第四章 熔合区和焊接热影响区
合集下载
(完整版)焊接热影响区的组织和性能
钢种HT50～HT100 板厚25～50mm， E＝17KJ/cm，t8/5＝6.5s
图4-37 Hmax与CE的关系
钢种HT50～HT100 板厚25～50mm， E＝17KJ/cm，t8/5＝6.5s
图4-38 Hmax与t8/5及Pcm的关系 钢材：18MnMoNb 板厚16～36mm
t8/5（s)
(2) 析出脆化
图4-47 析出物的间距λ与位错运动及脆性的关系
（三）调质钢HAZ软化
1.调质钢HAZ软化
图4-48 调质钢HAZ的硬度分布 A－焊前淬火＋低温回火 B－焊前淬火＋高温回火 C－焊前退火
图4-49
图4-50
2.热处理强化合金焊接HAZ软化
Thanks
国产低合金钢公式
（二）焊接热影响区脆化
1. 粗晶脆化
晶粒长大影响因素：
化学成分、组织状态、加热温度、时间
碳化物形成元素：Ti、Nb、Mo、V、W
lg( D 4
D04 )
2 lg E
l
0.129
/E 1.587
10 3
92.64
焊接HAZ晶粒尺寸与焊接线能量的关系
图4-41 碳锰钢HAZ的脆化分布
24 16 15 20
5
A(C) 0.75 0.25tgh[20(C 0.12)]
（4-24)
适用于 C含量0.034～0.254％范围内的钢 A（C)－碳的适应系数
2. 碳当量及冷却时间t8/5与HAZ最高硬度Hmax的关系
Hmax＝1274Pcm＋45
Hmax＝559CE＋100
图4-36 Hmax与Pcm的关系
埋弧自动焊 电渣焊
氧乙炔气焊 真空电子束焊
各区的平均尺寸（mm）
图4-37 Hmax与CE的关系
钢种HT50～HT100 板厚25～50mm， E＝17KJ/cm，t8/5＝6.5s
图4-38 Hmax与t8/5及Pcm的关系 钢材：18MnMoNb 板厚16～36mm
t8/5（s)
(2) 析出脆化
图4-47 析出物的间距λ与位错运动及脆性的关系
（三）调质钢HAZ软化
1.调质钢HAZ软化
图4-48 调质钢HAZ的硬度分布 A－焊前淬火＋低温回火 B－焊前淬火＋高温回火 C－焊前退火
图4-49
图4-50
2.热处理强化合金焊接HAZ软化
Thanks
国产低合金钢公式
（二）焊接热影响区脆化
1. 粗晶脆化
晶粒长大影响因素：
化学成分、组织状态、加热温度、时间
碳化物形成元素：Ti、Nb、Mo、V、W
lg( D 4
D04 )
2 lg E
l
0.129
/E 1.587
10 3
92.64
焊接HAZ晶粒尺寸与焊接线能量的关系
图4-41 碳锰钢HAZ的脆化分布
24 16 15 20
5
A(C) 0.75 0.25tgh[20(C 0.12)]
（4-24)
适用于 C含量0.034～0.254％范围内的钢 A（C)－碳的适应系数
2. 碳当量及冷却时间t8/5与HAZ最高硬度Hmax的关系
Hmax＝1274Pcm＋45
Hmax＝559CE＋100
图4-36 Hmax与Pcm的关系
埋弧自动焊 电渣焊
氧乙炔气焊 真空电子束焊
各区的平均尺寸（mm）
四、焊接热影响区(2010)
一、焊接热影响区的组织分布 距焊缝中心不同距离的热影响 区经历了不同的热循环，因而出现 不同的组织。 对于不易淬火的低碳钢和低合 金钢焊缝，焊接热影响区按组织变 化可分为四个区（图4－29）。
1 熔合区（半熔化区）
焊缝与母材相邻的部位，是液－ 固相结合的部位。化学成分、组织、 性能非常不均匀，是产生裂纹、脆性 破坏的发源地。
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。
影响焊接热影响区的冷却速度的因素（1）
