热影响区的组织和性能
热影响区的组织与性能
焊接热影响区的性能
软化
热影响区软化是指焊后其强度、硬度低 于焊前母材的现象。
软化主要出现在：焊前经过调质处理的 钢；具有沉淀强化的钢；弥散强化合金。
焊接热影响区的性能
调质钢焊接时热影响区软化
钢经过淬火处理后，在回火过程中随回 火温度提高，强度与硬度逐渐下降。
焊接条件下，如热影响区的加热温度超 过了焊前回火温度，相当于提高了回火 温度，强度必然比焊前低。
不同位置的最高加热温度不同 加热温度高
热处理：AC3以上100-200℃，如45号钢AC3：770 ℃； 焊接近缝区：接近熔点，钢的熔点1350 ℃左右。 加热速度快 比热处理快几十倍甚至上百倍。
高温停留时间短 手工电弧焊：4-20S；
埋弧焊：20-40S。
自然条件下连续冷却
焊接热循环条件下
焊接热循环条件下
加热时组织转变特点
影响冷却时的组织转变
焊接热循环条件下
冷却时的组织转变特点
组织转变向低温推移 马氏体转变临界冷速发生变化
焊接条件下
连续组织转变与CCT图
CCT图是连续冷却转变曲线的简称，可以比 较方便的预测焊接热影响区的组织和性能。
CCT图绘制时，将奥氏体化试件以各种冷却 速度连续冷却到室温、测定冷却过程中过冷 奥氏体转变的开始点(温度和时间)与终了点。 把测到的数据描绘在温度—时间坐标平面上， 最后将分别连结各个开始点与终了点．就得 到CCT图。
CCT图的应用
焊接热影响区的组织特征
焊接热影响区上距焊缝远近不同的部位 组织不同
不同的钢材，焊接热影响区的组织也不 同
焊接热影响区的组成
低碳钢
过热区 相变重结晶区 不完全重结晶 区 再结晶区
第五章 焊接热影响区的组织和性能
第五章焊接热影响区的组织和性能焊接分为三大类：熔化焊、压力焊和钎焊。
其中熔化焊是最常见最广泛的焊接方法。
而本书讨论的焊接冶金主要是以熔化焊为基础进行讨论的。
所谓熔化焊是采用一种高温热源使两种同质或非同质的材料利用原子间或分子间的分散与聚合而形成一个整体的过程。
这个热源贯穿于焊接过程的始终:一部分热量用于加热焊件和母材，一部分用于热损失（飞溅、周围介质等）。
用于加热母材和焊材的热功率称为有效功率，其实这部分热量：一部分用于熔化金属形成焊缝，另一部分用于热传导而流失于母材形成HAZ （包含熔合线）。
HAZ：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。
焊接接头：焊缝和和热影响区p161 图4-1焊接热影响区示意图前面讨论焊缝的合金化，焊缝金属的脱S、脱O、脱P、H及晶粒的细化等，均是如何控制焊缝的质量，主要是焊缝区的问题。
由于早些年代里，制造焊接结构所采用的钢种是低碳钢，焊缝是至关重要的环节。
HAZ一般不会出现什么问题，但随着科学技术和生产规模的发展，各种高温、耐压、耐蚀、低温容器、深水潜艇、宇航设备以及核电站锅炉、管道等不断建造，各种高强钢、高合金钢以及某些特种材料（Al合金、钛合金、镍基合金、复合材料和陶瓷等）也得到广泛的应用，这种情况下，焊接的质量不仅仅取决于焊缝，同时取决于HAZ，有时HAZ存在的问题比起焊缝更为复杂。
如：如今大型水电站，尤其高水头电站（包括抽水蓄能电站）的建造要求提供流量大、承压高的输水压力管道，如果采用普通钢材，必须增加管壁的厚度，无疑给压力钢管的制造、运输和安装带来极大的困难。
随之发展起来的适用于压力钢管的焊接结构用高强钢，如700MPa，800Mpa级钢具有很高的屈服强度和抗拉强度，同普通钢相比，可以大大减少压力钢管壁的厚度，克服了普通钢的局限性，（WEL—TEN80 WCF—62（80））它具有良好的低温冲击韧性也为钢管的可靠运行提供了保证，但它焊接时，易出现HAZ软化（投影）或产生裂纹。
2.30 焊接热影响区的组织和性能 PPT.pptx
成参差不齐的分界面
组织：组织性能不均，母材一侧晶
粒大
性能：性能不均，对接头的强度、 图2 焊接热影响区的分布特征
韧性影响大，是裂纹、脆
1—熔合区 2—过热区 3—相变量结晶 区 4—不完全重结晶区 5—母材 6—
性破坏发源地
淬火区7—部分淬火区 8—回火区
2、过热区（粗晶区）
温度：1100℃（晶粒开始急剧长大的温度）
4、不完全重结晶区（不完全正火 区）
温度：Ac1~Ac3之间（700~850 ℃）
特征：一部分组织发生了相变重结 晶过程，形成晶粒细小的铁
素体+珠光体，另一部分未 相变的铁素体长大成为粗大
铁素体。 组织：组织不均，原始的铁素体晶粒和细晶粒的混合区 性能：力 Nhomakorabea性能差。
图5 焊接热影响区的分布特征 1—熔合区 2—过热区 3—相变量结晶 区 4—不完全重结晶区 5—母材 6— 淬火区7—部分淬火区 8—回火区
