焊接热影响区的组织和性能
热影响区的组织与性能
焊接热影响区的性能
软化
热影响区软化是指焊后其强度、硬度低 于焊前母材的现象。
软化主要出现在：焊前经过调质处理的 钢；具有沉淀强化的钢；弥散强化合金。
焊接热影响区的性能
调质钢焊接时热影响区软化
钢经过淬火处理后，在回火过程中随回 火温度提高，强度与硬度逐渐下降。
焊接条件下，如热影响区的加热温度超 过了焊前回火温度，相当于提高了回火 温度，强度必然比焊前低。
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。
高温停留时间短 手工电弧焊：4-20S；
埋弧焊：20-40S。
自然条件下连续冷却
焊接热循环条件下
焊接热循环条件下
加热时组织转变特点
影响冷却时的组织转变
焊接热循环条件下
冷却时的组织转变特点
组织转变向低温推移 马氏体转变临界冷速发生变化
焊接条件下
连续组织转变与CCT图
CCT图是连续冷却转变曲线的简称，可以比 较方便的预测焊接热影响区的组织和性能。
CCT图绘制时，将奥氏体化试件以各种冷却 速度连续冷却到室温、测定冷却过程中过冷 奥氏体转变的开始点(温度和时间)与终了点。 把测到的数据描绘在温度—时间坐标平面上， 最后将分别连结各个开始点与终了点．就得 到CCT图。
CCT图的应用
焊接热影响区的组织特征
焊接热影响区上距焊缝远近不同的部位 组织不同
不同的钢材，焊接热影响区的组织也不 同
焊接热影响区的组成
低碳钢
过热区 相变重结晶区 不完全重结晶 区 再结晶区
第五章 焊接热影响区的组织和性能
第五章焊接热影响区的组织和性能焊接分为三大类：熔化焊、压力焊和钎焊。
其中熔化焊是最常见最广泛的焊接方法。
而本书讨论的焊接冶金主要是以熔化焊为基础进行讨论的。
所谓熔化焊是采用一种高温热源使两种同质或非同质的材料利用原子间或分子间的分散与聚合而形成一个整体的过程。
这个热源贯穿于焊接过程的始终:一部分热量用于加热焊件和母材，一部分用于热损失（飞溅、周围介质等）。
用于加热母材和焊材的热功率称为有效功率，其实这部分热量：一部分用于熔化金属形成焊缝，另一部分用于热传导而流失于母材形成HAZ （包含熔合线）。
HAZ：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。
焊接接头：焊缝和和热影响区p161 图4-1焊接热影响区示意图前面讨论焊缝的合金化，焊缝金属的脱S、脱O、脱P、H及晶粒的细化等，均是如何控制焊缝的质量，主要是焊缝区的问题。
由于早些年代里，制造焊接结构所采用的钢种是低碳钢，焊缝是至关重要的环节。
HAZ一般不会出现什么问题，但随着科学技术和生产规模的发展，各种高温、耐压、耐蚀、低温容器、深水潜艇、宇航设备以及核电站锅炉、管道等不断建造，各种高强钢、高合金钢以及某些特种材料（Al合金、钛合金、镍基合金、复合材料和陶瓷等）也得到广泛的应用，这种情况下，焊接的质量不仅仅取决于焊缝，同时取决于HAZ，有时HAZ存在的问题比起焊缝更为复杂。
如：如今大型水电站，尤其高水头电站（包括抽水蓄能电站）的建造要求提供流量大、承压高的输水压力管道，如果采用普通钢材，必须增加管壁的厚度，无疑给压力钢管的制造、运输和安装带来极大的困难。
随之发展起来的适用于压力钢管的焊接结构用高强钢，如700MPa，800Mpa级钢具有很高的屈服强度和抗拉强度，同普通钢相比，可以大大减少压力钢管壁的厚度，克服了普通钢的局限性，（WEL—TEN80 WCF—62（80））它具有良好的低温冲击韧性也为钢管的可靠运行提供了保证，但它焊接时，易出现HAZ软化（投影）或产生裂纹。
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。
焊接热影响区显微组织及性能分析
焊接热影响区显微组织及性能分析当我们进行焊接工艺时，焊接热影响区(HAZ)往往会被忽略。
这个区域受到了高温，快速冷却和热应力的影响，导致了焊接材料性能的改变。
因此，对焊接热影响区的显微组织及性能分析至关重要，以便确保焊接后材料的质量和可靠性。