（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。 （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。
焊接热影响区的最新划分方法（图4－35）
表 4— 12 部位(名称) 完全混合区
焊缝及热影响区新的划分及建议 所包括的范围(定义) 现在通用的划分 填充金属与母材金属完全均匀混合形 成化学成分均一的焊缝金属 焊缝金属 焊缝金属的外侧部分，母材金属与填 充金属不完全混合的地方 明显的完全熔化边界 熔合区 焊缝边界的外侧母材部分，晶粒边界 有不同程度的熔化(0％~100％) 固相母材发生组织变化的区域 热影响区
（3）钢板的初始温度对HAZ冷却速度的影响
初始温度越高，冷却速度越慢（图5－67）。
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。
（4）焊接规范对HAZ冷却速度的影响 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）。 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。
1 熔合区（半熔化区）
焊缝与母材相邻的部位，是液－ 固相结合的部位。化学成分、组织、 性能非常不均匀，是产生裂纹、脆性 破坏的发源地。
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。
影响焊接热影响区的冷却速度的因素（1）
（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。 （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。
焊接热影响区的最新划分方法（图4－35）
表 4— 12 部位(名称) 完全混合区
焊缝及热影响区新的划分及建议 所包括的范围(定义) 现在通用的划分 填充金属与母材金属完全均匀混合形 成化学成分均一的焊缝金属 焊缝金属 焊缝金属的外侧部分，母材金属与填 充金属不完全混合的地方 明显的完全熔化边界 熔合区 焊缝边界的外侧母材部分，晶粒边界 有不同程度的熔化(0％~100％) 固相母材发生组织变化的区域 热影响区
（3）钢板的初始温度对HAZ冷却速度的影响
初始温度越高，冷却速度越慢（图5－67）。
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。
（4）焊接规范对HAZ冷却速度的影响 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）。 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。
改善焊接热影响区的组织和性能
上一页 下一页 返回
任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.3任务实施
熔合区的主要特征如下。 1.化学不均匀性 通过了解熔合区的形成可以知道，熔合区的范围非常小，加热和冷却都
比较溶质元素不能充分扩散，会呈现出严重的化学不均匀性。 一般来说，钢中的合金元素及杂质在固相中的溶解度都小于在液相中的
项目四 改善焊接热影响区的组织和性 能
1 任务4. 1 掌握熔合区的特征 2 任务4. 2 分析焊接热影响区的组织 3 任务4. 3 改善焊接热影响区的性能
返回
任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.1任务描述
熔合区是焊缝和母材的交界处，通过了解熔合区的形成过程，分析熔合 区的特征，明确熔合区是焊接接头中薄弱的环节之一。