一、焊接热影响区的组织和性能
1.概念：在焊接过程中，母材因受热影响（但未熔化）而 发生金相组织和力学性能变化的区域。
2.热影响区的组织分布 ： 1).正火区 2).过热区 3).再结晶区 4).不完全重结晶区
对于低碳钢,一些淬硬倾向不大的钢(16Mn.15MnTi等)除过 热区外其它各区组织基本相同. 低碳钢过热区主要是魏氏组织W
一、焊接热影响区的组织和性能
图1 焊接热影响区的温度分布与状态图的关系 a）热影响区的组织分布 b)铁碳状态图 c）热循环 （图中Tm—峰值温度 TG—晶粒长大温度）
（一）不易淬火钢的热影响区组织
根据热影响区组织特征分四个区：
1、熔合区（半熔化区）
温度：固液相线之间，范围很窄
第十章 焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区的软化
焊接热影响区的性能控制
1、焊接热影响区的硬化
母材的淬硬倾向（内因） HAZ的硬度 化学成分 HAZ的冷却速度（外因） 焊接规范
焊接热影响区的最高硬度Hmax：
高低取决于
Hmax（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 8 / 5
缝相当于低碳钢过热区的部位，得到粗大的马氏体，
而相当于正火区的部位则得到细小的马氏体。当焊
件母材的淬透性不是太高时，还会出现贝氏体、索
氏体等正火组织与马氏体共存的混合组织。
2、 不完全淬火区
母材被加热到Ac1～Ac3温度之间的热影响区，
相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。在快速加热
条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏
熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧 一定范围内发生组织和性能变化的区域称
为“焊接热影响区” 。
图10-1 焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材
第一节 焊接热循环 第二节 焊接热循环下的金属组织转变特点 第三节 焊接热影响区的组织与性能
第一节 焊接热循环
一、研究焊接热循环的意义 二、焊接热循环的参数及特征 三、焊接热循环参数的计算
材料淬硬倾向的评价指标 — 碳当量
钢中含碳量显著影响奥氏体的稳定性，对淬硬倾向影响最大。
含碳量越高，越容易得到马氏体组织，且马氏体的硬度随含
碳量的增高而增大。 合金元素的影响与其所处的形态有关。溶于奥氏体时提高淬 硬性(和淬透性)；而形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为 非马氏体相变形核的核心，促进细化晶粒，使淬硬性下降。 碳当量（Carbon Equivalent）是反映钢中化学成分对硬化 程度的影响，它是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬 （包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相当含量。
焊接热影响区显微组织及性能分析
焊接热影响区显微组织及性能分析当我们进行焊接工艺时，焊接热影响区(HAZ)往往会被忽略。
这个区域受到了高温，快速冷却和热应力的影响，导致了焊接材料性能的改变。
因此，对焊接热影响区的显微组织及性能分析至关重要，以便确保焊接后材料的质量和可靠性。
1. 焊接热影响区的显微组织分析焊接热影响区受到的热影响主要包括多种因素，例如熔池温度、加热速率、冷却速率和焊接残余应力。
这导致了焊接热影响区显微组织的改变。
在焊接中，焊接热影响区可以分为三个区域：粗晶区、细晶区和回火区。
(1) 粗晶区：在这个区域，材料暴露在高温下的时间更长，导致了晶粒的长大。
这进一步导致晶粒间的间隔增加，因此这个区域的强度和韧性都会下降。
(2) 细晶区：这个区域中的晶粒被迅速加热并迅速冷却，导致了晶粒尺寸的减小。
然而，这个区域的强度和韧性仍然会下降。
因为这个区域，晶界比粗晶区更脆弱。
(3) 回火区：当焊接完成后，渐进升温，晶格结构变松弛，导致材料中的应力逐渐减小。
这个区域的显微组织与原始材料相似，因为它经历了温度和压力的缓慢升高。
2. 焊接热影响区的性能分析焊接热影响区的性能分析往往涉及到强度和韧性这两个方面。
焊接热影响区不仅影响焊接点的性能，还对整个结构的性能产生影响。
(1) 焊接强度：焊接热影响区的强度是由显微组织和残余应力共同决定的。