1. 焊接热影响区的显微组织分析焊接热影响区受到的热影响主要包括多种因素，例如熔池温度、加热速率、冷却速率和焊接残余应力。
这导致了焊接热影响区显微组织的改变。
在焊接中，焊接热影响区可以分为三个区域：粗晶区、细晶区和回火区。
(1) 粗晶区：在这个区域，材料暴露在高温下的时间更长，导致了晶粒的长大。
这进一步导致晶粒间的间隔增加，因此这个区域的强度和韧性都会下降。
(2) 细晶区：这个区域中的晶粒被迅速加热并迅速冷却，导致了晶粒尺寸的减小。
然而，这个区域的强度和韧性仍然会下降。
因为这个区域，晶界比粗晶区更脆弱。
(3) 回火区：当焊接完成后，渐进升温，晶格结构变松弛，导致材料中的应力逐渐减小。
这个区域的显微组织与原始材料相似，因为它经历了温度和压力的缓慢升高。
2. 焊接热影响区的性能分析焊接热影响区的性能分析往往涉及到强度和韧性这两个方面。
焊接热影响区不仅影响焊接点的性能，还对整个结构的性能产生影响。
(1) 焊接强度：焊接热影响区的强度是由显微组织和残余应力共同决定的。
因此，在评估焊接强度时，必须对热影响区进行适当的检测。
(2) 焊接韧性：焊接热影响区的韧性能够反应焊接后材料的冲击韧性和裂纹扩展性。
由于热影响区的强度下降，它的韧性也会受到影响，并可能导致焊接点的脆性断裂。
3. 如何提高焊接后材料的性能为了提高焊接点的性能，需要在选择焊接材料、焊接工艺和焊接参数时进行仔细的选择和控制。
同时，还需要进行适当的后处理，例如回火和淬火，以降低焊接热影响区的残余应力和提高焊接点的强度和韧性。
在焊接材料的选择时，必须选择适用于特定应用的焊接材料。
它的成分、热特性和机械特性等方面必须与基础材料相匹配。
5焊接热影响区的组织和性能
5焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区（Heat Affected Zone, HAZ）是指在焊接过程中，未被完全熔化但受到高温加热的区域。
在焊接过程中，高温会引起HAZ的组织和性能发生变化，这可能会对焊接接头的性能和可靠性产生重要影响。
本文将讨论HAZ的组织和性能的变化，并重点介绍几个重要的影响因素。
首先，HAZ的组织变化是由高温引起的。
在焊接过程中，焊接电弧和熔化池的高温作用下，HAZ的温度会迅速升高，达到几百摄氏度甚至更高的温度。
高温会导致HAZ中的晶粒长大、晶格变形和相结构改变。
通常情况下，HAZ中的晶粒比母材中的晶粒要大，且晶格常常发生变形。
晶粒尺寸的增加和晶格变形会导致材料硬度的提高，并可能降低材料的韧性。
其次，HAZ的性能变化是由组织变化引起的。
HAZ中的晶粒长大和晶格变形会导致材料的硬度提高，但与此同时，硬度的增加也会导致韧性的降低。
在一些情况下，HAZ还可能出现脆性相的形成，这会极大地降低焊接接头的可靠性。
此外，HAZ还可能出现裂纹和变形等缺陷，这也会对焊接接头的性能产生严重影响。
因此，在焊接接头设计和制造过程中，必须对HAZ的组织和性能进行充分考虑，以确保焊接接头的质量和可靠性。
HAZ的组织和性能变化受多种因素影响，以下列举几个重要因素：1.焊接热输入：焊接热输入是指在单位长度或单位面积上输送到工件中的热量。
热输入的大小与焊接电压、电流和焊接速度等参数有关。
过高或过低的热输入都会导致HAZ中的晶粒长大和晶格变形，从而影响HAZ的性能。
2.材料的化学成分和微观结构：不同材料的化学成分和微观结构会对HAZ的组织和性能产生重要影响。
一些合金元素的存在可以改变晶粒的生长速率和晶格的变形行为。
此外，材料的粗晶相和弥散相等局部微观结构也会对HAZ的性能产生重要影响。
3.冷却速率：冷却速率是指焊接过程中HAZ冷却的速度。
冷却速率的快慢会影响晶粒生长和晶格变形行为。
通常情况下，快速冷却会导致HAZ 中的晶粒更细小，且硬度更高。
焊接热影响区的组织和性能 PPT
焊接热影响区的组 织和性能
第二章 焊接热影响区的组织
第一节 焊接热循环
第二节 焊接热循环条件下的金属 组织转变特点
第三节 热影响区组织和性能
