焊接热循环
2-3焊接热循环 4
2.3.3 多层焊时的焊接热循环
1. 长段多层焊时的热循环 右图示出了焊接接头 的热影响区的横截面上峰 值温度的局部分布和重复 的时间顺序示意图。横截 面上各点多次受热的情况 取决于点的位置，有的点 可能经历三次以上的重迭 热循环。每次循环的峰值 温度均不相同，结果造成 许多不同的显微组织，并 相应的改变其力学性能。
2.3.1 焊接热循环—主要参数
下图给出了几个焊接热循环的主要参数
2.3.1 焊接热循环—主要参数
单层电弧焊的电渣焊低合金钢时近缝区热循环参数
板厚 (㎜)
1 2 3 5 10 15 25 50 100 100 220
焊接 方法
TIG TIG 埋弧自动 埋弧自动 埋弧自动 埋弧自动 埋弧自动 电渣焊 电渣焊 电渣焊 电渣焊
由公式可见：随焊接线能量 q/v 的增加，高温 停留时间tH增大，且薄板焊接时，tH显著增加。
2.3.2 焊接热循环—参数计算
3、瞬时冷却速度c的计算
试验证明，焊缝和熔合线附近的冷 却速度几乎相同，因为距焊缝的不远的 各点，某瞬时温度的冷却速度相差不多， 最大约差 5—10% ，因此在计算时只需计 算焊缝的冷却速度即可。
2.3.3 多层焊时的焊接热循环
1. 长段多层焊时的热循环 每次焊缝的长度较长(约为1.0—1.5m以上)，此时， 当焊完前一层，再焊后一层时，前层焊道已基本冷 却到了较低的温度（一般多在100—200℃）。 右图为长段多层 焊时，焊接热循 环变化示意图， 在靠近焊缝的母 材上，每一点只 有一次超过奥氏体化温度AC3，如果产生了马氏体组 织，它将被后续焊道退火，退火后的马氏体硬度下 降，使其强化行为变得更为有利，但是裂纹也可能 在后一道焊接之前的短暂时间间隔内产生。
焊接过程中的热循环对材料性能的影响
焊接过程中的热循环对材料性能的影响在现代制造业中，焊接是一种广泛应用的连接工艺。
然而，在焊接过程中，材料会经历复杂的热循环，这对材料的性能产生了显著的影响。
了解这些影响对于确保焊接结构的质量和可靠性至关重要。
焊接过程中的热循环是指在焊接时，焊件上某一点的温度随着时间的变化而经历的升温、高温停留和降温的过程。
这种热循环具有快速加热和冷却的特点，与传统的热处理过程有很大的不同。
热循环对材料的微观组织产生了直接的影响。
在加热阶段，材料内部的晶粒会发生长大。
当温度升高到相变温度以上时，还会发生相变，如奥氏体化。
在高温停留阶段，相变过程会进一步发展，并且可能导致合金元素的扩散和重新分布。
而在快速冷却阶段，新的相变产物形成，可能会产生马氏体、贝氏体等硬脆相。
对于金属材料来说，热循环会改变其力学性能。
一般而言，焊接热影响区（HAZ）的硬度会比母材高。
这是因为快速冷却导致了硬脆相的形成，使得材料的脆性增加。
同时，热循环还可能导致材料的强度和韧性发生变化。
在某些情况下，焊接接头的强度可能高于母材，但韧性却下降，这增加了焊接结构在使用过程中发生脆性断裂的风险。
热循环对材料的耐腐蚀性也有影响。
焊接过程中产生的微观组织变化和残余应力可能会破坏材料表面的钝化膜，使得材料更容易受到腐蚀介质的侵蚀。
特别是在一些恶劣的环境中，如海洋环境或化学工业环境，焊接接头的腐蚀问题更为突出。
此外，热循环还会引起焊接残余应力的产生。
残余应力是在焊接过程中由于不均匀的加热和冷却而在焊件内部残留的应力。
这些残余应力可能会导致焊件的变形、开裂，甚至影响其疲劳寿命。
在一些大型焊接结构中，如桥梁、压力容器等，残余应力的控制是至关重要的。
为了减轻焊接热循环对材料性能的不利影响，可以采取一些措施。
例如，选择合适的焊接工艺和参数，如控制焊接电流、电压、焊接速度等，以优化热循环曲线。
此外，焊前预热和焊后热处理也是常用的方法。
预热可以降低焊接时的冷却速度，减少硬脆相的形成；焊后热处理则可以消除残余应力，改善微观组织和性能。
焊接成形过程中热循环测定试验最终5页word
材料成形工程试验课实验四焊接成形过程中的热循环测定实验一、实验目的1．掌握热电偶法测量焊接接头热循环的方法。
2．认识焊接接头热循环的特征，弄清其与接头组织的对应关系3．深入理解热电偶法测量焊接接头热影响区的热循环，能够验证有限元模型的正确性，从而获得焊缝区的热循环。
