第九讲焊缝与热影响区
(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。
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
焊缝金属的形成
在热源作用下，熔化的填充材料和母材 共同形成焊接熔池，并且随着热源的移动而 移动，远离热源部位的液态金属以熔池边缘 半熔化状态的母材晶粒为基础发生凝固结晶， 形成“束状”的联生柱晶。
1
焊缝金属凝固过程中高熔点组元先发生凝
固，低熔点的组元被排斥到柱晶之间而发生偏 析。如果焊缝金属受到拘束应力，在含低熔点 组元的液膜处就会产生裂纹。
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 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。
6
焊接热影响区的组织
7
加热温度在AC1以下，组织不发生变化。 加热温度在AC1以上，组织发生显著变化。
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
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
截面中心，往往容易出现焊接缺陷(气孔、夹渣
和裂纹)。熔焊较适宜的成形系数为1~2。
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。
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
成分、组织极不均匀，组织粗大。性能很差ຫໍສະໝຸດ 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
2
焊缝金属凝固速度快，有些杂质和气体来 不及逸出而残留在焊缝中形成气孔和夹杂；另 外，焊缝金属组织粗大。
3
焊缝几何参数
焊接电流主要影响熔深h，焊接电压影响熔 宽，单道焊缝截面上焊缝宽度与焊缝熔深之比 称为焊缝成形系数（=b/h)。
4
焊缝的成形系数对焊缝质量有一定影响。 较大时，意味着焊缝宽度大而熔深浅，而过 大，则可能产生未焊透；当较小时，意味着焊 缝宽度小而熔深大，焊缝截面窄而深，这种焊 缝结晶时，杂质不易全部浮出，且聚集在焊缝
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（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。
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焊缝及HAZ硬度分布
16
HAZ力学性能
焊缝金属的形成
在热源作用下，熔化的填充材料和母材 共同形成焊接熔池，并且随着热源的移动而 移动，远离热源部位的液态金属以熔池边缘 半熔化状态的母材晶粒为基础发生凝固结晶， 形成“束状”的联生柱晶。
1
焊缝金属凝固过程中高熔点组元先发生凝
固，低熔点的组元被排斥到柱晶之间而发生偏 析。如果焊缝金属受到拘束应力，在含低熔点 组元的液膜处就会产生裂纹。
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。
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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 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。
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焊接热影响区的组织
7
加热温度在AC1以下，组织不发生变化。 加热温度在AC1以上，组织发生显著变化。
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
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。
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截面中心，往往容易出现焊接缺陷(气孔、夹渣
和裂纹)。熔焊较适宜的成形系数为1~2。
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。
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。
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（4）熔合区（过热区）：液相线与固相线之间
成分、组织极不均匀，组织粗大。性能很差ຫໍສະໝຸດ 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
2
焊缝金属凝固速度快，有些杂质和气体来 不及逸出而残留在焊缝中形成气孔和夹杂；另 外，焊缝金属组织粗大。
3
焊缝几何参数
焊接电流主要影响熔深h，焊接电压影响熔 宽，单道焊缝截面上焊缝宽度与焊缝熔深之比 称为焊缝成形系数（=b/h)。
4
焊缝的成形系数对焊缝质量有一定影响。 较大时，意味着焊缝宽度大而熔深浅，而过 大，则可能产生未焊透；当较小时，意味着焊 缝宽度小而熔深大，焊缝截面窄而深，这种焊 缝结晶时，杂质不易全部浮出，且聚集在焊缝
