焊接热影响区的组织和性能变化(ppt 40页)

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调质钢焊接时HAZ的软化
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(三)HAZ的韧化
1、调整低合金钢的成分与HAZ组织状态 –对低合金高强钢,采用低碳微量合金化强化(弥散强 化),韧性好。 –HAZ组织最好为针状F、下贝、低碳M。 –严格控制钢中S、P、O等杂质的含量。 –控制钢中硫化物,磷化物及硅酸盐夹杂的数量,大小 及分布形态。
2、合理制定焊接工艺 –选择合适的焊接线能量E(t8/5),不宜过大(晶粒 粗化)和过小(淬硬组织) –焊前预热、焊后热处理
粗化,淬硬倾向比热处理条件下要大 ➢ 含碳化物合金元素(如40Cr钢):碳化物不能
充分溶解,奥氏体稳定性下降,淬硬倾向比热 处理条件下要小
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三、焊接热影响区的组织与性能变化
Fe-C合金:在固态下合金中除了有同素异构 转变外,还有成分变化和第二相析出,即共 析转变和Fe3c的析出。
(一)焊接热影响区的组织分布
1)静应变时效脆化
在室温下或低温下受到预应变后产生的时效脆化现象。
2)动应变时效脆化
在较高温度下(特别是200℃~400℃)的预应变所产生 的时效脆化现象,又称为“蓝脆”。
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3. 调质钢焊接HAZ的软化
➢ 焊前经调质处理的高强钢 和具有沉淀硬化和弥散强 化的合金,经焊接之后, 其HAZ产生不同程度的软化 或失强。
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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)。
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• 从左图可以看出,碳锰钢 HAZ的脆化区有两个: – 粗晶区(1500℃) – 时效脆化区(400℃~ 600℃)
HAZ脆化:粗晶脆化、析 出脆化、组织脆化、热应 变时效脆化、氢脆化及石 墨脆化。
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(1)粗晶脆化(主要出现在过 热区) – 晶粒d↑→ VTrs↑ – 钢中含C、N化物形成→d↓ – 加热温度T↑,加热时间 t↑→d↑ – E(焊接线能量)↑→d↑
– Ceq一定, t8/5↓→ Hmax↑。
– Hmax间接反映了HAZ 的淬硬倾向,而Hmax 测量方便,故可用 Hmax来评价钢材的冷 裂倾向
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2. HAZ的脆化
脆化:是指HAZ在焊接热循环作用下所产生的 塑性、韧性下降的现象。通常用缺口冲击值和 脆性转变温度判断脆化现象。 脆性转变温度VTrs:随着温度的降低,金属由 延性断裂向脆性断裂转变,通常把发生转变的 那个临界温度称为脆性转变温度。显然VTrs↑→ 脆性↑。
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(2)组织脆化 ➢是由于HAZ中出现脆硬组织造成的。根据 脆性组织不同,又可分为: ➢M-A组元脆化 ➢析出脆化
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1)M-A组元脆化 M-A组元脆化原因:
•高碳奥氏体易于形成高碳马氏体 •M-A组元存在时,成为了潜在的裂源,
并起到吸氢和应力集中的作用。
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2)析出脆化(沉淀相脆化) ➢ 定义:某些金属或合金,在时效或回火过程中,
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影响焊接热影响区组织和性能的主要因素
3)焊接工艺方法和工艺参数 • 热源特点与焊接工艺参数
密切相关:温度场分布和 焊接热循环的特点。 • 影响到焊接热影响区特殊 热处理的各项参数:升温 速度、高温停留时间和冷 却速度等。
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一、焊接热循环
1. 定义:焊接过程 中,热源沿焊件移 动时,焊件上某点 的温度由低而高, 达到最大值后,又 由高而低的变化称 为焊接热循环。