焊接热影响区：熔焊时在集中热 源的作用下，焊缝两侧发生组织和性 能变化的区域称为“热影响区”
(Heat Affected zone,简称HAZ)
或称“近缝区”(Near Weld Zone) 焊接接头是由两个主要部分组成，即 焊缝和焊接热影响区，如图4-1所示。
3.高温停留时间短 手弧，4~20秒； 埋弧，30~100秒 4.自然条件下连续冷却 5.局部加热
一、焊接时加热过程组织转变特点
１.加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的相变温度 发生了很大的变化。加热速度越快，Ac1和Ac3 的温度越高，而且Ac1和Ac3的温差越大。 焊接时,由于采用的焊接方法不同,规范不同,加 热速度可在很大的范围内变化。
表4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比
表4-9是45钢和40Cr钢在焊接和热处理时同样冷 却速度条件下的组织百分比。由图 4-21、图4-22和 表4-9可以看出，45钢在焊接条件比在热处理条件下 的CCT曲线稍向右移(主要考虑Ms附近)。说明在相同 冷却速度条件下，焊接时比热处理时的淬硬倾向大。 如冷却速度为30℃／s，焊接时可得到92％马氏体， 而热处理时只得到69％马氏体。
２.加热速度对Ａ均质化影响
加热速度不但对相变点有影响,对Ａ均质化也 有影响.因为Ａ均质化属扩散过程。在快速加 热条件下，来不及完成扩散过程。
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.
二.焊接时冷却过程组织转变特点
焊接热影响区的组织
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。
a)
b)
16Mn钢过热区的粒状贝氏体
a) 熔合区 b)过热粗晶区
对于淬硬倾向较大的钢种，焊接热影响区的组织分布与 母材焊前热处理状态有关。正火或退火状态热影响区 组织分布分为： 完全淬火区
处于Ac3以上的区域，焊后将得到淬火组织，相当于粗 晶区得到粗大马氏体，相当细晶区得到细小的马氏体。
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：
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）
加热温度处于固液相之间，该区范围窄，但组织合性能 存在较大不均匀性，对接头的强度、韧性有很大影响。
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。
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。
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
5焊接热影响区的组织与性能
图4-3 距焊缝不同距离各点的热循环 （低碳钢，板厚20mm,手弧焊）
图4-4 不同焊接方法的焊接热循环
1—手弧焊 2—埋弧焊 3—电渣焊
一、焊接热循环的主要参数
• 1.加热速度( WH ) • 2.加热的最高温度( Tm ) • 3.在相变温度以上的停留时间(tH) • 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（ t8/5 、
少 痴 情 ， 多 少柔情 蜜意， 都在红 尘烟雨 中渐渐 飘走。
撑 一 把 油 纸 伞，在 寂寥的 雨巷中 ，哀怨 又彷
第一节 焊接热循环
焊接热循环:焊接过程中热源沿焊件移动时， 焊件上某点温度由低而高，达到最高值后， 又由高而低随时间的变化称为焊接热循环。 它是描述焊接过程中热源对被焊金属的热作 用。距焊缝不同距离的各点，所经历的热循 环是不同的，如图4-3所示。另外，由于焊接 方法不同，热循环曲线的形状也发生较大的 变化。
三.焊接条件下CCT图的建立及其应用
T图的建立:采用焊热热模拟试验装置来 建立某种钢的CCT图.