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焊接热影响区的组织和性能ppt课件
E—至焊缝轴线25 mm
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5
• 焊接热循环的主要特点是： 加热温度高，停留时间短（ 几秒到几十秒），加热和冷 却速度快。
• 热循环的主要参数是加热速
度、加热的最高温度（Tm）
、在相变温度以上停留的时
间（tA）和冷却速度。影响
焊接热循环的主要因素有焊
接参数、焊接方法、预热和
道间温度、接头形式、母材
ppt课件完整
13
二、控制熔合比
熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比， 称为熔合比。
ppt课件完整
14
熔合比的计算公式为： r ＝ Fm / （Fm ＋ Ft）
式中 r—— 熔合比； Fm ——熔化的母材金属的横截面积； Ft—— 焊缝中填充金属的横截面积。
ppt课件完整
15
三、焊接工艺方法的选用
2
一、熔合区的组织和性能
熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。该区范围 很窄，甚至在显微镜下也很难分辨。过热组织(overheatedstructure）是钢材内部缺陷之一，钢
因加热温度超过Ac3很多或在高温下停留时间很长而形成的以晶粒粗大为特征的金属组织。
熔合区温度处于铁碳合金状态图中固相线和液相线之间。该区金属 处于部分熔化状态（半熔化区）， 晶粒非常粗大， 冷却后组织为粗大 的过热组织， 塑性、韧性很差。由于熔合区具有明显的化学不均匀性及 组织不均匀性， 所以往往是焊接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地， 是焊接接头中性能最差的区域。
10
• 热影响区宽度的大小与焊接方法、焊接 参数、焊件大小和厚度、金属材料热物 理性质和接头形式等有关。采用小的焊 接参数，如降低焊接电流、增加焊接速 度，可以减小热影响区宽度。不同焊接 方法，其热影响区宽度也不相同，焊条 电弧焊的热影响区总宽度为6mm，埋弧 焊约为2.5mm，而气焊则可达到27mm左 右。
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• 焊接热循环的主要特点是： 加热温度高，停留时间短（ 几秒到几十秒），加热和冷 却速度快。
• 热循环的主要参数是加热速
度、加热的最高温度（Tm）
、在相变温度以上停留的时
间（tA）和冷却速度。影响
焊接热循环的主要因素有焊
接参数、焊接方法、预热和
道间温度、接头形式、母材
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二、控制熔合比
熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比， 称为熔合比。
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熔合比的计算公式为： r ＝ Fm / （Fm ＋ Ft）
式中 r—— 熔合比； Fm ——熔化的母材金属的横截面积； Ft—— 焊缝中填充金属的横截面积。
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三、焊接工艺方法的选用
2
一、熔合区的组织和性能
熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。该区范围 很窄，甚至在显微镜下也很难分辨。过热组织(overheatedstructure）是钢材内部缺陷之一，钢
因加热温度超过Ac3很多或在高温下停留时间很长而形成的以晶粒粗大为特征的金属组织。
熔合区温度处于铁碳合金状态图中固相线和液相线之间。该区金属 处于部分熔化状态（半熔化区）， 晶粒非常粗大， 冷却后组织为粗大 的过热组织， 塑性、韧性很差。由于熔合区具有明显的化学不均匀性及 组织不均匀性， 所以往往是焊接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地， 是焊接接头中性能最差的区域。
10
• 热影响区宽度的大小与焊接方法、焊接 参数、焊件大小和厚度、金属材料热物 理性质和接头形式等有关。采用小的焊 接参数，如降低焊接电流、增加焊接速 度，可以减小热影响区宽度。不同焊接 方法，其热影响区宽度也不相同，焊条 电弧焊的热影响区总宽度为6mm，埋弧 焊约为2.5mm，而气焊则可达到27mm左 右。
焊接热影响区的组织和性能变化PPT(40张)
适合于C≥0.18%的钢种 式1）主要适用于中等强度的非调质低合金钢（b＝400～700MPa
） 式2）主要适用于强度级别较高的低合金高强钢（b=500～
1000MPa）
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P c m C 3 S 0 i M n 2 C 0 u C r 6 N 0 i M 1 5 o 1 V 0 5 B
第三节 焊接热影响区的组织与性能 • 焊接热循环 • 焊接热影响区的组织转变特点 • 焊接热影响区的组织与性能变化
1
焊接热影响区概述 焊接热影响区的定义：熔焊时在焊接热源的作 用下，焊缝周围的母材发生组织和性能变化的区域 称为“热影响区”(Heat Affected Zone，HAZ)，或 称为“近缝区”(Near Weld Zone)。
38
本章结束
39
•