的冷却时间。
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二、焊接热热影响区的组织转变特点
1. 焊接热循环的特点
1)加热的温度高 热处理AC3以上100-200℃,例如45号钢AC3:770 ℃ 焊接近缝区:接近熔点,钢的熔点1350 ℃
2)加热的速度快 ➢ 比热处理快几十倍甚至上百倍。
3)高温停留时间短 ➢ 手工电弧焊:4-20S,埋弧焊:20-40S
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(二)焊接热影响区的性能变化
➢HAZ的硬化 ➢HAZ的脆化 ➢HAZ的软化
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1. HAZ的硬化
HAZ硬度分布不均匀,在 熔合区附近具有最大硬度 Hmax。
不同的组织形态硬度不同 同一组织,也有不同的硬
度 硬度主要决定于材料的化
学成分和冷却条件
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(1)碳当量Carbon Equivalent (Ceq或CE) 定义:把钢中合金元素(包括碳)按其对淬硬(包
❖组织:粗大的奥氏体在较慢的冷却速 度下形成过热组织—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)。
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➢ 相变重结晶区Ⅱ(正火区) ❖温度: 1100 ℃ - Ac3 ❖现象:母材完全奥氏体化,加热 和冷却过程中经受了两次重结晶 相变,使晶粒得到显著的细化。
❖组织:相当于低碳钢正火处理后 的组织(细小的P+F)。
➢ 近缝区奥氏体晶粒严重长大 ➢当加热温度在1100℃以上时,奥氏体晶粒严 重长大。
➢ 加热过程形成的奥氏体晶粒度和均匀化程度, 对冷却时的相变过程和相变产物有很大影响。
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3. 焊接时冷却过程中的组织转变特点 (1)奥氏体化温度高,加热与冷却速度快 (2)奥氏体的稳定性越大,淬硬倾向越大 ➢ 不含碳化物合金元素(如45钢):近缝区组织
为整个焊接接头的薄弱环节,对焊接质量起着 控制作用。 • 很多焊接结构的破坏事故都与焊接热影响区的 性能恶化有关。 • 重视和研究焊接热影响区的组织和性能变化。
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影响焊接热影响区组织和性能的主要因素
取决于材料本身的特性和工艺条件,主要冶金和 工艺因素:
1)被焊金属与合金系统的特点 • 无相变的金属和合金:非常简单 • 有相变的材料:很复杂 2)焊前母材的原始状态 • 焊前为冷作硬化或热处理态:退火软化 • 易淬火材料焊前为退火态:淬火的硬化区
1. 低碳钢及不易淬火的低合金钢HAZ 组织分布
如Q235、16Mn、15MnV等,可分为如 下四个区:
➢ 熔合区(半熔化区)
➢ TL~TS,化学成分与组织不均匀 分布,过热严重,塑性差,对焊 接接头的强度、韧性都有很大的 影响。是焊接接头的薄弱环节。
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➢ 过热区Ⅰ(粗晶区) ❖温度: TS - 1100 ℃ ❖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。
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本章结束
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长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。努力,终会有所收获,功夫不负有心人。以铜为镜,可以正衣冠;以古为镜,可以知兴替;以人为镜,可以明得失。前进的路上 照自己的不足,学习更多东西,更进一步。穷则独善其身,达则兼济天下。现代社会,有很多人,钻进钱眼,不惜违法乱纪;做人,穷,也要穷的有骨气!古之立大 之才,亦必有坚忍不拔之志。想干成大事,除了勤于修炼才华和能力,更重要的是要能坚持下来。士不可以不弘毅,任重而道远。仁以为己任,不亦重乎?死而后已, 理想,脚下的路再远,也不会迷失方向。太上有立德,其次有立功,其次有立言,虽久不废,此谓不朽。任何事业,学业的基础,都要以自身品德的修炼为根基。