℃ -200 ℃ 。而在焊接时，近缝区熔合线附近可接近金属的熔点，对于 低碳钢和低合金钢来讲，一般都在1 350℃左右。 (2)加热的速度快。一般热处理条件下，为了保证工件整体受热均匀，加 热速度比较缓慢。而焊接时，热源就集中在熔池周围，故加热的速度比 热处理时要快得多，往往超过几十倍甚至几百倍。表4-1给出了不同焊 接方法的加热速度。
上一页 下一页 返回
任务4. 2 分析焊接热影响区的组织
(3)局部加热。热处理时工件是在放在炉中整体均匀加热的。而焊接时是 局部集中加热，并且随热源的移动，被加热的范围也随之移动。正是这 种局部集中加热和热源移动，造成加热速度快，冷却速度也快;还造成了 热影响复杂的应力状态。
(4)高温停留时间短。在热处理条件下，可以根据工件要求和工艺需要对 保温时间任意控制。焊接时在Ac3以上保温的时间很短，一般焊条电弧 焊为4~20s，埋焊时为30~100 s。
4.1.2相关知识
一、熔合区的概念 焊缝与母材之间不是一条简单的熔合线，而是由一个区域构成，这个区
任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.3任务实施
熔合区的主要特征如下。 1.化学不均匀性 通过了解熔合区的形成可以知道，熔合区的范围非常小，加热和冷却都
比较溶质元素不能充分扩散，会呈现出严重的化学不均匀性。 一般来说，钢中的合金元素及杂质在固相中的溶解度都小于在液相中的
项目四 改善焊接热影响区的组织和性 能
1 任务4. 1 掌握熔合区的特征 2 任务4. 2 分析焊接热影响区的组织 3 任务4. 3 改善焊接热影响区的性能
返回
任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.1任务描述
熔合区是焊缝和母材的交界处，通过了解熔合区的形成过程，分析熔合 区的特征，明确熔合区是焊接接头中薄弱的环节之一。
℃ -200 ℃ 。而在焊接时，近缝区熔合线附近可接近金属的熔点，对于 低碳钢和低合金钢来讲，一般都在1 350℃左右。 (2)加热的速度快。一般热处理条件下，为了保证工件整体受热均匀，加 热速度比较缓慢。而焊接时，热源就集中在熔池周围，故加热的速度比 热处理时要快得多，往往超过几十倍甚至几百倍。表4-1给出了不同焊 接方法的加热速度。
上一页 下一页 返回
任务4. 2 分析焊接热影响区的组织
(3)局部加热。热处理时工件是在放在炉中整体均匀加热的。而焊接时是 局部集中加热，并且随热源的移动，被加热的范围也随之移动。正是这 种局部集中加热和热源移动，造成加热速度快，冷却速度也快;还造成了 热影响复杂的应力状态。
(4)高温停留时间短。在热处理条件下，可以根据工件要求和工艺需要对 保温时间任意控制。焊接时在Ac3以上保温的时间很短，一般焊条电弧 焊为4~20s，埋焊时为30~100 s。
4.1.2相关知识
一、熔合区的概念 焊缝与母材之间不是一条简单的熔合线，而是由一个区域构成，这个区
焊接热影响区
热影响区的组织分布(1)完全淬火区：焊接时热影响区处于AC3以上的区域，由于这类钢的淬硬倾向较大，故焊后得到淬火组织（马氏体）。
在靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热区），由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位得到细小的马氏体。
根据冷却速度和线能量的不同，还可能出现贝氏体，从而形成了与马氏体共存的混合组织。
这个区在组织特征上都是属同一类型（马氏体），只是粗细不同，因此统称为完全淬火区。
(2)不完全淬火区：母材被加热到AC1～AC3温度之间的热影响区，在快速加热条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体。
