焊接中相变温度
第四章及焊接的特点
1、与热处理相比，焊接热过程有哪些特点？答：（1）焊接过程热源集中，局部加热温度高（2）焊接热过程的瞬时性，加热速度快，高温停留时间短（3）热源的运动性，加热区域不断变化，传热过程不稳定。
2、焊接热循环中冷却时间t8/5 t8/3 t100的含义是什么?应用对象？为什么不常用某温度下（如540C）的冷却速度？答：（1）含义：焊接热循环中的冷却时间t8/5表示从800C冷却到500C的冷却时间。
焊接热循环中的冷却时间t8/3表示从800C冷却到300C的冷却时间。
焊接热循环中的冷却时间t100表示从峰值冷却到100C的冷却时间。
（2）应用对象：对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围800~500℃冷却时间（85t）对冷裂纹倾向较大的钢种，常采用800~300℃的冷却时间83t，各冷却时间的选定要根据不同金属材料做存在的问题来决定（3）为了方便研究常用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响组织性能的变化，而某个温度下比如540℃则为一个时刻即冷却至540℃时瞬时冷却速度和组织性能。
故不常用某以温度下的冷却速度，对于一般低合金钢来讲，主要研究热影响区溶合线附近冷却过程中540℃时瞬时冷却速度3、从传热学角度说明临界板厚δcr的概念？答：由传热学理论知道：在线能量一定的条件下，随板厚增加，冷却速度Wc增大，冷却时间t8/5变短，但当板厚增加到一定程度时，则Wc和t8/5不再变化，此时的板厚即为临界板厚δcr。
4、焊接条件下的CCT图有何重要意义？答：利用CCT图，可以比较方便地预测或查出焊接热影响区的组织和性能，并能作为选择焊接线能量、预热温度和制定焊接工艺的依据，对于焊接性分析和提高焊接接头的质量具有十分重要的意义。
焊接冶金过程的四大特点1、需要对金属进行保护2、焊接冶金过程是分区域（阶段）连续进行的过程，各阶段之间相互联系3、冶金过程与“焊接方法”和“焊接规范”有关4、冶金过程具有不平衡性，但存在平衡趋势。
钢的五种热处理工艺
钢的五种热处理工艺热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺：1、把金属材料加热到相变温度（700度）以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。
2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。
3、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油）快速冷却叫淬火。
◆表面淬火•钢的表面淬火有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。
在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。
由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。
根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。
感应表面淬火后的性能:1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高2～3单位（HRC）。
2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。
这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。
3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。
对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。
一般硬化层深δ＝（10～20）％D。
较为合适，其中D。
为工件的有效直径。
◆退火工艺退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。
总之退火组织是接近平衡状态的组织。
•退火的目的①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
焊后热处理类别
焊后热处理类别焊接是一种将金属材料连接在一起的方法，通过加热和施加压力使金属材料熔化并结合在一起。
然而，焊接过程中会产生一些不可避免的问题，如焊接接头区域的局部变形、残余应力的产生以及金属的组织改变等。
为了解决这些问题并提高焊接接头的性能，焊后热处理成为了一种常用的方法。
焊后热处理是在焊接完成后对焊接接头进行加热处理的过程。
根据不同的目的和要求，焊后热处理可以分为多种不同的类别。
下面将分别介绍几种常见的焊后热处理类别及其作用。
1. 退火处理退火处理是将焊接接头加热到一定温度，然后缓慢冷却的过程。
退火处理的目的是消除焊接接头区域的残余应力和局部变形，使焊接接头恢复到原来的形状和状态。
通过退火处理，焊接接头的强度和韧性可以得到提高，同时还可以改善金属的晶粒结构，提高材料的抗蠕变性能。
2. 回火处理回火处理是将焊接接头加热到一定温度，然后经过一定时间的保温后冷却的过程。
回火处理的目的是改善焊接接头的硬度和韧性，使其达到最佳的力学性能。
回火处理可以降低焊接接头的硬度，提高其韧性，从而减少裂纹和断裂的可能性，提高焊接接头的耐冲击性能。
3. 淬火处理淬火处理是将焊接接头加热到一定温度，然后迅速冷却的过程。
淬火处理的目的是使焊接接头快速冷却，形成马氏体组织，提高焊接接头的硬度和强度。
淬火处理可以使焊接接头具有较高的抗磨损性能和耐腐蚀性能，适用于一些要求较高的工作环境。
4. 热处理热处理是将焊接接头加热到一定温度，然后经过一定时间的保温后冷却的过程。
热处理的目的是改变焊接接头的组织结构，使其具有特定的性能和结构。
热处理可以改变焊接接头的相变温度、晶粒尺寸和晶体形态，从而改变焊接接头的力学性能和物理性能。
5. 固溶处理固溶处理是将焊接接头加热到一定温度，然后经过一定时间的保温后冷却的过程。
固溶处理的目的是将焊接接头中的固溶体溶解，使其形成均匀的固溶体溶液。
固溶处理可以改变焊接接头的微观组织，提高焊接接头的硬度和强度，同时还可以改善焊接接头的耐腐蚀性能和耐高温性能。