饭 而枕之,乐亦在其中矣。不义而富且贵,于我如浮云。财富如浮云,生不带来,死不带去,真正留下的,是我们对这个世界的贡献。英雄者,胸怀大志,腹有良策, 吞吐天地之志者也英雄气概,威压八万里,体恤弱小,善德加身。老当益壮,宁移白首之心;穷且益坚,不坠青云之志老去的只是身体,心灵可以永远保持丰盛。乐 其乐;忧民之忧者,民亦忧其忧。做领导,要能体恤下属,一味打压,尽失民心。勿以恶小而为之,勿以善小而不为。越是微小的事情,越见品质。学而不知道,与 行,与不知同。知行合一,方可成就事业。以家为家,以乡为乡,以国为国,以天下为天下。若是天下人都能互相体谅,纷扰世事可以停歇。志不强者智不达,言不 越高,所需要的能力越强,相应的,逼迫自己所学的,也就越多。臣心一片磁针石,不指南方不肯休。忠心,也是很多现代人缺乏的精神。吾日三省乎吾身。为人谋 交而不信乎?传不习乎?若人人皆每日反省自身,世间又会多出多少君子。人人好公,则天下太平;人人营私,则天下大乱。给世界和身边人,多一点宽容,多一份担 为生民立命,为往圣继绝学,为万世开太平。立千古大志,乃是圣人也。丹青不知老将至,贫贱于我如浮云。淡看世间事,心情如浮云天行健,君子以自强不息。地 载物。君子,生在世间,当靠自己拼搏奋斗。博学之,审问之,慎思之,明辨之,笃行之。进学之道,一步步逼近真相,逼近更高。百学须先立志。天下大事,不立 川,有容乃大;壁立千仞,无欲则刚做人,心胸要宽广。其身正,不令而行;其身不正,虽令不从。身心端正,方可知行合一。子曰:“知者不惑,仁者不忧,勇者不 精进者,不会把时间耗费在负性情绪上。好学近乎知,力行近乎仁,知耻近乎勇。力行善事,有羞耻之心,方可成君子。操千曲尔后晓声,观千剑尔后识器做学问和 数次的练习。第一个青春是上帝给的;第二个的青春是靠自己努力当眼泪流尽的时候,留下的应该是坚强。人总是珍惜未得到的,而遗忘了所拥有的。谁伤害过你, 重要。重要的是谁让你重现笑容。幸运并非没有恐惧和烦恼;厄运并非没有安慰与希望。你不要一直不满人家,你应该一直检讨自己才对。不满人家,是苦了你自己 长久的一个人,而是心里没有了任何期望。要铭记在心;每一天都是一年中最完美的日子。只因幸福只是一个过往,沉溺在幸福中的人;一直不知道幸福却很短暂。 该看他贡献什么,而不应当看他取得什么。做个明媚的女子。不倾国,不倾城,只倾其所有过的生活。生活就是生下来,活下去。人生最美的是过程,最难的是相知 最幸福的是真爱,最后悔的是错过。两个人在一起能过就好好过!不能过就麻利点分开。当一个人真正觉悟的一刻,他放下追寻外在世界的财富,而开始追寻他内心 人若软弱就是自己最大的敌人。日出东海落西山,愁也一天,喜也一天。遇事不转牛角尖,人也舒坦,心也舒坦。乌云总会被驱散的,即使它笼罩了整个地球。心态 盏明灯,可以照亮整个世界。生活不是单行线,一条路走不通,你可以转弯。给我一场车祸。要么失忆。要么死。有些人说:我爱你、又不是说我只爱你一个。生命 弃了明天不一定能得到。删掉了关于你的一切,唯独删不掉关于你的回忆。任何事都是有可能的。所以别放弃,相信自己,你可以做到的。、相信自己,坚信自己的 承受不了的磨难与挫折,不断去努力、去奋斗,成功最终就会是你的!既然爱,为什么不说出口,有些东西失去了,就在也回不来了!对于人来说,问心无愧是最舒 人,表明他人的成功,被人嫉妒,表明自己成功。在人之上,要把人当人;在人之下,要把自己当人。人不怕卑微,就怕失去希望,期待明天,期待阳光,人就会从 着封存梦想去拥抱蓝天。成功需要成本,时间也是一种成本,对时间的珍惜就是对成本的节约。人只要不失去方向,就不会失去自己。过去的习惯,决定今天的你, ,决定你今天的一败涂地。让我记起容易,但让我忘记我怕我是做不到。不要跟一个人和他议论同一个圈子里的人,不管你认为他有多可靠。想象困难做出的反应, 们,而是面对它们,同它们打交道,以一种进取的和明智的方式同它们奋斗。他不爱你,你为他挡一百颗子弹也没用。坐在电脑前,不知道做什么,却又不想关掉它 候,让时间帮你决定。如果还是无法决定,做了再说。宁愿犯错,不留遗憾。发现者,尤其是一个初出茅庐的年轻发现者,需要勇气才能无视他人的冷漠和怀疑,才 意志,并把研究继续下去。我的本质不是我的意志的结果,相反,我的意志是我的本质的结果,因为我先有存在,后有意志,存在可以没有意志,但是没有存在就没 益,人类的福利,可以使可憎的工作变为可贵,只有开明人士才能知道克服困难所需要的热忱。立志用功如种树然,方其根芽,犹未有干;及其有干,尚未有枝;枝 。意志的出现不是对愿望的否定,而是把愿望合并和提升到一个更高的意识无论是美女的歌声,还是鬓狗的狂吠,无论是鳄鱼的眼泪,还是恶狼的嚎叫,都不会使我 不幸的灾难,已经开始了的事情决不放弃。最可怕的敌人,就是没有坚强的信念。既然我已经踏上这条道路,那么,任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。意志 度如何,它都帮助了暴力。有了坚定的意志,就等于给双脚添了一对翅膀。意志坚强,只有刚强的人,才有神圣的意志,凡是战斗的人,才能取得胜利。卓越的人的 利和艰难的遭遇里百折不挠。疼痛的强度,同自然赋于人类的意志和刚度成正比。能够岿然不动,坚持正见,度过难关的人是不多的。钢是在烈火和急剧冷却里锻炼 坚硬和什么也不怕。我们的一代也是这样的在斗争中和可怕的考验中锻炼出来的,学习了不在生活面前屈服。只要持续地努力,不懈地奋斗,就没有征服不了的东西