4．深刻领会熔化焊焊接过程特点。
二、实验原理熔化焊是焊接技术中的主要焊接方法，广发应用于工业生产中。
在熔化焊焊接过程中，在热源的热作用下焊接接头的金属均经历常温状态升温到一定温度后，然后再逐渐冷却到常温的过程。
焊接接头经历的热过程决定接头的组织特征，控制接头的力学性能。
弄清接头的热循环特征有助于理解接头的形成过程和形成机理。
焊接接头包括焊缝、热影响区以及母材区。
图1表示了焊件横截面上各区域温度的变化情况。
在焊接时各部分和焊缝距离不同而受热不均匀，导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的（即被加热的最高温度不同），而且焊接后的冷却速度也不同。
因此，各部分组织与性能变化也不同。
图1 焊接接头各区热循环特征本实验采用预埋热电偶方法测量焊接过程中的热循环。
实验材料为低碳钢，热电偶为K型热电偶。
热点偶测温原理为两种不同成分的材质导体组成回路，当两端存在温度梯度时，回路中产生电流，两端产生电动势。
实验中将K 型正负极打成节点，节点的其余部分不允许发生接触，否则导致测量失败。
K 型热电偶的正极为NiCr合金为绿色，负极为NiSi合金为灰色。
NiSi合金有磁性。
热电偶只能放在接头的未熔化的区域即热影响区。
热电偶不能放在焊缝区，否则热电偶被热源熔化而无法测温。
测量焊缝温度可用红外线测温。
红外线测温仅能测量熔池表面的温度。
而熔池有一定的高度，如图2所示。
因而，采用红外线的方法无法准确测温。
目前，均采用有限元法建立热源模型，划分网格、带入边界条件，即可获得接头的热循环。
利用有限元软件提取热影响区的热循环。
同时采用热电偶测量接头热影响区的热循环。
将热影响区热电偶测量结果和热影响区模拟结果对比。
实验八 焊接热循环曲线测定
图8-1 低合金钢堆焊焊缝邻近各点的焊接热循环 （注：t －电弧通过热电偶正上方时算起的时间）实验八 焊接热循环曲线测定一、实验目的1、了解焊接热循环过程对焊接接头质量的影响；2、熟悉焊接热循环测试相关仪器和设备的使用，学会用热电偶测定焊接热循环曲线的方法；3、掌握典型焊接热循环曲线的特征及其主要表征参数。
二、实验原理焊接热循环是指在焊接热源作用下焊件上某一点的温度随时间的变化过程，可以用T(x,y,z)=f(t)这一函数关系来描述。
按此关系所画出的曲线称为该点的热循环曲线。
在焊接过程中，热源热量所及的焊件上任一点的温度，都经历由低到高的升温阶段，达到最大值后，又经历由高到低的降温阶段。
在距离焊缝不同位置的各点所经历的这种热循环是不同的（见图8-1），离焊缝越近的点，其加热速度越大，峰值温度越高，冷却速度越大，并且加热速度比冷却速度要大得多。
焊接热循环曲线包含了焊接接头温度变化和冷却相变等重要信息，这些信息对于了解焊接冷却相变过程、接头组织、应力变形等具有重要意义。
同时，焊接热循环参数是分析HAZ 组织与性能的重要数据，也是制定、评定和优化焊接工艺的重要依据。
因此，测定焊接热循环曲线具有重要的理论意义和实用价值。
目前，焊接热循环曲线可以利用软件通过数值仿真计算的方法获得，但由于计算时所采用的假定条件与实际焊接条件出入较大，计算所得的理论热循环曲线对比实际测得的曲线仍有很大误差，故实际上多用实测的方法来获得热循环曲线。
测定焊接热循环的方法，大体上可分为接触式和非接触式。
非接触式测定方法是利用红外测温及热成像技术，其测温原理是从熔池背面摄取温度场的热像（红外辐射能量分布图），然后把热像分解成许多像素，通过电子束扫描实现转换，在显像管屏幕上获得灰度等级不同的点构成的图像，该图像间接反映了焊接区的温度变化，经过图像处理和换算，便可得出某一瞬间或动态过程的真实温度场。
接触式的测温原理是利用热电偶两端由于温度差而产生热电势进行测量的。
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。
焊接热循环
即：t H = t′+ t″
奥氏体不仅在加热过程中长大，而且冷却过程中也在长大 ——奥氏体长大的热惯性.