在随后快冷时，奥氏体转变为马氏体。
原铁素体保持不变，并有不同程度的长大，最后形成马氏体-铁素体的组织，故称不完全淬火区。
如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，也可能出现索氏体和体素体。
如果母材在焊前是调质状态，那么焊接热影区的组织，除在上述的完全淬火和不完全淬火区之外，还可能发生不同程度的回火处理，称为回火区（低于AC1 以下的区域）。
总括以上，金属在焊接热循环的作用下，热影响区的组织分布是不均匀的。
熔合区和过热区出现了严重的晶粒粗化，是整个焊接接头的薄弱地带。
对于含碳高、合金元素较多、淬硬倾向较大的钢种，还出现淬火组织马氏体，降低塑性和韧性，因而易于产生裂纹。
在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业。
农业。
交通运输。
建筑以及国防等各方面都离不开他。
随着现代化工农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。
为满足这一点，一般可以采取两种方法：研制新材料和对金属材料进行热处理。
后者是最广泛，最常用的方法。
热处理是一种综合工艺。
热处理工艺学就是研究这种综合工艺的原理及规律的一门学科。
热处理工艺在我国已有悠久的历史，早在商代就已经有了经过再结晶退火的金箔饰物，在洛阳出土的战国时代的铁锛，系由白口铁脱碳退火制成。
在战国时代燕都遗址出土的大量兵器，向人们展示了在当时钢件已经采用了淬火，正火，渗碳等工艺。
金属工艺学
示的断裂现象，曾先后用J422焊条和钢芯铸铁焊条进行电弧
焊冷焊补，但焊后再次断裂，试分析其原因，请问采用哪些方 法能保证焊后不裂，并可进行切削加工？ 答：其主要原因是：J422焊条为结构钢酸性焊条，焊缝韧性 差，焊芯碳含量较低，不符合焊条同成分及等强度原则，而对 于钢芯铸铁焊条冷焊，其焊接应力较大，易在热影响区形成白
《机械制造基础》课后练习讲解
（展成运动）：即维持插齿刀与被切齿轮之间啮合关系的运动。
径向进给运动：插齿时，插齿刀不能一开始就切到轮齿的全
齿深，需要逐渐切入。在分齿运动的同时，插齿刀要沿着工件 的半径方向做进给运动。④让刀运动：为了避免插齿刀在返回 行程中，刀齿的后面与工件的齿面发生摩擦，在插齿刀返回时 工件要让开一些，而当插齿刀工作行程时工件又恢复原位的运 动。 （2）滚齿原理：滚齿是用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮的轮 齿，它实质上是按一对螺旋齿轮相啮合的原理进行加工的。相
采用“T”形交叉焊缝，且焊接次序按
照“先焊小，后焊大”的原则，使得 各部位焊接时可以自由伸缩。
《机械制造基础》课后练习讲解
5、试分析厚件多层焊时，为什么有时用小锤对红热状态的焊 缝进行锤击？ 答：用小锤对红热状态的焊缝进行锤击原因有：①通过锤击， 松弛由于热影响区收缩引起的拉应力；②细化焊缝区的晶粒， 使得焊缝区力学性能得到改善；③锤击红热态焊缝时，可以焊 合焊缝内的微裂纹、孔洞等缺陷，提高焊缝的力学性能；④锤 击焊缝，清除覆盖在焊缝上的焊渣。
点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测 量的切削层尺寸，一般用 ap，单位mm
《机械制造基础》课后练习讲解
6、简述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角的作用。
前 后 角：主要作用是使刀具刃口锋利，同时影响切削刃 角：减少刀具与工件间的摩擦和磨损，也影响切削刃
熔焊原理第四章
