管线钢焊接热影响区的组织性能概述
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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
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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。
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• 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。
第十章 焊接热影响区的组织和性能
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。
二、 焊接热影响区的性能
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
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 最高加热温度Ｔm 相变温度以上 的停留时间tH 冷却速度Ωc (或冷却时间t8 / 5)
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二二焊接热循环的参数及特征焊接热循环的参数及特征三焊接热循环参数的计算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
韧性下降。 是裂纹及局部脆断的发源地。 学性能优于母材。 能差。
金属焊接热影响区的组织和性能共77页文档
25、学习是劳动，是充Hale Waihona Puke 思想的劳动。——乌申斯基谢谢！
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
金属焊接热影响区的组织和性 能
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
热影响区的组织与性能完整版PPT
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
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。
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
碳锰钢焊接热影响区韧性分布
热影响区的脆化
粗晶脆化
粗晶脆化：由于晶粒严重粗化造成的 脆化。晶粒尺寸越大，晶界结构越疏 松，脆化越严重。
焊接热影响区的性能
热影响区的硬度 热影响区的性能与分布 热影响区的脆化 热影响区的软化
焊接热影响区的性能
硬度
一般材料的硬度升高时，强度提高，塑性、韧性 下降。因此，硬度在一定程度上是反映材料的成 分、组织与力学性能的一个综合指标。
热影响区的性能
硬度确定
热影响区最高硬度 值可通过实测确定， 也可根据母材化学成
❖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
焊缝及其热影响区的组织和性能_OK
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熔焊焊接接头的形成及其冶金过程
• 保证焊接接头的措施： 1 选择合适的母材； 2 选择合适的焊材； 3 控制焊接热过程，保证焊缝金属达到成分和组织要求及焊接接头的力学性能； 4 控制HAZ的组织转变，使接头满足设计和使用要求； 5 控制使焊接接头性能下降且在局部加热和冷却过程中产生的成分偏析、夹杂、
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低碳钢焊缝的室温组织
• 因含碳量较低，沿A晶界析出F，然后发 生共析转变：A→P(F+Fe3C)
• 焊缝过热时，可能出现魏氏组织，其特 征是F在原A晶界呈网状或沿原A晶粒内 部一定方向析出，具有长短不一的针状 或片状，亦可直接插入P晶粒之中。
• 焊缝金属是一种多相组织，是晶界F、侧 板条F和P混合组织的总称。
编辑本段加工余量
加工余量概述
为了加工出合格的零件，必须从毛坯上 切去的 那层金 属的厚 度，称 为加工 余量。 加工余 量又可 分为工 序余量 和总余 量。某 工序中 需要切 除的那 层金属 厚度， 称为该 工序的 加工余 量。从 毛坯到 成品总 共需要 切除的 余量， 称为总 余量， 等于相 应表面 各工序 余量之 和。 机床
编辑本段生产类型
生产类型通常分为三类。
1．单件生产 单个地生产某个零件，很少重复地生 产。
2．成批生产 成批地制造相同的零件的生产。