1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
•
4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
35
（3）HAZ的热应变时效脆化(Hot Strain Embrittlement)
焊接构件在室温下受到延性预应变，会产生加工硬化 现象，可使钢材的硬度和强度升高，同时降低延性变形的能 力；在高温下（尤其是200℃～400℃）的预应变，还会产生 比室温下更为严重的脆化。这种现象称为热应变时效脆化（ HSE）。
•
13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。
） 式2）主要适用于强度级别较高的低合金高强钢（b=500～
1000MPa）
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第三节 焊接热影响区的组织与性能 • 焊接热循环 • 焊接热影响区的组织转变特点 • 焊接热影响区的组织与性能变化
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焊接热影响区概述 焊接热影响区的定义：熔焊时在焊接热源的作 用下，焊缝周围的母材发生组织和性能变化的区域 称为“热影响区”(Heat Affected Zone，HAZ)，或 称为“近缝区”(Near Weld Zone)。
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本章结束
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•
1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
•
4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
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（3）HAZ的热应变时效脆化(Hot Strain Embrittlement)
焊接构件在室温下受到延性预应变，会产生加工硬化 现象，可使钢材的硬度和强度升高，同时降低延性变形的能 力；在高温下（尤其是200℃～400℃）的预应变，还会产生 比室温下更为严重的脆化。这种现象称为热应变时效脆化（ HSE）。
•
13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。
焊缝融合区热影响区
焊缝融合区热影响区
焊缝融合区和热影响区是焊接过程中两个重要的区域，它们对焊接接头的性能和质量有着至关重要的影响。
1.融合区：是指焊缝与母材交接的过渡区域，即熔化的金属凝固成铸态组织，而未熔
化的金属因加热温度过高而成为过热粗晶的区域。
在低碳钢焊接接头中，融合区强度、塑形和韧性下降，此处接头断面变化，易引起应力集中。
因此，融合区在很大程度上决定了焊接接头的性能。
2.热影响区：是指焊接过程中，母材因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力
学性能变化的区域。
热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区等。
其中，过热区由于晶粒粗大，塑性、韧性差，易产生裂纹和脆断；正火区受热后重结晶时由于冷却速度相对较快，晶粒可细化，性能较好；部分相变区的晶粒大小不均匀，性能因而也不均匀。
热影响区中熔合线区和过热区的性能总要比母材焊接前为差。
加上焊接热影响区还要承受较大的焊接残余应力，因此热影响区易产生焊接裂纹，有些情况下还易形成与介质有关的应力腐蚀裂纹。
为了改善热影响区的状态，可以采取焊前预热、焊后保温或焊后消除应力退火等措施。
这些措施有助于减少焊接残余应力，改善热影响区的组织和性能，从而提高焊接接头的整体质量。
总的来说，焊缝融合区和热影响区是焊接过程中需要特别关注的区域，它们的性能和质量直接影响到整个焊接接头的性能和质量。
因此，在焊接过程中需要采取适当的措施来控制这两个区域的组织和性能变化，以确保焊接接头的整体质量和使用性能。
焊缝及其热影响区的组织和性能精品PPT课件
焊接工艺参数对晶粒成长方向和平均线速度均有 影响 当焊接速度大时，角越大，晶粒主轴的成长 方向越垂直于焊缝的中心线；相反，当焊接速度小 时，则晶粒主轴的成长方向越弯曲。
2020/10/7
材料成形原理-焊接
32
平均成长速度与焊接速度有关;
柱状晶的最大成长速度不可能超过焊速;
焊接熔池的实际凝固过程并不是连续的。 柱状晶成长速度的变化并不是十分有规律， 有不规则的波动现象。
2）温差引起的表面张力的变化，强迫金属发生 对流；
3）温差引起的液态金属密度变化造成的对流； 熔池中的化学冶金反应以及生成的气泡和熔
渣的上浮；
2020/10/7
材料成形原理-焊接
25
有利作用： 1）使母材和焊条金属的成分充分混合， 帮助形成成分和组织均匀的焊缝； 2）加速了金属和气体及熔渣的反应速度， 有利于有害气体和非金属夹杂物的逸出； 3）避免焊接缺陷的产生，提高焊接质量；
第九章 焊缝及其热影响区的 组织和性能
History Review
2020/10/7
材料成形原理-焊接
1
公元前，已出现焊接工艺，铸焊、扩散 钎焊（秦始皇陵铜车马等）。
19世纪，现代焊接技术得以发展（C弧、 金属弧、电阻热）。
20世纪，金属电弧用于金属结构生产， 发明厚药皮焊条。
2020/10/7
材料成形原理-焊接
12
3、熔化焊焊接接头的形成 及其冶金过程
