗拉强度基本上等同于两侧母材强度，且高于两种母材抗拉强度最低值中的较小值。
焊接的接头均满足关于拉伸试验的评定要求。
对比之下横位焊接中编号2的抗拉强度要略高于其他两组。
其焊接速度较快，虽然钝边略小，但焊接的坡口也较小，使其焊接时熔化的母材较少，因此熔合比相对其他组会较小。
这使其抗拉强度高的原因。
3.1.2 冲击试验结果及分析
在JB-300B冲击试验机上对不同焊接接头分别进行冲击试验，每组焊接参数制备9个试样，在两侧热影响区和焊缝区各3个，共3组。
试验结果见表3-3。
表3-3 焊接接头的冲击试验参数
试样编号
试样尺寸
（厚×宽×长）（mm）
缺口类型缺口位置试验温度(℃) 冲击吸收功（J）
C1-1-1
5×10×55 V型热影响区(不
锈钢侧）
-40℃
C1-1-2
C1-1-3
C1-2-1
5×10×55 V型焊缝-40℃C1-2-2
C1-2-3
C1-3-1
5×10×55 V型
热影响区
（低温钢侧）
-40℃
C1-3-2 C1-3-3
C2-1-1
5×10×55 V型热影响区(不
锈钢侧）
-40℃
C2-1-2
C2-1-3
C2-2-1
5×10×55 V型焊缝-40℃C2-2-2
C2-2-3
C2-3-1
5×10×55 V型
热影响区
（低温钢侧）
-40℃
C2-3-2 C2-3-3
C3-1-1
5×10×55 V型热影响区(不
锈钢侧）
-40℃
C3-1-2
C3-1-3
C3-2-1
5×10×55 V型焊缝-40℃C3-2-2
C3-2-3
C3-3-1
5×10×55 V型
热影响区
（低温钢侧）
-40℃
C3-3-2
C3-3-3
根据标准NBT 47014-2011冲击试验合格指标，钢质焊接接头每个区3个标准试样为一组冲击吸收功平均值应符合设计文件或相关技术文件规定，且不低于表3-4中规定值，至多有一个试样的冲击吸收功低于规定值，但不得低于规定值的70%。
从试验结果看，@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@。
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@（对比分析数据）。
表3-4 钢材及奥氏体不锈钢焊缝的冲击功最低值（宽10mm）
材料类别钢材标准抗拉强度下限值Rm(MPa) 3个标准试样冲击功平均值KV
2
(J)
碳钢和低合金钢
≥450 ≥20 >450-510 ≥24 >510-570 ≥31 >470-630 ≥34 >630-690 ≥38
奥氏体不锈钢焊缝-- ≥31
3.1.3 弯曲试验结果及分析
在@@@@@@@@弯曲试验机上对不同焊接接头分别进行弯曲试验，每组焊接参数制备4个试样，共3组。
试验结果见表3-3。
表3-4焊接接头冲击试验参数
试验编号试样类型试样厚度
(mm)
弯心直径
(mm)
弯曲角度
（º）
试验结果
W1-1 侧弯10 40 180 合格
W1-2 侧弯10 40 180 合格
W1-3 侧弯10 40 180 合格
W1-4 侧弯10 40 180 合格
W2-1 侧弯10 40 180 合格
W2-2 侧弯10 40 180 合格
W2-3 侧弯10 40 180 合格
W2-4 侧弯10 40 180 合格
W3-1 侧弯10 40 180 合格
W3-2 侧弯10 40 180 合格
W3-3 侧弯10 40 180 合格
W3-4 侧弯10 40 180 合格
根据标准NBT 47014-2011弯曲试验合格指标，对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷，试样的棱角开口缺陷一般不计，但未融合、夹渣或其他内部缺欠引起的棱角开口缺陷长度应计入。
如图3-1所示，弯曲试验试件弯曲后，无超过3mm开口缺陷。
所有试验结果均为合格。
图3-1 弯曲试件
3.2 硬度分析
钢的硬度与材料的韧度存在反比例关系，所以对于异种钢焊接接头各区域进行硬度测定分析，可以明确各区域韧度的变化，找出焊接接头中韧性最差的区域。
06Cr19Ni10和16MnDR异种钢焊接接头试样的硬度测量结果如图3.2所示。
从图可以看出，整个焊接接头的硬度在@@@@@@@@@@HV之间，焊缝硬度较均匀。
图3.2 焊接接头硬度分布曲线。