3．大量生产 当产品的制造数量很大，大多数工作 地点经 常是重 复进行 一种零 件的某 一工序 的生产 。
拟定零件的工艺过程时，由于零件 的生产 类型不 同，所 采用的 加方法 、机床 设备、 工夹量 具、毛 坯及对 工人的 技术要 求等， 都有很 大的不 同。
熔焊原理-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
第四章 焊接热影响区的组织和性能
二、焊接时加热过程组织转变的特点
1.相变温度提高：加热速度越快，被焊金属的相变点 cl和 相变温度提高：加热速度越快，被焊金属的相变点A 相变温度提高 相变点 之间的温差越大 温差越大， Ac3的温度越高，而且 cl和Ac3之间的温差越大，如图4的温度越高，而且A 19和表4-8所示。含有碳化物合金元素（Cr、W、Mo、 所示。 和 所示 含有碳化物合金元素（ 、 、 、 V、Ti、Nb等）的钢，加热速度对相变温度的影响更大 、 、 等 的钢， 根据金属学的原理，加热时由珠光体、 。根据金属学的原理，加热时由珠光体、铁素体转变为 奥氏体的过程是扩散性重结晶过程，需要有孕育期 扩散性重结晶过程 孕育期。 奥氏体的过程是扩散性重结晶过程，需要有孕育期。在 快速加热的条件下，来不及完成扩散过程所需的孕育期 快速加热的条件下， 必然会引起相变温度提高 相变温度提高。 ，必然会引起相变温度提高。对于含碳化物合金元素的 由于碳化物的扩散速度小，且阻碍碳的扩散， 钢，由于碳化物的扩散速度小，且阻碍碳的扩散，因此 大大减慢了奥氏体的转变过程。 大大减慢了奥氏体的转变过程。 2.奥氏体均质化程度较低（不利于扩散过程）：由于奥氏 奥氏体均质化程度较低（ 扩散过程）：由于奥氏 奥氏体均质化程度较低 不利于扩散过程）： 体的均质化过程是属于扩散过程， 体的均质化过程是属于扩散过程，因此加热速度快和相 变温度以上停留时间短，都不利于扩散过程的进行。 变温度以上停留时间短，都不利于扩散过程的进行。
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（二）加热的最高温度（Tm） 加热的最高温度（ – 金属的组织和性能除受化学成 金属的组织和性能除受 除受化学成 的影响外，主要与加热的最 分的影响外，主要与加热的最 高温度、冷却速度有关 有关。 高温度、冷却速度有关。 – 低碳钢和低合金钢焊接时，在 低碳钢和低合金钢焊接时 焊接时， 熔合线附近的过热区 过热区， 熔合线附近的过热区，由于温 度高（1300～1350℃），晶粒 度高（1300～1350℃），晶粒 发生严重长大，从而使韧性严 发生严重长大，从而使韧性严 热 另外，由于焊接方法不同， 焊接方法不同 循环曲线的形状也发生较大的 变化， 变化，图4-4。 。 • 由上可见，焊接是一个不均匀 由上可见， 加热和冷却的过程。 加热和冷却的过程。 • 也可以说是一种特殊的热处理 也可以说是一种特殊的热处理 ，从而使热影响区造成不均匀 的组织和性能。 的组织和性能。 • 同时，也会产生复杂的应力与 同时，也会产生复杂的应力与 应变， 应变，给焊接结构的安全稳定 性带来许多复杂的问题。 性带来许多复杂的问题。
焊接热影响区的组织
许多情况下，熔合区是产生裂纹、脆性破坏的发源地。
过热区
温度处于固相线下到1100℃ 左右，金属处于过热状态，奥 氏体晶粒严重长大，冷却得到 粗大组织。 韧性很低，通常降低20～30%，刚度较大的结构常产 生脆化和裂纹。 过热区大小与焊接方法、焊接线能量和母材厚度有关。
3.2.3 焊接热影响区的组织和性能
由于焊接时母材热影响区上各点距焊缝远近不同， 所经历热循环不同，会出现不同组织，具有不同性能。 因此焊接热影响区的组织和性能是不均匀的。
焊接热影响区的组织分布
对于常用低碳钢和低合金钢 （不易淬火钢），在焊接热 影响区根据组织特征，可分 为四个区。
熔合区（半熔化区）
由于不断深入对熔合 区微观形态的研究， 焊接热影响区划分 更明确：
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
不完全淬火区
被加热到Ac1～Ac3之间的区域，快速加热条件下， 铁素体很少溶入奥氏体，其它组织转变为奥氏体， 冷却转变为马氏体，铁素体保持不变，并有不同程 度长大，形成马氏体-铁素体组织。
如母材焊前是调制状态，焊接热影响区的组织除上述的 完全淬火区和不完全淬火区外，还可能。在加热温度 在Ac1至调质回火温度的区域发生回火，称为回火区。
焊接热影响区大小受许多因素的影响，如焊接方法、板 厚、线能量及施工工艺等。