2.意义:在新钢种投产之前,可预先估计热影 响区的组织性能,或作为制定工艺,焊接线能 量的依据.
T图的应用: 通过CCT图可得到在不同的 冷却速度下的组织,即估计组织及预测性能.
图4-23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的变化。
（二）加热的最高温度（Tm）
金属的组织和性能除化学成分的 影响之外,主要与加热的最高温度Tm 和 冷却速度ωc有关。例如低碳钢和低合 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。
（三）在相变温度以上的停留时间（th）
在相变温度Th以上停留的时间越长，越 有利于奥氏体的均质化过程，但温度太高 时(如1100℃以上)即使停留时不长，也会产 生严重的晶粒长大。为便于分析研究，把 高温停留时间th分为加热过程的停留时间t’ 和冷却过程的停留时间t’’,即th ＝t’十t’’(参见 图4-5)。
焊接热影响区的组织和性能变化
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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
❖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 ❖现间象，：金加属热的温内度部结Ac构3到不A发c1之生
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
18Байду номын сангаас
过热区
重结晶区
不完全重结 晶区
母材
➢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。
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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。
焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区（HAAZ）是在焊接过程中由于热输入而受到热影响的区域。
在焊接过程中，瞬态温度变化导致了材料的相变和微观结构的改变，这些改变在HAZ中发生，并对HAZ的组织和性能产生重要影响。
下面将详细讨论焊接热影响区的组织和性能。
HAZ的组织主要受到瞬态温度变化的影响。
在焊接过程中，焊缝和周围材料会受到高温热源的加热，使材料达到或超过其变形温度。
在这种高温环境下，材料的晶粒会发生生长、形状改变和巨大的奥氏体晶化。
当焊缝冷却时，发生了相反的变化，晶粒迅速长大并恢复到正常的晶粒尺寸。
这种急剧的温度变化导致了晶粒的细化和球化，称为冷却受限效应。
此外，还可能发生再结晶现象，即材料的原始晶粒会被新的细小晶粒所取代。
HAZ的性能主要取决于材料的相组成和晶粒细化程度。
HAZ之所以存在多种不同的相，是因为热输入导致了材料的相变。
例如，在一些金属中，由于快速冷却，奥氏体晶体可能无法完全转变为马氏体，从而在HAZ内形成马氏体残余；在一些合金中，冷却速率过快可能导致奥氏体中的碳无法扩散到马氏体中去，形成残余奥氏体。
这些残余相的存在会对材料的硬度、韧性、强度和耐腐蚀性等性能产生重要影响。
此外，由于冷却速率的不同，HAZ的晶粒细化程度也会发生变化。
晶粒细化可以提高材料的强度和韧性，但过度细化可能导致材料的脆性增加。
在HAZ中，还可能发生残余应力的积累。
由于焊接过程中的瞬态温度变化，材料会经历瞬时的热膨胀和收缩，导致HA在冷却过程中产生残余应力。
这些残余应力可能对材料产生不均匀的应力分布，进而导致裂纹和变形的产生。
因此，在焊接设计和工艺控制中，需要考虑到HAZ中的残余应力情况，以确保焊接件的性能和可靠性。
总结起来，焊接热影响区的组织和性能受到瞬态温度变化的影响。
热输入导致了晶粒的细化和相变，从而影响了材料的硬度、韧性、强度和耐腐蚀性等性能。
此外，残余应力的积累以及晶粒的冷却受限效应也会对HAZ的性能产生重要影响。
焊接热影响区的组织和性能
三、焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区就是指在焊接过程中，母材因受 热影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性 能变化的区域。