焊接接头
焊接热过程 + 焊接化学冶金
+ 焊接物理冶金
2020/10/7
材料成形原理-焊接
13
焊接热过程
焊接加热的特点：热作用集中性(局部熔化)、热作
用的瞬时性(热源移动) 温度场、热循环
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材料成形原理-焊接
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平均成长速度与焊接速度有关;
柱状晶的最大成长速度不可能超过焊速;
焊接熔池的实际凝固过程并不是连续的。 柱状晶成长速度的变化并不是十分有规律， 有不规则的波动现象。
2）温差引起的表面张力的变化，强迫金属发生 对流；
3）温差引起的液态金属密度变化造成的对流； 熔池中的化学冶金反应以及生成的气泡和熔
渣的上浮；
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有利作用： 1）使母材和焊条金属的成分充分混合， 帮助形成成分和组织均匀的焊缝； 2）加速了金属和气体及熔渣的反应速度， 有利于有害气体和非金属夹杂物的逸出； 3）避免焊接缺陷的产生，提高焊接质量；
第九章 焊缝及其热影响区的 组织和性能
History Review
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1
公元前，已出现焊接工艺，铸焊、扩散 钎焊（秦始皇陵铜车马等）。
19世纪，现代焊接技术得以发展（C弧、 金属弧、电阻热）。
20世纪，金属电弧用于金属结构生产， 发明厚药皮焊条。
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3、熔化焊焊接接头的形成 及其冶金过程
焊接接头
焊接热过程 + 焊接化学冶金
+ 焊接物理冶金
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焊接热过程
焊接加热的特点：热作用集中性(局部熔化)、热作
用的瞬时性(热源移动) 温度场、热循环
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
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（2）细晶区（相变重结晶区）：AC3~TKS
组织细小均匀，塑性韧性好
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（3）粗晶区（过热区）：TKS ~Tm
组织粗大，塑性、韧性差，强度变化不大。
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（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。
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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。
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（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。
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焊缝及HAZ硬度分布
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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。
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HAZ韧性分布
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（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。
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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
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（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。
热影响区
第三节 焊接热影响区的组织和性能
一、焊接热影响区的组织分布
（一）低碳钢和某些低合金钢（不易淬火钢）的HAZ 可分为四个区（如图4－29所示）
1.熔合区 a.焊缝与母材相邻的部位（温度处于固液相线 之间） b.范围很窄，在化学成分上和组织性能上都 有较大的不均匀性，对焊接接头的强度、 韧性都有很大的影响
1．完全淬火区
a.处于Ac3以上的区域
b.钢的淬硬倾向较大，焊后得到淬火组织（马 氏体） c.靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热 区），晶粒严重长大，得到粗大的马氏体， 相当于正火区的部位得到细小的马氏体
2.不完淬火区
a.母材被加热到Acl～Ac3温度之间的热影响 区
b.原铁素体保持不变，有不同程度的长大， 形成马氏体-铁素体的组织