熔池的凝固与焊缝金属的固态相变
一、熔池凝固(一次结晶)的特点 1、熔池的体积小，冷却速度大。平均冷却速度约为 4～100℃/s。 2、熔池的温度分布不均匀，从熔池中心到边缘存在很 大的温度梯度。 3、熔池是在运动的状态下结晶的。熔池液态金属流动 的总趋势是从熔池的头部向尾部流动。 4、焊接熔池凝固以熔化母材为基础。
焊接热影响区
三、 焊接热影响区的组织
☆母材的成分不同，焊接热影响区各点经受的热 循环不同，焊后发生组织和性能的变化也不相同。
1.不易淬火钢热影响区的组织和性能
低碳钢和低合金高强钢(Q345、Q390)
(1)过热区 过热区紧邻熔合区，加热温度范围为 1100～1490℃。由于温度高，奥氏体晶粒严重长大， 冷却后获得晶粒粗大的过热组织，有时，还会出现 魏氏组织。因此，该区塑性和韧性都很低，其韧性 比母材金属低20%～30%，是热影响区中的薄弱环节
焊接热影响区
2、焊接热影响区的脆化
（1）粗晶脆化 由于晶粒严重粗化造成，晶粒尺寸↑脆化↑ 主要原因：过热奥氏体晶粒长大，冷却后形成粗大的 魏氏组织。 措施：小的焊接热输入，加入合金元素，如Ti、Nb、 Mo、V、W、Cr 。 （2）组织脆化 淬火脆化：焊接含碳量和合金元素较高的易淬火钢， 形成马氏体组织。 预防：降低冷却速度。大热输入、预热、后热
熔池的凝固与焊缝金属的固态相变
2、低合金钢焊缝的固态相变组织 低合金钢焊缝固态相变的情况比低碳钢复杂得多， 除铁素体与珠光体转变外，还可能出现贝氏体与马 氏体转变。 母材强度不高时(如Q295、Q345)，焊缝中的碳和合金 元素均接近于低碳钢，焊缝的二次结晶组织通常为 铁素体+珠光体 焊缝中合金元素的种类及数量较多，二次结晶组织可 以是铁素体+贝氏体、铁素体+马氏体或单一的马氏 体
焊缝与热影响区
成分、组织极不均匀，组织粗大。性能很差， 对接头性能影响显著。
12
不同焊接方法HAZ区尺寸大小
13
焊接接头的性能
（1）焊缝金属的力学性能 影响焊缝金属力学性能的因素有：焊接材料 (焊条、焊丝、焊剂、保护气体)及母材的化学成 分、焊接方法及焊接工艺参数、焊件的尺寸及 冷却速度、焊缝金属的塑性变形等。 焊接工艺参数。
8
根据加热时组织的变化可以将HAZ分为以下几个区域： （1）部分相变区（不完全重结晶区）：AC1~AC3
组织不均，性能不均匀
9
（2）细晶区（相变重结晶区）：AC3~TKS
组织细小均匀，塑性韧性好
10
（3）粗晶区（过热区）：TKS ~Tm
组织粗大，塑性、韧性差，强度变化不大。
11
（4）熔合区（过热区）：液相线与固相线之间
常有咬边等缺陷，导致应力集中，使塑性和韧 性降低，所以该区常成为接头最薄弱环节。
易淬火钢：形成脆硬淬火组织； 不易淬火钢：粗大组织或过热的魏氏组织。
19
400C附近存在缺口效应，主要是由于钢中 的C、N、O等元素引起时效现象而造成的。
解决办法是采用焊后热处理。
20
21
14
（2）HAZ的力学性能 与母材化学成分和焊接工艺参数有关。 HAZ的硬度在熔合线附近达到最大，距 离熔合线越远，硬度接近于母材。
15
焊缝及HAZ硬度分布
16
HAZ力学性能
通过焊接热力模拟机模拟 焊接热循环对母材组织和性能 的影响得出。
17
HAZ韧性分布
18
（3）HAZ脆化 在HAZ粗晶区和400C附近有两个韧性谷区。 粗晶区晶粒粗大且在焊缝与母材的过渡地带
5
在焊接过程中，离开焊缝不同距离的母材 上的各点，它们被加热的最高温度不同。影响 到母材组织和性能。焊缝两侧受焊接加热的影 响，发生了组织和力学性能变化的母材部分称 为焊接热影响区（HAZ）。焊缝与热影响区合 称焊接接头。
12
不同焊接方法HAZ区尺寸大小
13
焊接接头的性能