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word资料 目 录 第一章 绪 论 .......................................................... 1 1.1 选题背景 ......................................................... 1 1.2 课题研究目的和意义 ............................................... 2 1.3 管线钢的研究进展 ................................................. 3 1.4 管线钢的研究现状和发展趋势 ........................................ 4 1.4.1 管线钢的发展趋势 .............................................. 4 1.4.2 管线钢的组织结构的变化 ........................................ 4 1.4.3 管线钢的国外研究现状 ............................................ 5 1.5 焊接热影响区的组织性能特点及其研究现状 ........................... 7 1.5.1 管线钢焊接热影响区的组织转变特点 ............................. 7 1.5.2 管线钢的HAZ组织分布 ......................................... 8 1.5.3 HAZ的性能分布 ............................................... 9 1.5.4 管线钢的焊接热影响区研究现状 ................................ 10 1.5.4 管线钢焊接热影响区的粗晶区局部脆化现象 ....................... 11 1.6本文的研究容 ..................................................... 13 第二章 试验材料及方法 ................................................ 15 2.1 试验材料 ......................................................... 15 2.2试验方法 ......................................................... 15 2.2.1 热模拟试验 ................................................... 15 2.2.2 夏比冲击试验 ................................................. 21 2.2.3 硬度试验 ..................................................... 22 2.2.4 显微组织分析实验 ............................................. 22 第三章 X100管线钢热影响区的组织性能研究 ............................. 23 3.1 热模拟试验 ...................................................... 23 3.2 硬度试验 ........................................................ 24 3.3 冲击试验 ........................................................ 25 3.4 显微组织分析 .................................................... 25 第四章 结论 .......................................................... 28 参考文献 .............................................................. 29 致 .................................................................. 31 word资料