软化的原因： 焊接具有热处理强化的合金（如Al)时，主要问题 之一就是HAZ软化，降低了焊接接头的力学性能
三、焊接条件下CCT图及其应用
1.图4－23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的 变化图 2.在焊接条件下熔合区附近（Tm=1300～ 1350℃）t8／5冷却时间，可以在图上查出相 应的组织和硬度
3.影响CCT图的因素
（1）母材化学成分的影响 除钴之外，所有固溶于奥氏体的合金元素 都使S曲线向右移，即增加淬硬倾向，并降 低Ms点，其中以碳的影响为最大 （2）冷却速度的影响 a.随着冷却速度的增高，对于Fe－C合金， A1、A3、A cm均移向更低的温度，共析成分 由 C0．83％转为 C0. 4％～ 0.8％ 。 b.马氏体增大滑移的抗力，不均匀切变就会 以孪晶方式进行，马氏体就由条状变为片状
低碳钢和低合金钢焊接时，在熔合线附近的过热 区，由于温度高（1300～1350℃），晶粒发生严 重长大，从而使韧性严重下降
焊接热影响区
定义
定义
图1熔焊时在高温热源的作用下，靠近焊缝两侧的一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“热影响区” （Heat Affect Zone），或称“近缝区”（Near Weld Zone）。焊接接头主要是由焊缝和热影区两大部分组成， 其间存在一个过渡区，称为熔合区。因此要保证焊接接头的质量，就必须使焊缝和热影响区的组织与性能同时都 达到要求。随着各种高强钢、不锈钢、耐热钢以及一些特种材料（如铝合金、钛合金、镍合金、复合材料和陶瓷 等）在生产中不断使用，焊接热影响区存在的问题显得更加复杂，已成为焊接接头的薄弱地带。因此，许多国家 研究工作者对焊接热影响区很大的重视。
性能
硬化 脆化
韧化 软化
硬化
焊接热影响区的硬度主要取决于被焊钢种的化学成分和冷却条件，其实质是反映不同金相组织的性能。由于 硬度试验比较方便，因此，常用热影响区的最高硬度HMAX来判断热影响区的性能，它可以间接预测热影响区的韧 性、脆性和抗裂性等。工程中已把热影响区的HMAX作为评定焊接性的重要指标。应当指出，即使同一组织也有不 同的硬度，这与钢的含碳量以及合金成分有关。例如高碳马氏体的硬度可达600HV，而低碳马氏体只有350～ 390HV。
合理制定焊接工艺，正确选择焊接线能量和预热、后热温度是提高焊接热影响区韧性的有效措施。
此外，还有许多能提高焊接热影响区韧性的途径，如近年来发展起来的细晶粒钢（利用微量元素弥散强化、 固熔强化、控制析出相的尺寸及形态等），采用控轧工艺，进一步细化铁素体的晶粒，也会提高材质的韧性。
软化
冷作强化或热处理强化的金属或合金，在焊接热影响区一般均会产生不同程度的失强现象，最典型的是经过 调质处理的高强钢和具有沉淀强化及弥散强化的合金，焊后在热影响区产生的软化或失强。冷作强化金属或合金 的软化，则是由再结晶引起的。热影响区软化或失强对焊接接头力学性能的影响相对较小，但却不易控制。
焊缝的热影响区宽度范围
焊缝的热影响区宽度范围引言焊接是一种常见的金属连接技术，其中焊缝是焊接过程中最关键的部分之一。
在焊接过程中，焊接区域会受到高温热源的作用，从而导致材料的物理和化学性质发生变化。
这种变化可以通过测量焊缝的热影响区宽度来研究和评估。
热影响区的定义热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）是指焊接区域周围受到热输入的材料区域，它的宽度取决于焊接过程中的热源和材料的导热性能。
热影响区的形成是由于焊接过程中的高温热源，如焊电弧或激光束，使材料迅速升温并处于高温状态一段时间。
影响热影响区宽度的因素热影响区宽度受到多个因素的影响，其中包括：1. 焊接能量焊接能量是指焊接过程中的热输入量，它与焊接电流和焊接速度有关。
通常情况下，焊接能量越大，热影响区宽度就越宽。
2. 材料导热性材料的导热性能是指材料传导热量的能力。
导热性能越高的材料，热影响区宽度就越窄。
3. 板厚板厚是指焊缝两侧的母材厚度。
通常情况下，母材厚度越大，热影响区宽度就越宽。
4. 焊接方式不同的焊接方式对热影响区宽度也有影响。
比如，激光焊接和电弧焊接在热影响区宽度上会有所差异。
热影响区宽度的测量方法热影响区宽度可以通过多种方法进行测量和评估，其中比较常用的方法有以下几种：1. 金相显微镜金相显微镜是一种常见的金属材料组织观察和测量仪器，可以通过对焊接区域进行金相试样的制备和观察，从而确定热影响区的宽度。
2. 硬度测量热影响区通常具有不均匀的硬度分布，可以通过在焊缝周围进行硬度测量来确定热影响区的宽度。
硬度测量可以使用硬度计进行，常用的方法有洛氏硬度和维氏硬度等。
3. 电子显微镜电子显微镜可以提供更高的分辨率和放大倍数，从而更加准确地观察和测量焊接区域的微观结构。
通过电子显微镜的观察，可以确定热影响区的宽度。
热影响区宽度范围的意义热影响区宽度是评估焊接质量和性能的重要指标之一。
热影响区宽度范围的大小会直接影响焊缝的强度和韧性等机械性能。
对于某些特殊应用领域，如航天航空、核能等，焊接质量和性能至关重要，因此需要对热影响区宽度进行精确的控制和评估。
第九讲焊缝与热影响区
焊缝金属的形成在热源作用下熔化的填充材料和母材共同形成焊接熔池并且随着热源的移动而移动远离热源部位的液态金属以熔池边缘半熔化状态的母材晶粒为基础发生凝固结晶形成束状的联生柱晶
焊缝金属的形成
在热源作用下，熔化的填充材料和母材 共同形成焊接熔池，并且随着热源的移动而 移动，远离热源部位的液态金属以熔池边缘 半熔化状态的母材晶粒为基础发生凝固结晶， 形成“束状”的联生柱晶。