因此，在评估焊接强度时，必须对热影响区进行适当的检测。
(2) 焊接韧性：焊接热影响区的韧性能够反应焊接后材料的冲击韧性和裂纹扩展性。
由于热影响区的强度下降，它的韧性也会受到影响，并可能导致焊接点的脆性断裂。
3. 如何提高焊接后材料的性能为了提高焊接点的性能，需要在选择焊接材料、焊接工艺和焊接参数时进行仔细的选择和控制。
同时，还需要进行适当的后处理，例如回火和淬火，以降低焊接热影响区的残余应力和提高焊接点的强度和韧性。
在焊接材料的选择时，必须选择适用于特定应用的焊接材料。
它的成分、热特性和机械特性等方面必须与基础材料相匹配。
5焊接热影响区的组织和性能
5焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区（Heat Affected Zone, HAZ）是指在焊接过程中，未被完全熔化但受到高温加热的区域。
在焊接过程中，高温会引起HAZ的组织和性能发生变化，这可能会对焊接接头的性能和可靠性产生重要影响。
本文将讨论HAZ的组织和性能的变化，并重点介绍几个重要的影响因素。
首先，HAZ的组织变化是由高温引起的。
在焊接过程中，焊接电弧和熔化池的高温作用下，HAZ的温度会迅速升高，达到几百摄氏度甚至更高的温度。
高温会导致HAZ中的晶粒长大、晶格变形和相结构改变。
通常情况下，HAZ中的晶粒比母材中的晶粒要大，且晶格常常发生变形。
晶粒尺寸的增加和晶格变形会导致材料硬度的提高，并可能降低材料的韧性。
其次，HAZ的性能变化是由组织变化引起的。
HAZ中的晶粒长大和晶格变形会导致材料的硬度提高，但与此同时，硬度的增加也会导致韧性的降低。
在一些情况下，HAZ还可能出现脆性相的形成，这会极大地降低焊接接头的可靠性。
此外，HAZ还可能出现裂纹和变形等缺陷，这也会对焊接接头的性能产生严重影响。
因此，在焊接接头设计和制造过程中，必须对HAZ的组织和性能进行充分考虑，以确保焊接接头的质量和可靠性。
HAZ的组织和性能变化受多种因素影响，以下列举几个重要因素：1.焊接热输入：焊接热输入是指在单位长度或单位面积上输送到工件中的热量。
热输入的大小与焊接电压、电流和焊接速度等参数有关。
过高或过低的热输入都会导致HAZ中的晶粒长大和晶格变形，从而影响HAZ的性能。
2.材料的化学成分和微观结构：不同材料的化学成分和微观结构会对HAZ的组织和性能产生重要影响。
一些合金元素的存在可以改变晶粒的生长速率和晶格的变形行为。
此外，材料的粗晶相和弥散相等局部微观结构也会对HAZ的性能产生重要影响。
3.冷却速率：冷却速率是指焊接过程中HAZ冷却的速度。
冷却速率的快慢会影响晶粒生长和晶格变形行为。
通常情况下，快速冷却会导致HAZ 中的晶粒更细小，且硬度更高。
焊接热影响区的组织和性能 PPT
焊接热影响区的组 织和性能
第二章 焊接热影响区的组织
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
焊接热影响区：熔焊时在集中热 源的作用下，焊缝两侧发生组织和性 能变化的区域称为“热影响区”
(Heat Affected zone,简称HAZ)
或称“近缝区”(Near Weld Zone) 焊接接头是由两个主要部分组成，即 焊缝和焊接热影响区，如图4-1所示。
3.高温停留时间短 手弧，4~20秒； 埋弧，30~100秒 4.自然条件下连续冷却 5.局部加热
一、焊接时加热过程组织转变特点
１.加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的相变温度 发生了很大的变化。加热速度越快，Ac1和Ac3 的温度越高，而且Ac1和Ac3的温差越大。 焊接时,由于采用的焊接方法不同,规范不同,加 热速度可在很大的范围内变化。
表4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比
表4-9是45钢和40Cr钢在焊接和热处理时同样冷 却速度条件下的组织百分比。由图 4-21、图4-22和 表4-9可以看出，45钢在焊接条件比在热处理条件下 的CCT曲线稍向右移(主要考虑Ms附近)。说明在相同 冷却速度条件下，焊接时比热处理时的淬硬倾向大。 如冷却速度为30℃／s，焊接时可得到92％马氏体， 而热处理时只得到69％马氏体。
２.加热速度对Ａ均质化影响
加热速度不但对相变点有影响,对Ａ均质化也 有影响.因为Ａ均质化属扩散过程。在快速加 热条件下，来不及完成扩散过程。
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.