➢ 碳当量公式纯属经验公式,当实验条件、方法不同时, 碳当量公式也不同。
➢ 一定要注意各公式的适应范围。
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(2)碳当量Ceq及冷却时间t8/5与HAZ最高硬度 Hmax的关系 – Ceq↑→Hmax↑ – 经验公式,Hmax=1274Pcm+45 Hmax=559CE(IIW)+100(HV)
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括冷裂、脆化等)的影响折合成碳的相当含量。 它反映了化学成分对硬化程度的影响
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M nC u N i C r M o V
C E (IIW ) C 61 5 5
1)
C e q (W E S ) C M 6 n 2 S 4 i 4 N 0 i C 5 r M 4 o 1 V 4 2)
➢ 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
➢Ac1~ Ac3,室温组织为M+F。 ➢在快速加热条件下F很少溶入A,
而P、B、S等转变为A;随后快 冷,形成M+粗大F。
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(2)焊前为调质状态 BM 回火组织
➢ 完全淬火区 ➢ 不完全淬火区 ➢ 回火区
➢Ac1~Tt,Tt为焊 前调质时的回火温 度,低于此温度, 组织不变;高于此 温度,出现软化。
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)。
❖性能:较好的综合性能。
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➢ 不完全重结晶区Ⅲ(不完全正 火区) ❖温度: Ac3 ~ Ac1 ❖现象:加热温度Ac3到Ac1之 间,金属的内部结构不发生
变化,只有部分金属经受了
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:性能不好
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过热区
重结晶区
不完全重结 晶区
) ➢ 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
➢ 主要适用于C≤0.17%, b=400~900MPa的低合金高强钢。 ➢ 应用碳当量公式时应注意:
从过饱和的固溶体中沿晶界析出碳化物、氮化物 、金属间化合物及其他亚稳定的中间相等,使金 属或合金的强度、硬度上升,韧性下降的现象。 ➢ 机理:析出相出现后,形成“柯氏气团”,阻碍 位错运动,使强度、硬度上升,产生脆化。 ➢ HAZ的熔合部位(包括粗晶区)在化学成分和组织 上的不均匀性比焊接区的其他部位更为严重,极 易产生析出脆化。 ➢ 特点:时效性
4)局部加热
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2. 焊接加热过程奥氏体化的特点
★加热速度快,相变温度升高
VH↑→Ac1, Ac3↑ ➢ 奥氏体化过程是一个扩散重
结晶过程,需要有孕育期。
➢ 钢中含有碳化物形成元素时 影响更显著。
➢ 形成的碳化物阻碍碳的 扩散
➢ 碳化物本身扩散速度低
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➢ 奥氏体均质化程度低
➢高温停留时间短,不利于扩散过程进行,从 而均质化程度低。
距焊缝不同距离各点的焊接热循环
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2. 焊接热循环的主要参数
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