焊接热影响区的组织和性能基本反映了 焊接接头的性能和质量。
对于低碳钢及合金元素较少的低合金高强 度钢来说，焊接热影响区可分为过热区、 正火区、不完全重结晶区和再结晶区
焊接热影响区除了组织变化而引起性能变化外，热影 响区宽度对焊接接头中产生的应力与变形也有较大影 响。
一般来说，热影响区越窄，焊接接头中内应力越大， 越容易产生裂纹；热影响区越宽，则变形越大。
因此，焊接生产中，在保证焊接接头不产生裂纹的前 提下，应尽量减小热影响区的宽度。
• 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。
E—至焊缝轴线25 mm
• 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
导热性等。
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。
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。
焊接热影响区的组织和性能5-2
（2）易淬火钢的组织分布 • 易淬火钢是指在焊接空冷条件下容易淬火形成马 氏体的钢种，如低碳调质钢（18MnMoNb）、中 碳钢（如45钢）和中碳调质高强度钢（如 30CrMnSi）等。 • 这类钢焊接热影响区的组织分布特征与母材焊前 的热处理状态有关。 • 如图5-30所示，如母材焊前是正火或退火状态， 焊接热影响区根据其组织特征可分为完全淬火区 和不完全淬火区。 • 如果母材焊前为调质状态，焊接热影响区除上述 完全淬火区和不完全淬火区外，还存在一个回火 软化区。
美国学者W.F.Savage等提出了焊接热影响区的划分方法，具体划分 方法见图5-34，各部分的名称及其所包括的范围见表5-12。
图5-34 焊接热影响区划分方法示意图
（3）焊接热影响区组织的分析 • 在焊接快速加热和连续冷却的条件下，热 影响区的转变属于非平衡转变，往往会得 到多种混合组织，给金相组织的鉴别造成 了困难。 • 在一定条件下，热影响区组织主要与母材 的化学成分和焊接工艺条件有关，在鉴别 热影响区组织时应该注意如下四点： 1) 母材的化学成分及原始状态 母材的化学成分是决定热影响区组织的主 要因素。
• 对于含碳或合金元素较低的低碳钢及低合金钢（如16Mn等），淬硬倾 向较小，其热影响区主要为铁素体、珠光体和魏氏组织，并可能有少量 的贝氏体或马氏体。 • 对于淬硬倾向较大的钢种，其热影响区主要为马氏体，并依冷却速度的 不同可能出现贝氏体、索氏体等组织。 • 对于不含碳化物形成元素的钢，其奥氏体的稳定性（即淬硬倾向）主要 取决于奥氏体晶粒长大的倾向。奥氏休晶粒越粗大，越容易产生淬硬组 织。 • 对于含碳化物形成元素的钢（如18MnMoNb、40Cr等），只有当碳化 物溶解于高温奥氏体时，才增加淬便倾向。否则，会降低淬硬倾向。 • 对于易淬硬钢，其马氏体类型主要取决于含碳量。当含碳量较低时，会 得到低碳马氏体。否则会得到高碳马氏体。 • 钢中存在较严重的偏析时，往往会出现反常情况。当在正常成分范围内 出现一些预料不到的硬化和裂纹时，偏析常是造成这种情况的原因之一。 • 母材的原始组织状态也是分析热影响区组织的重要依据。清楚地了解母 材的原始组织，对认识热影响区经焊接热循环作用之后的组织性能变化 有重要帮助。尤其对于不完全重结晶区更是如此。
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1 2 Er σ= ( + EW p ) 2 K a
1
调质钢焊接HAZ HAZ的软化 （四）调质钢焊接HAZ的软化
1、调质钢焊接时 HAZ的软化 HAZ的软化
第四章 焊接热影响区组织和性能
38
2、热处理强化合金焊接HAZ的软化 、热处理强化合金焊接 的软化
第四章 焊接热影响区组织和性能
39
（五）焊接HAZ力学性能 焊接 力学性能
第四章 焊接热影响区组织和性能
27
3.注意问题 注意问题
1).热影响区中熔合区,过热区晶粒严重 长大,是焊接接头的薄弱地带. 2).低碳钢的不完全重结晶区,在急冷急 热的条件下,会表现出高碳钢的行为. 3).成分偏析严重,C.P.S高时易产生淬硬 组织,裂纹.