（1）焊缝金属的力学性能 影响焊缝金属力学性能的因素有：焊接材料 (焊条、焊丝、焊剂、保护气体)及母材的化学成 分、焊接方法及焊接工艺参数、焊件的尺寸及 冷却速度、焊缝金属的塑性变形等。 焊接工艺参数。
8
根据加热时组织的变化可以将HAZ分为以下几个区域： （1）部分相变区（不完全重结晶区）：AC1~AC3
组织不均，性能不均匀
9
（2）细晶区（相变重结晶区）：AC3~TKS
组织细小均匀，塑性韧性好
10
（3）粗晶区（过热区）：TKS ~Tm
组织粗大，塑性、韧性差，强度变化不大。
11
（4）熔合区（过热区）：液相线与固相线之间
常有咬边等缺陷，导致应力集中，使塑性和韧 性降低，所以该区常成为接头最薄弱环节。
易淬火钢：形成脆硬淬火组织； 不易淬火钢：粗大组织或过热的魏氏组织。
19
400C附近存在缺口效应，主要是由于钢中 的C、N、O等元素引起时效现象而造成的。
解决办法是采用焊后热处理。
20
21
14
（2）HAZ的力学性能 与母材化学成分和焊接工艺参数有关。 HAZ的硬度在熔合线附近达到最大，距 离熔合线越远，硬度接近于母材。
15
焊缝及HAZ硬度分布
16
HAZ力学性能
通过焊接热力模拟机模拟 焊接热循环对母材组织和性能 的影响得出。
17
HAZ韧性分布
18
（3）HAZ脆化 在HAZ粗晶区和400C附近有两个韧性谷区。 粗晶区晶粒粗大且在焊缝与母材的过渡地带
5
在焊接过程中，离开焊缝不同距离的母材 上的各点，它们被加热的最高温度不同。影响 到母材组织和性能。焊缝两侧受焊接加热的影 响，发生了组织和力学性能变化的母材部分称 为焊接热影响区（HAZ）。焊缝与热影响区合 称焊接接头。
熔焊原理-焊接热影响区的组织和性能
钢时形成，残余A增碳后在焊接冷却时易形成孪晶M，在界面 上产生显微裂纹沿M-A组元的边界扩展。→低、中温回火 析出脆化：析出产物(主要是碳、氮化物)引起 →位错理论 遗传脆化：常见于有脆硬倾向大的调质钢，在快速加热或 冷却的非平衡组织中产生。
4.2 焊接热影响区的组织和性能
• 热应变时效脆化HSE
（1）控制焊接工艺 （焊前预热、焊后热处理、焊接热输入）
（2）选用高韧性母材 （低碳微量多元素强化的钢种）
焊前预热：
• 降低焊后冷却速度，对于易淬火钢，减少HAZ淬硬程度， 防止产生焊接裂纹。 • 减少HAZ的温度差别，在较宽范围内得到较均匀的温度分 布而减少因温度差别引起的焊接应力。
焊后热处理：
4.2 焊接热影响区的组织和性能
• 粗晶脆化 产生原因：靠近熔合线附近和过热区，晶粒粗化 影响因素：母材的化学成分、组织状态、加热温度 和时间、 焊接线能量等。 防止措施：合金化、合理选择焊接线能量等。
4.2 焊接热影响区的组织和性能
• 组织脆化
产生原因：HAZ中出现脆硬组织如M-A组元、上贝氏 体、粗大的魏氏组织，以及“组织遗传”而造成。 M-A组元脆化：在中等的冷却速度条件下焊接低合金高强
完全淬火区－不完全淬火区
母材焊前为调质状态：
完全淬火区－不完全淬火区－回火区
易淬火钢焊接热影响区的分布特征
4.2 焊接热影响区的组织和性能
2 焊接热影响区的性能
硬化 Hardening 脆化 Embrittling 韧化 Toughing 软化 Softening
4.2 焊接热影响区的组织和性能
熔L焊O原G理O
4.2 焊接热影响区的组织和性能
4.2 焊接热影响区的组织和性能
4.2 焊接热影响区的组织和性能
• 热应变时效脆化HSE
（1）控制焊接工艺 （焊前预热、焊后热处理、焊接热输入）
（2）选用高韧性母材 （低碳微量多元素强化的钢种）
焊前预热：
• 降低焊后冷却速度，对于易淬火钢，减少HAZ淬硬程度， 防止产生焊接裂纹。 • 减少HAZ的温度差别，在较宽范围内得到较均匀的温度分 布而减少因温度差别引起的焊接应力。
焊后热处理：
4.2 焊接热影响区的组织和性能