(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。
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
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
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
4
焊缝的成形系数对焊缝质量有一定影响。 较大时，意味着焊缝宽度大而熔深浅，而过 大，则可能产生未焊透；当较小时，意味着焊 缝宽度小而熔深大，焊缝截面窄而深，这种焊 缝结晶时，杂质不易全部浮出，且聚集在焊缝
截面中心，往往容易出现焊接缺陷(气孔、夹渣
和裂纹)。熔焊较适宜的成形系数为1~2。
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，发生了组织和力属凝固过程中高熔点组元先发生凝
焊缝金属的形成
在热源作用下，熔化的填充材料和母材 共同形成焊接熔池，并且随着热源的移动而 移动，远离热源部位的液态金属以熔池边缘 半熔化状态的母材晶粒为基础发生凝固结晶， 形成“束状”的联生柱晶。
(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。
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（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。
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焊缝及HAZ硬度分布
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HAZ力学性能
组织细小均匀，塑性韧性好
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（3）粗晶区（过热区）：TKS ~Tm
组织粗大，塑性、韧性差，强度变化不大。
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（4）熔合区（过热区）：液相线与固相线之间
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。
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不同焊接方法HAZ区尺寸大小
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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
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焊缝的成形系数对焊缝质量有一定影响。 较大时，意味着焊缝宽度大而熔深浅，而过 大，则可能产生未焊透；当较小时，意味着焊 缝宽度小而熔深大，焊缝截面窄而深，这种焊 缝结晶时，杂质不易全部浮出，且聚集在焊缝
截面中心，往往容易出现焊接缺陷(气孔、夹渣
和裂纹)。熔焊较适宜的成形系数为1~2。
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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，发生了组织和力属凝固过程中高熔点组元先发生凝
焊接接头示意图焊缝熔合区热影响区母材焊接热
3、回火软化区
• 如母材焊前是调质状态，焊接热影响区的组织分布除存在 完全淬火区和不完全淬火区外，还存在一个回火软化区。
• 在回火区内组织和性能发生变化的程度决定于焊前调质的 回火温度Ｔt ：热循环温度低于Ｔt 的部位，其组织性能不 发生变化，而高于Ｔt 的部位，将发生软化现象；
• 若焊前为淬火态，则可获得不同的回火组织。紧靠Ac1的 部位，相当于瞬时高温回火，得到回火索氏体；离焊缝较 远的区域，获得回火马氏体。
一、研究焊接热循环的意义
• 焊件上距热源远近不同的位置，所受到热循环 的加热参数不同，从而会发生不同的组织与性 能变化。
• 研究焊接热循环的意义为： ① 找出最佳的焊接热循环； ② 用工艺手段改善焊接热循环； ③ 预测焊接应力分布及改善热影响区组织与 性能。
二、焊接热循环的参数及特征
• 加热速度ωH
1
f o B(d) 2
是低温脆性。一般
来讲，晶粒越粗，
则脆性转变温度越 高。
晶粒直径d对脆性转变温度VTrs的影响
（2）组织脆化
• 焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化 称之组织脆化。
• 对于常用的低碳低合金高强钢，焊接HAZ的 组织脆化主要是M-A组元、上贝氏体、粗大 的魏氏组织等所造成。但对含碳量较高的钢 （一般Ｃ≥0.2％），则组织脆化主要是高碳 马氏体。
太快和太慢都不能产生M-A组元。 • 焊缝和HAZ有M-A组元存在时，会降低接头韧性。
（3）析出脆化
• 析由出于脆焊化接的过机程理目的前快认速为加是热由与于冷析出却物，出其现热以影后， 阻碍响了区位组错织运处动，于使非塑平性衡变态形。难在以进时行效。或若回析火出过物 以弥程散中的，细其颗过粒分饱布和于固晶溶内体或中晶将界，析将出有碳利化于物改、善 韧性氮。化但物以、块金状或属沿间晶化界合以物薄及膜其状分它布亚的稳析定出的物中会 造成间材相料等脆，化使。 材料的强度、硬度和脆性提高