第四章 焊接热影响区组织和性能
28
二.焊接热影响区的性能 焊接热影响区的性能
第四章 焊接热影响区组织 和性能
第四章 焊接热影响区组织和性能
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第四章 焊接热影响区组织和性能
第一节 焊接热循环 第二节 焊接热循环条件下的金属 组织转变特点 第三节 热影响区组织和性能 第四节 焊接热力模拟试验方法的特点
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重点内容: 重点内容
1)焊接热循环的主要参数、意义 2)快速加热,连续冷却的金属组织转变特点 3) 3)CCT图的应用 图的应用 4)热影响区的划分方法 5)不易淬硬钢及淬硬钢的焊接热影响区分 布和组织转变
焊接结构钢根据热处理特性不同分为两类 :淬火钢,不易淬火钢,分别讲述淬火钢和 不易淬火钢的组织分布.
1.不易淬火钢:如低碳钢,某些不易淬硬的
低合金钢,如16Mn.15MoV.15MnTi等
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热影响区的组织分布
1).熔全区 2).过热区 3).相变重结晶区 4).不完全重结晶区 对于低碳钢,一些淬硬倾向不大的钢 (16Mn.15MnTi等)除过热区外其它各 区组织基本相同. 低碳钢过热区主要是魏氏组织W
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4.自然冷却 4.自然冷却 : 热处理可根据要求控制
冷却速度或在冷却过程中不同阶段进行 保温,焊接时,自然条件下冷却,冷却速度 快。
5.局部加热: 5.局部加热: 热处理时,工件是在炉中 局部加热
整体加热,焊接时,局部集中加热,随热源 的移动,局部加热地区的范围也移动.由于 局部加热产生复杂应力,组织转变是在复 杂应力不完成。
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二、焊接热循环参数的数值模拟
（一）峰值温度Tm的计算 （二）相变温度以上停留时间tH的计算 （三）瞬时冷却速度Wc的计算 （四）冷却时间的计算
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三.多层焊热循环的特点
在实际焊接中,厚板多采用多层焊接,因 此,有必要了解多层焊热循环作用特点。 在单层焊时,因为受到焊缝截面积的限 制,不能在更大的范围内调整功率和焊速, 所以焊接热循环的调整也受到限制。 多层焊比单层焊具有更优越的地方,它是 由许多单层热循环联合在一起的综合作用, 同时相临焊层之间彼此具有热处理性质.从 提高焊接质量而言,多层焊往往易达到要求
(1)国产钢硬度计算公式 当t8/5 <tM100 Hmax=292+812C 当t8/5 >tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm –81lg t8/5 (2)铃木公式
K Hmax = 884C − K + + 287 1 + exp{a (lg t8/5 - y)}
Hmax(HV10)=140+1089Pcm –8.2t8/5
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二.特点
1.加热温度高: 1.加热温度高:热处理加热温度以上100加热温度高
200℃
2.加热速度快: 是热处理加热速度的几十 2.加热速度快: 加热速度快
倍甚至几百倍
3.高温停留时间短 高温停留时间短: 3.高温停留时间短:手工焊以上停留时间
最大20秒,埋弧自动焊时30-100秒。
（1）M-A组元脆化 （2）析出脆化 （3）遗传脆化
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3）.HAZ的热应变时效脆化 .HAZ的热应变时效脆化
(1)静应变时效脆化 (2)动应变时效脆化
(三)焊接热影响区的韧化
1、母材的原始组织 2、韧化处理
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5、建立低合金钢HAZ最大硬度计算公式有 可意义？ 6、何谓HAZ的热应变时脆性？在焊接工艺 上如何防止？ 7.如何提高焊接HAZ的韧化？在焊接工艺上 如何防止？ 8.何谓“组织遗传”？受哪些因素影响？如 何改善？ 9.中碳调质钢焊接HAZ软化的机制？应如何 改善和控制？
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二.连续冷却时的金属组织转变特点
研究焊热影响区的熔全线附近的情况 ,这一区域是焊接接头的薄弱地带。 以45钢、40Cr为例,比较焊接条件 下和热处理条件下,在相同的冷却 速度下组织转变的差异.