二.焊接时冷却过程组织转变特点
焊接热影响区名词解释
焊接热影响区名词解释
焊接热影响区是指焊缝两侧处于固态的母材受到焊接热循环作用后，发生组织和性能变化的区域。
该区域受到高温和高压的作用，会使母材的晶粒粗化，组织和性能发生变化，从而导致整个焊接接头的薄弱地带。
焊接热影响区的宽度和深度会根据母材的材质、焊接工艺和冷却速度等因素而有所不同。
焊接热影响区的组织和性能变化会影响焊接接头的力学性能、塑性和韧性等性能。
如果焊接热影响区的性能不符合要求，可能会出现裂纹等质量问题。
因此，在焊接过程中，需要控制焊接热影响区的宽窄和深度，以保证焊接接头的质量和性能。
焊接热影响区的研究和探讨是焊接领域的重要课题之一。
随着焊接技术的不断发展，人们对焊接热影响区的研究也越来越深入，包括焊接热影响区的组织演变、性能变化、影响因素等方面的问题。
通过对焊接热影响区的研究和探讨，可以更好地掌握焊接技术，提高焊接接头的质量和性能，为工业发展做出贡献。
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焊接热循环条件下
加热时组织转变特点
影响冷却时的组织转变
焊接热循环条件下
冷却时的组织转变特点
组织转变向低温推移 马氏体转变临界冷速发生变化
焊接条件下
连续组织转变与CCT图
CCT图是连续冷却转变曲线的简称，可以比 较方便的预测焊接热影响区的组织和性能。
CCT图绘制时，将奥氏体化试件以各种冷却 速度连续冷却到室温、测定冷却过程中过冷 奥氏体转变的开始点(温度和时间)与终了点。 把测到的数据描绘在温度—时间坐标平面上， 最后将分别连结各个开始点与终了点．就得 到CCT图。
母材被加热到AC1－
AC3之间。在快速加
热条件下铁素体很少
熔入奥氏体，而珠光
体、贝氏体等转变成
奥氏体，在随后的冷
却时奥氏体转变成马
氏体
铁素体+马氏体+粒状贝氏体+少量碳化物
热影响区组织（淬硬性较大钢）
当母材焊前为调质状态，且焊接热循环的最 高温度超过焊前调质时的回火温度时，还存 在回火区。
铁素体-碳化物
影响热影响区组织和性能的因素
焊接方法和工艺参数
❖热源种类 ❖焊接工艺参数
影响热影响区组织转变的因素
加热时，因扩散不充分使原有的珠光体转变为共析 成分(C＝0．77％)的奥氏体，而铁素体可能未溶解。 冷却时高碳的奥氏体将转变为高碳马氏体，最后得 到马氏体十铁素体的特殊组织。
焊接热影响区的性能
焊接条件下连续组织转变与CCT图
焊接条件下CCT图的建立
焊接CCT图具体测定方法有热模拟法和实测法。 ➢ 热模拟法是将一定尺寸的试件快速加热到焊接热循 环的最高加热温度，然后以不同冷速冷却，记录冷 却曲线及相变开始和终了点，并描绘在温度—时间 坐标平面上。用模拟绘制的热影响区CCT图，叫模 拟HAZ连续冷却组织转变图(SHCCT图)。 ➢ 实测法是在实际接头上进行测量后绘制而成。
影响热影响区组织转变的因素 化学成分的影响
低碳钢和低合金钢热影响区组织与（淬硬倾 向较大的）中碳钢和调质型的低合金钢热影 响区组织有较大不同。
高合金钢、铸铁和有色金属等材料，热影响 区的组织更为复杂。
影响热影响区组织转变的因素 焊前母材供货状态
❖冷作硬化状态 ❖热处理强化状态 ❖退火状态
(淬火+回火温度)对硬度的影响
835
890
980
Ac3-Ac1
80
50
60
65
60
Ac1
710
800
860
930
1000
18Cr2WV
Ac3
810860Fra bibliotek930
1020
1120
Ac3-Ac1
100
60
70
90
120
焊接热循环条件下
加热时组织转变特点