• 粗晶脆化 产生原因：靠近熔合线附近和过热区，晶粒粗化 影响因素：母材的化学成分、组织状态、加热温度 和时间、 焊接线能量等。 防止措施：合金化、合理选择焊接线能量等。
4.2 焊接热影响区的组织和性能
• 组织脆化
产生原因：HAZ中出现脆硬组织如M-A组元、上贝氏 体、粗大的魏氏组织，以及“组织遗传”而造成。 M-A组元脆化：在中等的冷却速度条件下焊接低合金高强
完全淬火区－不完全淬火区
母材焊前为调质状态：
完全淬火区－不完全淬火区－回火区
易淬火钢焊接热影响区的分布特征
4.2 焊接热影响区的组织和性能
2 焊接热影响区的性能
硬化 Hardening 脆化 Embrittling 韧化 Toughing 软化 Softening
4.2 焊接热影响区的组织和性能
熔L焊O原G理O
4.2 焊接热影响区的组织和性能
4.2 焊接热影响区的组织和性能
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
25 75
165
23Mn AC1
735 750 770 785
830
35 50
95
AC3 830 810 850 890
940
40 80
130
30CrMn AC1 740 740 775 825
920
35 85
180
Si AC3 820 790 835 890
980
45 100
190
18Cr2W AC1 710 800 860 930 1000 60 130
熔焊原理
第四章 焊接热影响区
• 第一节 焊接熔合区 • 第二节 焊接热影响区
熔焊原理
第一节 焊接熔合区
• 熔合区是焊接接头中焊缝与母材交界的过 渡区。在焊接接头横截面低倍组织图中可 以看到焊缝的轮廓线，如图4-1所示，这就 是通常所说的熔合线。而在显微镜下可以 发现，这个所谓的熔合线实际上是具有一 定宽度的、熔化不均匀的半熔化区。
200
V
AC3
810 860 930 1020
1120
70
160
260
熔焊原理
２）加热速度对Ａ均质化影响
A均质化过程属于扩散过程，而焊接加 热速度快、相变以上停留时间短，都不利 于扩散,因而匀质化程度差。 ３）近缝区的晶粒长大
在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使 晶粒发生严重长大,影响焊接接头塑性、韧 性, 产生热裂纹,冷裂纹。
焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材
熔焊原理
熔焊原理
熔焊原理
焊接热影响区组织转变的特点
1.焊接热影响区热循环的特点
与热处理相比，其基本原理相同，又具有焊 接本身的特点（特殊性）： ① 加热温度高 在熔合线附近温度可达l350～l400℃ ② 加热速度快 加热速度比热处理时快几十倍甚至几百倍 ③ 高温停留时间短 在Ac3以上保温的时间很短(一般手
这是因为碳化物形成元素的扩散速度很小(比碳 小1000～10000倍)，同时它们本身还阻碍碳的 扩散，因而大大地减慢了奥氏体转变过程。
熔焊原理
加热速度对相变点Ac1和Ac3及其温差的影响
平衡状 态
加热速度ωH/（℃·S-1）
AC1与AC3的温差/℃
钢 种 相变点
/℃
6~8
40~50
250~30 0
•
对于一般钢材来讲，钢中合金元素及杂质在
液相中的溶解度总是大于固相中的溶解度。因此，
在熔池凝固过程中，随着固相的增加，溶质原子
必然要大量地堆积在固相前沿的液相中。这样，
在固-液交界的地方溶质的浓度将发生突变，如图
4-3所示。图中实线表示固-液并存时溶质浓度的
变化，虚线表示熔池完全凝固以后的情况，这说
有明显的偏析；而硫、磷扩散能力弱的元
素，凝固后浓度变化很小，保留了较严重