第一章 绪 论 1.1 选题背景 石油天然气是国民经济的重要战略物资。能源需求的增长加上能源结构的优化调整，带动了石油天然气工业的全面发展。至2030年全世界天然气的需求量将翻一番。今后10~15年，全球总能源消耗将比现在增加60%左右，其中天然气消耗将翻一番。天然气需求的增长主要集中在北美、欧洲和经济迅速发展的亚洲。从地域上来看，用户主要在工业发达的城市地区，而油气田则大部分在极地、冰原、荒漠、海洋等偏远地带。因而作为石油和天然气的一种经济、安全、不间断的长距离输送工具，油气输送管道在近40年得到了巨大的发展，这种发展势头在未来的几十年中仍将持续下去。预计今后10~15年，我国共需各类油气输送钢管1000×104t左右(不包括城市管网)[1]。 油气输送管发展的动力来自于两个方面。其一是世界石油工业的发展。随着极地油气田、海洋油气田和边远油气田的开发，对输送管提出了越来越高的要求。其二是冶金工业的进步。目前，管线钢的设计和生产过程由于采用了冶金数学、清洁的实验室和生产过程的计算机控制等高新技术，管线钢已经成为低合金高强度钢和微合金化钢领域最富有活力、最具研究成果的一个重要分支[2]。 与此同时，随着油气开发向极地环境的进展，地震、滑坡、冻胀、融沉等导致的地形运动，对油气输送管线的设计、施工、运营维护提出了新的挑战。中国油气长输管线面临的地震和地质灾害问题目前也引起了高度关注。地震和地质灾害对管线造成的损害是通过过量塑性变形引起的，主要预防措施有两个方面[3]。首先，在敷设方式上，可以采取一系列措施，例如尽量避开产生大位移的地层不稳定区域；管线的走向应使其承受拉伸应变，因为管线承受轴向拉伸应变的能力远大于承受压缩弯曲的能力；采用大曲率半径弹性敷设方式，增加管线活动能力等。另一方面，则需要从提高管线钢材料本身的抗变形能力着手。因此开发能承受大的变形而不发生破裂的抗大变形管线钢，进一步提高其抗变形性能是高性能管线钢的一个重要发展方向对于输油气管线在地震、 海等敏感地带的安全使用具有重要意义。尤其是在极地或次极地环境的不连续冻土地带，要求管线用钢具有抵抗大的拉伸应变和压缩应变的能力。此外，随着国外对石油、天然气等能源需求的增加，管线输送向大口径、高压、富气输送方向发展，显著推动管线钢进一步向高钢级方向发展。目前，X80管线钢已投入商业应用，X100、X120管线钢的研发开始受到重视。然而，随输送压力的增加，对钢的止裂性能也提出更高的要求，这也就要求该钢具有更高韧性，因此，提高其强韧性已成为目前研究的重点和难点[4]。 word资料
焊接是管道施工的关键环节。在不均匀焊接热循环的作用下，母材焊接热影响区微观组织将发生改变，如晶粒尺寸、形态和结构及析出物的种类和尺寸分布等。如果焊接工艺控制不当，常常出现组织和韧性恶化[5]。 但对大口径钢管，焊接是生产中的重要工序，焊接过程中导致的热影响区组织和性能变化将直接影响到钢管的质量。目前，在X100大变形管线钢埋弧焊过 程中发现大部分焊接接头成为管线钢应用的薄弱区域。关于 X100大变形管线钢的焊接热影响区方面的报道较少，而且在一些研究中，人们往往也只是重视焊接热影响粗晶区的性能变化。而对焊接热影响区来说，由于不同峰值温度的作用，热影响区将包含粗晶区、细晶区、两相区、回火区等不同区域。由于不同的焊接热作用，不同区域上的组织和性能变化将是明显不同的。因此，深入认识焊接热影响区的性能变化，就需要对不同区域组织进行系统研究[4]。
1.2 课题研究目的和意义 世界围石油天然气开发难度日益加大，对管线钢及管线钢管的性能要求不断提高，这就需要对最新管线钢及管线钢管的设计理念、制造和施工技术进行研究。基于管道输送的快速发展，管线钢逐渐成为了低合金高强钢中最活跃的领域。为了满足输送压力的不断提高，人们将更多的注意力集中在开发更高钢级的管线钢上，同时对管线钢的抗腐蚀能力、止裂性能和耐低温性能也在不断进行研究。但是单纯的高强度并不能确保管线的安全，比如遇到地震、泥石流等自然灾害引起的地层的大规模运动时，管线钢还应具有很好的抗大变形能力，国外一些研究机构已在进行这方面的研究，国的研究才刚刚起步。在我国，近几年来，随着以西气东输工程为代表的石油天然气长输管道的建设，高压力大管径油气管道通过地表复杂地质条件的情况越来越多。管道敷设和坡体稳定之间的联系也越来越紧密。我国幅员辽阔，地形地貌多变，地质构造复杂，山地滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害时有发生。这对长输管道的破坏力在许多地区远大于地震的危害。特别是大型滑坡对管道往往带来灾难性的后果。因此，研究管线钢具有重要的理论价值和工程应用价值，特别是对保证管线建设的可行性和安全运行有着重要的意义[6]。 目前通过微合金化、超纯净冶炼和现代控轧、控冷技术，已能够提供具有足够强韧特性的管线钢卷板。如X100管线钢就是其中一例。目前，关于X100的焊接热影响区方面的报道较少，而且在一些研究中，人们往往也只是重视焊接热影响粗晶区的性能变化。而对焊接热影响区来说，由于不同峰值温度的作用，热影响区将包含粗晶区、细晶区、两相区、回火区等不同区域。由于不同焊接热作用，不同区域的组织和性能变化是明显不同的。因此，深入认识焊接焊接热影响区的性能变化，就需要对不同区域进行系统研究。