奥氏体均质化程度低 焊接快速加热不利于元素扩散，使得已形成 的奥氏体来不及均匀化。加热速度越高，高 温停留的时间越短，不均匀的程度就越严重。
❖组织：相当于低碳钢正 火处理后的组织。
❖性能：较好的综合性能
热影响区组织 （低碳钢）
热影响区组织（低碳钢）
❖ 不完全重结晶区（不 完全正火区）
❖温度：700-850 ℃ ❖现象：加热温度Ac1到
Ac3之间，只有部分金 属发生重结晶相变 ❖组织：原始的铁素体 晶粒（粗大）和细晶 粒的混合区 ❖性能：性能较差
热影响区组织（淬硬性较大钢）
完全淬火 区
不完全淬 火区
回火区。
不同类型钢材焊接热影响区的组织分布
热影响区组织（淬硬性较大钢）
完全淬火区 温度处于AC3以上区域，焊后得到淬火组织( 它包括不易淬火钢的过热区和正火区两部分)
粗大马氏体
细小马氏体+少量粒状贝氏体
热影响区组织（淬硬性较大钢）
不完全淬火区
CCT图的应用
焊接热影响区的组织特征
焊接热影响区上距焊缝远近不同的部位 组织不同
不同的钢材，焊接热影响区的组织也不 同
焊接热影响区的组成
低碳钢
过热区 相变重结晶区 不完全重结晶 区 再结晶区
低碳钢的焊接热影响区特点
❖ 过热区
❖温度：1100-1490 ℃
❖现象：加热温度高，在 固相线附近，一些难熔 质点如碳化物和氮化物 等溶入奥氏体，奥氏体 晶粒粗大。
加热时组织的转变特点 组织转变向高温推移：随着加热速度提高， Ac1与Ac3均上升。
钢材牌号
相变温度/℃
平衡状态
加热速度ωH /(℃/s)
6~8
40~50
250~300
1400~1700
Ac1
730
770
775
790
840
45钢
Ac3
770
820
835
860
950
Ac3-Ac1
40
50
60
70
110
焊接热影响区组织转变及性能
热影响区的定义： 焊接过程中，母 材因受焊接热循 环影响(但未熔化) 而发生组织和力 学性能变化的区 域叫热影响区。
热影响区的形成与组织、性能特点
❖ 焊接过程中，在形成 焊缝的同时，附近母 材也经受了一次特殊 热处理。
❖ 热过程不同，热影响 区形成的组织和性能 也不同。
热影响区的焊接热循环特点
Ac1
740
735
750
770
840
40Cr
Ac3
780
775
800
850
940
Ac3-Ac1
40
40
50
80
100
Ac1
735
750
770
785
830
23Mn
Ac3
830
810
850
890
940
Ac3-Ac1
95
60
80
105
110
Ac1
740
740
775
825
920
30CrMnSi
Ac3
820
790
热影响区组织（低碳钢）
❖ 再结晶区
❖温度：500 ℃ -700 ℃ ❖现象：加热温度500 ℃
到Ac1之间，金属的内部 结构不发生变化，只有 晶粒外形的变化
❖组织：等轴铁素体晶粒
❖性能：强度、硬度低于 母材，塑性和韧性提高。 再结晶区为接头的软化 区。
热影响区组织（低碳钢）
Q235A钢焊接热影响区的组织特点
不同位置的最高加热温度不同 加热温度高
热处理：AC3以上100-200℃，如45号钢AC3：770 ℃； 焊接近缝区：接近熔点，钢的熔点1350 ℃左右。 加热速度快 比热处理快几十倍甚至上百倍。
高温停留时间短 手工电弧焊：4-20S；
埋弧焊：20-40S。
自然条件下连续冷却
焊接热循环条件下
❖组织：粗大的奥氏体在 冷却过程中易形成过热 组织—魏氏组织
❖性能：韧性很低
❖措施：严重时采用焊后 正火处理（如电渣焊）
焊接热影响区组织 （低碳钢）
❖ 重结晶区（正火区）
❖温度：850-1100 ℃ （Ac3以上）
❖现象：加热时发生重结 晶相变（P+F转变成A， 冷却时A 转变成P+F） 使晶粒得到显著细化。