的偏析，熔合区硫的分布如图4-4所示。
熔焊原理
第二节 焊接热影响区（HAZ）：
焊接热影响区的形成
焊接过程中，在形成焊缝的同时不可避免地使其附近的母材经受 了一次特殊的热处理，形成了一个组织和性能极不均匀的焊接热 影响区。 在焊接热循环的作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生组织和性能 变化的区Hale Waihona Puke 。熔焊原理两点结论：
1、焊接热循环的特点，决定了在研究热影 响区金属连续冷却转变时应该用焊接条件 下特定的连续冷却转变曲线。 （焊接条件下的组织转变不仅与等温转变 不同，也与热处理条件下的连续冷却组织 转变不同 ）
2、焊接加热特点对过冷奥氏体稳定性的影 响因钢的化学成分不同而异。
熔焊原理
焊接CCT图
1400~170 0
40~50
250~30 0
1400~170 0
45钢
AC1
730 770 775 790
840
45 60
110
AC3 770 820 835 860
950
65 90
180
40Cr
AC1
740 735 750 770
840
15 35
105
AC3 780 775 800 850
940
工电弧焊约为4～20s，埋弧焊时30～l00s)
④ 自然冷却 （个别情况下进行焊后保温缓冷） ⑤ 局部加热
熔焊原理
2.焊接加热时热影响区的组织转变特点
１）加热速度对相变点的影响
焊接过程的快速加热，将使各种金属的相变温 度比起等温转变时大有提高。当钢中含有较多 的碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb 等)时，这一影响更为明显。
熔焊原理
焊接接头的熔合区
图4-2 熔合区晶粒熔化情况
熔焊原理
• 焊接熔合区的主要特征是存在着严重的化 学不均匀性和物理不均匀性，这是成为焊 接接头中的薄弱地带的主要原因。
图4-3 固液界面溶质浓度的分布
图4-4
上行数据的条件：E=11.76kJ/cm
下行数据的条件：E=23.94kJ/cm
熔焊原理
对45钢来说，TA提高使钢中的C全部溶入奥氏体， 组织很均匀且明显粗化，从而使A分解时的成核 率降低，孕育期加长，所以曲线右移。
而在40Cr钢中，由于含有碳化物形成元素Cr， 在快速加热高温停留时间短时，碳化铬来不及 分解仍保留在A中。这样使奥氏体中溶解的碳化 铬减少，而使其稳定性下降，同时保留下来的 碳化铬质点还可成为新相得晶核，提高了A的分 解时的成核率，其结果是缩短了孕育期，CCT 图曲线左移。
T图的建立：采用焊接热模拟试验装置来 建立某种钢的CCT图。
熔焊原理
ωH ： 1—1400℃/s；2—270℃/s； 3—35℃/s； 4—7.5℃/s)
焊接快速加热对Ac1、Ac3和晶粒长大的影响
熔焊原理
3.焊接冷却时热影响区的组织转变特点
以45钢、40Cr为例，比较焊接条件下和热处理 条件下，在相同的冷却速度下组织转变的差异。
焊接和热处理时加热及冷却过程的示意图
熔焊原理
图4-5 Q345（16Mn）钢热影响区CCT图
（wC=0.16% wSi=0.35% wMn=1.35% wS=0.026% wP=0.014%）
熔焊原理
奥氏体形成温度TA越高、在该温度下的保温时 间τA越长，过冷奥氏体越稳定。
奥氏体化温度TA对CCT图的影响（炉中缓慢加热）
熔焊原理
明了在凝固过程中堆积在固相前沿的液相中溶质，
来不及扩散到液相中心，而将不均匀的分布状态
保留到凝固以后。
熔焊原理
•
熔合区的化学不均匀性，与熔池溶质
原子的性质有关。扩散能力较强的元素还
有可能在浓度梯度的推动下由焊缝向母材
扩散，使化学不均匀性有所缓和。如同一
种钢在焊接时，碳的扩散能力强，在凝固
后仍可以扩散而趋于均匀，完全凝固后没