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2)碳当量及冷却时间t HAZ最高硬度 2)碳当量及冷却时间t8/5 与HAZ最高硬度 碳当量及冷却时间 Hmax 的关系
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3）焊接HAZ最高硬度的计算公式 焊接HAZ最高硬度的计算公式 HAZ
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本章小节
本章主要根据低合金高强钢焊接 过程中，由于快速不均匀加热和 冷却引起热影响区组织性能的变 化，进行了系统地讨论，以及对 于焊接热循环和热力模拟试验方 法的特点介绍。
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思考题
1、焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、 性能有何影响？ 2 2、低合金钢焊接时，HAZ粗晶区奥氏体的 HAZ 均质化程度对冷却时相变有何影响？ 3、探讨低合金钢焊接HAZ受应力应变时对 相变的影响 4、焊接条件下组织转变与热处理条件下组 织转变有何不同？
国际焊接学会 Mn Cu + Ni Cr + Mo + V + + CE ( IIW ) = C + 6 15 5 日本焊接学会
Ceq (WES ) Mn Si Ni Cr Mo V =C+ + + + + + 6 24 40 5 4 14
近年来常用的公式
Si Mn CU Ni Cr + Mo + V + Nb CEN = C + A(C ) + + + + + 5B 15 15 5 24 16
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熔合区 焊缝金属 母材
16Mn钢焊接热 影响区
过热 区 不完全重结晶区 第四章 焊接热影响区组织和性能
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2.易淬火钢 2.易淬火钢
此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热 处理有关焊前热处理.退火,正火,调质(淬 火+高回火) 1).完全淬火区 2).不完全淬火区 3).对于调质处理的钢(母材焊前处于调质状 态)回火区以下,发生不同程度的回火处理 ─回火区.组织性能变化取决于焊前调质 状态的温度.
§4-4 焊接热力模拟试验方 法的特点
一、焊接模拟技术发展的背景 二、焊接模拟技术发展的过程及其现状 三、焊接模拟试验的基本方法点及意义
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焊接模拟试验的主要参数
1.加热速度(W 1.加热速度(WH)或加热时间 加热速度 2.加热的峰值温度 加热的峰值温度(T 2.加热的峰值温度(Tmax) 3.在高温的停留时间 在高温的停留时间(t 3.在高温的停留时间(tH) 4.冷却速度 冷却速度(W 或冷却时间（ 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（t8/5）
一般来说，对HAZ力学性能的研究主要 是从两方面进行：
一方面是研究HAZ不同部位的力学性能 另一方面专门研究 熔合区附近的性能.
对于淬硬倾向不大的钢种(如16Mn钢) 采用焊接热模拟技术，HAZ不同部位常 规力学性能如下图
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§4-2 焊接热循环条件下的 金属组织转变特点
特点： 特点：1.加热温度高
热处理加热温度以上100～200℃ 2.加热速度快: 3.高温停留时间短 4.自然冷却 5.局部加热
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一、快速加热的金Байду номын сангаас组织转变特点
１.加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的 相变温度发生了很大的变化。 焊接时,由于采用的焊接方法不同,规 范不同,加热速度可在很大的范围内 变化。
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２.加热速度对Ａ均质化影响 加热速度对Ａ
加热速度不但对相变点有影响,对Ａ均质 化也有影响.
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 ,韧性产生热裂纹,冷裂纹.
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