加热速度ωH 最高加热温度Ｔm 相变温度以上
晶 粒 大 小
停留时间tH
冷却速度ωc (或冷却时间t8 / 5)
相 变 组 织
（4）冷却速度 ωc
冷却速度是决定焊接HAZ组织和性能的主要参数。
i. 某一温度下的冷却速度（瞬时冷速） ωc
② 接头形式 不同接头形式的导热有差异，冷速不同。
相同板厚的丁字接头冷速要比V字接头大约1.5倍。
③ 焊道长度 接头形式、焊接参数一定时，焊道越短，冷速越大。
当焊道长度<40mm时，冷速明显增大。 弧坑处冷速约为焊缝冷速的2倍；甚至 比引弧断大20％。
④ 焊接线能量 随E增大，Tm 、tH增大 ， ωc增大。
低碳、低合金钢熔合线附近在冷却过程中，冷到540℃左右的瞬时冷速。 因焊接冷速快，瞬时冷速测定困难，常用如下冷速：
ii. 一定温度范围内的平均冷速
速。
为便于研究，常采用“某一温度范围内”的冷却时间”来表示平均冷
即在某温度范围内，冷却所持续的时间。 如 t8/5 ，t8/3 , t100 等。
c
t8/5－熔合线附近的金属从800℃冷却到500℃所持续的时间。 t8/3－熔合线附近的金属从800℃冷却到300℃所持续的时间。 t100－熔合线附近的金属从Tm冷却到100℃所持续的时间。 注： 冷裂倾向较大的钢种用t8/3 和t100 表示冷速；
（1）长段多层焊焊接热循环
长段多层焊，指每道焊缝较长（>1m）。 在焊接后一层时，前一焊层已冷至较低的温度（100~200或MS点以下） 图5-4 。 长段多层焊适于淬硬倾向小的钢种的焊接。 淬硬倾向较大的钢种，不适于长段多层焊。 淬硬倾向大钢种焊接时，层间温度较低，熔合线附近易出现淬硬 组织而产生裂纹。必须采用相应的工艺措施，如焊前预热，控制层 间温度，缓慢冷却等。
焊接热循环讲解
焊接冷却过程的组织转变
❖ 根据材料化学成分和冷却条件的不同，固态相变 一般可分为扩散型固态相变和非扩散型固态相变， 焊接过程中这两种相变都会遇到。
❖ 焊接条件下的组织转变特点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，而 且在组织成分上比一般热处理条件下更为复杂。
焊接热循环
作者：陈立伟 学号：201303010
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目录
1
研究焊接热循环的意义
2
焊接热循环的参数及特征
3
焊接加热过程的组织转变
4
焊接冷却过程的组织转变
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焊接热循环的意义
❖在焊接热源的作用下，焊件上某点的温 度随时间的变化过程称为焊接热循环 。
由图可知，离焊缝越近的点其 加热速度越大，加热的峰值温度越 高，冷却速度也越大。但加热速度 远大于冷却速度。对于整个焊接接 头来说，焊接中的加热和冷却时不 均匀的，这种不均匀的热过程将引 起接头组织和性能的不均匀变化以 及复杂的应力状态。
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焊接冷却过程的组织转变
❖ 焊接过程属于非平衡热力学 过程，在这种情况下，随着 冷却速度的增大Ar1、Ar3、 Acm等均向更低的温度移动， 同时共析成分已经不是一个 点，而是一个成分范围。
❖ 钢中除碳之外，上有多种合 金元素，他们对相图的影响 也十分复杂。当冷却速度增 加到一定程度之后，珠光体 转变将被抑制，发生贝氏体 转变和马氏体转变。
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焊接热循环的参数及特征
❖相变温度以上的停留时间tH 在相变温度TH以上 停留时间越长，越有利于奥氏体的均匀化过程， 增加奥氏体的稳定性。但同时易使晶粒长大，引 起接头脆化现象，从而降低接头的质量。
线能量与预热温度对焊接热循环参数的影响
线能量与预热温度对焊接热循环参数的影响
线能量是指单位时间内通过焊丝的能量，预热温度是焊接前工件进行热处理的温度。
线能量的大小直接影响焊接过程中的热输入量，它与焊接过程中的电流和焊接速度有关。
线能量过大会导致焊缝过宽、熔深过深，易产生焊缝烧穿等缺陷；线能量过小则焊缝不完全熔化，焊缝质量不理想。
因此，合适的线能量是保证焊接质量的关键之一。
在实际焊接过程中，可以根据焊接材料和工件的具体情况，通过不断调整焊接电流和速度，来控制线能量的大小。
预热温度是指在焊接前对工件进行加热处理，提升材料的可塑性和热传导性，减少焊接过程中的热应力和变形。