金属熔焊原理 第四章 熔合区和焊接热影响区
920
980 1000 1120
35
45 60 70
85
100 130 160
180
190 200 260
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。
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
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。
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。
焊接温度场仿真和热变形、应力仿真的基本理论和仿真流程
焊接温度场仿真和热变形、应力仿真的基本理论和仿真流程1 前言焊接作为现代制造业必不可少的工艺，在材料加工领域一直占有重要地位。
焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学等各学科的复杂过程，其涉及到的传热过程、金属的融化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等是企业制造部门和设计人员关心的重点问题。
焊接过程中产生的焊接应力和变形，不仅影响焊接结构的制造过程，而且还影响焊接结构的使用性能。
这些缺陷的产生主要是焊接时不合理的热过程引起的。
由于高能量的集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力和变形，影响结构的加工精度和尺寸的稳定性。
因此对于焊接温度场合应力场的定量分析、预测有重要意义。
传统的焊接温度场和应力测试依赖于设计人员的经验或基于统计基础的半经验公式，但此类方法带有明显的局限性，对于新工艺无法做到前瞻性的预测，从而导致实验成本急剧增加，因此针对焊接采用数值模拟的方式体现出了巨大优势。
ANSYS作为世界知名的通用结构分析软件，提供了完整的分析功能，完备的材料本构关系，为焊接仿真提供了技术保障。
文中以ANSYS为平台，阐述了焊接温度场仿真和热变形、应力仿真的基本理论和仿真流程，为企业设计人员提供了一定的参考。
2 焊接数值模拟理论基础焊接问题中的温度场和应力变形等最终可以归结为求解微分方程组，对于该类方程求解的方式通常为两大类：解析法和数值法。
由于只有在做了大量简化假设，并且问题较为简单的情况下，才可能用解析法得到方程解，因此对于焊接问题的模拟通常采用数值方法。
在焊接分析中，常用的数值方法包括：差分法、有限元法、数值积分法、蒙特卡洛法。
差分法：差分法通过把微分方程转换为差分方程来进行求解。
对于规则的几何特性和均匀的材料特性问题，编程简单，收敛性好。
但该方法往往仅局限于规则的差分网格（正方形、矩形、三角形等），同时差分法只考虑节点的作用，而不考虑节点间单元的贡献，常常用来进行焊接热传导、氢扩散等问题的研究。
焊接变形原因
焊接变形原因
焊接变形的主要原因有以下几点：
1. 焊接热输入：在焊接过程中，热输入会导致焊接部件的局部加热和膨胀，从而引起变形。
2. 温度梯度：焊接过程中，焊缝中心的温度较高，而焊接部件的其他部分温度较低。
这种温度梯度会引起热应力和变形。
3. 焊接残余应力：焊接过程中，焊缝熔化和凝固时会产生残余应力。
这些残余应力会导致焊接部件的变形。
4. 材料特性：焊接过程中，焊接部件的材料可能会发生相变或晶格结构改变，从而导致变形。
5. 焊接操作不当：焊接操作中，焊接电流、电压、速度等参数的控制不当，可能会导致焊接部件的变形。
6. 焊接序列不当：焊接过程中，焊接的顺序不合理，焊接部件的冷却速度不均匀，可能会导致变形。
综上所述，焊接变形的原因很多，需要在焊接过程中合理控制各种因素，以减少焊接变形的发生。
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。
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焊接中相变温度
焊接中的相变温度是指在焊接过程中发生的材料相变所需的温度。
相变是指材料由一个物理状态转变为另一个物理状态的过程。
在焊接过程中，相变温度的准确控制是确保焊接质量和工艺稳定性的关键之一。
相变温度的控制对于焊接过程中的材料熔化和冷却过程具有重要意义。
在焊接中，两个或更多金属或非金属部件被加热至相变温度以上并连在一起，然后冷却以形成焊缝。
相变温度的选择是根据焊接材料的性质和工艺要求来确定的。
首先，相变温度取决于焊接材料的特性。
不同材料在不同温度下发生相变。
例如，钢材在达到其熔点时会发生液态相变。
而对于某些金属合金，相变温度可能在特定组成下发生。
因此，在选取焊接材料时，需要考虑材料的熔点和相变温度范围，以确保焊接过程中的材料状态能够满足要求。
其次，相变温度的控制对于焊接工艺的稳定性和焊接质量的保证也至关重要。
如果焊接材料的相变温度过高或过低，可能会导致焊接接头的质量不过关。
如果相变温度过高，加热时间过长可能会使焊接接头过热，导致熔化过多的材料，使焊缝变得脆弱。
相反，如果相变温度过低，焊接接头可能未完全熔化，导致焊缝不牢固，影响焊接接头的强度。
在焊接中，为了控制相变温度，通常会采取一些措施。
首先，可以通过控制加热源的温度和时间来控制相变温度。
合理
的加热源温度和加热时间可以使焊接接头在达到相变温度的同时，不过度加热，避免材料过热或熔化不足的问题。
此外，还可以通过选择合适的焊接设备和工艺参数来控制相变温度。
选用合适的焊接电流、电压、焊接速度等参数，可以实现对相变温度的准确控制，保证焊接接头的质量。
最后，相变温度的控制对于不同焊接方法和焊接材料也有所不同。
例如，对于电弧焊接和气体保护焊接等热源焊接方法，需要通过热源的加热作用来达到相变温度。
而对于激光焊接和电子束焊接等非热源焊接方法，可以通过调整能量输入来控制相变温度。
此外，不同材料的相变温度也有所差异，需要根据具体的焊接材料来选择适当的焊接工艺。
总之，在焊接过程中，准确控制相变温度是保证焊接质量和工艺稳定性的关键。
通过合适的焊接材料选择、加热参数控制和工艺参数调整，可以实现相变温度的精确控制，确保焊接接头的质量和强度，并提高焊接效率。
未来，随着焊接技术的不断发展，相变温度的控制将变得更加精确和自动化，有助于提高焊接质量和工艺的可控性。