预热温度的高低直接影响焊接热循环参数，预热温度过低会导致焊接区域温度梯度大，易产生热裂纹和冷裂纹；预热温度过高则会增加热应力和变形的可能性，影响焊接质量。
综上所述，线能量和预热温度是焊接热循环参数中重要的影响因素，合理控制它们的大小可以保证焊接质量和焊缝的力学性能。
在实际应用中，需要根据具体情况，通过试验和实践总结，确定合适的线能量和预热温度范围。
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焊接热循环
科技名词定义
中文名称：焊接热循环
英文名称：welding thermal cycle
定义：在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程。
应用学科：机械工程（一级学科）；焊接与切割（二级学科）；一般焊接与切割名词（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
welding thermal circulation焊接热循环焊接热循环：在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程。
在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过。
焊接热循环是焊接工艺中的一个重要因素。
它对焊接结构在焊接过程中产生应力和变形的大小有着直接的影响
焊接热循环特征
焊接热循环指焊接过程中，在焊接热源的作用下，焊件上某点温度随时间变化的过程，其特征是加热速度很快，在最高温度下停留时间很短，随后各点按照不同的冷却速度进行冷却。
焊接热循环主要参数
加热速度，最高加热温度，在相变温度以上停留的时间和冷却速度。
影响因素
影响焊接热循环的主要因素有：焊接热输入、预热和层间温度、工件厚度、接头形式及材料本身的导热性能等。
扩展阅读：
1《焊工工艺学》
开放分类：
机械工程，焊接，焊接与切割，一般焊接与切割名词，焊接热过程
热循环及其特征 在焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度随时间由低而高达到最大值后 又由高到低变化的过程称焊接热循环。
可见，焊接是一个不均匀加热和冷却的过程，它给母材造成了不均匀的组织和不均匀的性能，又使焊件产生复杂的应变
和应力。
掌握近缝区的热循环，对于控制和提高焊接质量相当重要。
1）加热速度 焊接的加热速度比普通的金属热处理条件下快得多，它受焊接方法、焊接热输入、板厚及几何尺寸和金属热物理性质的影响。
焊接钢材时，加热速度越快，钢中奥氏体的均质化和碳化物溶解就越不充分，必然影 响到焊接热影响区冷却后的组织与性能。
2）峰值温度 即加热最高温度，它决定着焊后母材热影响区的组织与性能，例如， 接头熔合线附近的过热段，就是因为温度高，引起晶粒粗大，致使韧性下降。
低合金钢对接单道焊的热循环参数（焊缝旁的过热粗晶区）焊接方法。
3）高温停留时间 是指在相变温度以上停留的时间，该时间对于金属相的溶解、析出、扩散均质化以及晶粒粗化等影响很大。
对于低碳钢和低合金钢，相变温度以上的停留时间是指).以上的停留时间，这时间越长，越有利于奥氏体的均质化和奥氏体晶粒长大。
常把高温停留时间分成加热过程的高温停留时间"<和冷却过程的高温停留时间冷却速度和冷却时间 4）冷却速度或冷却时间是影响焊接热影响区 组织与性能的主要因素。
在热循环曲线上，每一温度下的瞬时冷却速度都不相同，各点 的冷却速度可用该点切线的斜率表示。
对于低合金钢，在连续冷却条件下组织转变最快
焊接热循环指焊接过程中，焊件上某点温度由低到高、再由高到低的过程，主要包括温度上升速度及上升时间、最高温度、高温保持时间、温度下降速度及下降时间等几个基本参数。
焊接接头组织因材料不同而不同，对于大多数低碳钢而言，其组织为F+P。
组织不同，其力学性能等也就有差异。
一般情况下，焊接热循环对焊缝施加热影响，势必会影响到接头晶粒大小，从而对接头性能产生影响。
但是，热循环不会影响到接头组织的改变。
组织成分的改变主要取决于母材及焊材等
焊接热循环，相当于对材料进行热处理，四把火，这些都能改变晶粒大小，间接影响焊接接头性能，接头包括焊缝，熔合区，热影响区，其中焊接最容易出现问题的部位就是热影响区和融合区，热影响区就是热循环过程中受热的母材区域，一般的参数有t8/3,t8 /5等，你可以看一下焊接基础，材料力学性能等书，焊接专业都要学的。