焊接热影响区讲解

冷却速度（ωc）和冷却时间（t8/5、t8/3、t100）
冷却速度是决定焊接HAZ组织性能的主要参数。
焊接热循环是焊接接头经受热作用的里程，研究 它对于应力变形、接头组织和力学性能等是十分重要 的，是提高焊接质量的重要途径。
焊接热循环参数的数值模拟
峰值温度Tm（最高温度）的计算
厚大焊件（点热源） 薄板（线热源）
焊件上距焊缝不同距离 各点所经历热循环是不 同的；不同焊接方法热 循环曲线形状变化较大。
焊接热循环的主要参数
焊接热循环对组织性能 的影响主要有四个参数：
加热速度（ωH）
焊接条件的加热速度比热处理条件下快许多，则 相变温度随之提高，同时奥氏体的均质化和碳化物 的溶解也越不充分，必然影响冷却后的组织转变和 性能。
E
1 500 T0
1 800 T0
可用作图方法确定 三维或二维传热。
当确定三维或二维 传热后，也可用作图法 求出t8/5值。
计算t8/5的经验公式
t
KE n
(T
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
T0
)2
1
2
tg1
0 a
多层焊热循环的特点
长段多层焊焊接热循环
长段多层焊：每道焊缝的长度较长（>1m），第一层 已冷却较低温度再焊第二层。
与许多因素有关，如焊接方法、线能量、结构几 何尺寸及母才物理性质等。
加热的最高温度（Tm）
组织和性能除化学成分影响外，主要与加热最高温度 Tm和冷却速度ωc有关。
在相变温度以上的停留时间（tH）
相变温度以上停留时间越长，越有利于奥氏体的均质化， 温度太高时（1100℃），会产生严重的晶粒长大。 为便于分析，将停留时间分为加热停留时间t′和冷却停 留时间t″，即 tH=t′+t″。
厚大焊件（点热源） T E
2 t
薄板（线热源）
T
E / 2( ct)1/ 2
厚大焊件
c
2
(Tc
T0 )2 E
薄板
c
2 c
(Tc T0)3
(E / )2
如焊件厚度在8～25mm，确定冷却速度应上式进行修 正：
c
K
2 (Tc T0)2
E
K f ( )
E
c(Tc T0)
冷却时间的计算
测定瞬时温度的冷却速度会有较大的误差。因此，多采 用一定温度范围内的冷却时间来代替冷却速度，并依 此作为研究焊接热影响区组织、性能和抗裂性的重要 参数。
常用 t8/5、t8/3、t100等冷却时间
根据传热学推导的理论式
厚大焊件
t8 / 5
E 2
1 500 T0
1 800 T0
薄板
t8 / 5
(E / )2 4 c
3.2 焊接热影响区的组织和性能
溶焊时在集中热源作用下，焊缝两侧发生组织和性能 变化的区域称为焊接热影响区（Heat Affected Zone—HAZ）。 焊接接头是由焊缝区和焊接
热影响区组成。
随钢种强 度级别提高， 热影响区的脆 化和裂纹倾向 也越严重。
3.2.1 焊接热循环
焊接热循环：焊接过 程中热源沿焊件移动， 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 变化过程。
对于厚大焊件： 对于薄板：
E
tH f3 (Tm T0)
tH
f2
(E / )2 c(Tm T0)2
式中f3、f2—厚大焊件和薄板 的修正系数， f3、f2是温度 无因次系数
T T0 的函数。
Tm T
厚大焊件
薄板
瞬时冷却速度ωc
试验证明：焊缝和熔合区附近冷却速度几乎相同， 当r0=0，y0=0则
1 500
T0
2
1 800
T0
2
cr
E
2c
1 500 T0
1 800 T0
理论经验公式
三维传热
t8 / 5
(0.67
5104T0)E
1 500
T0
1 800
T0
F3
二维传热
t8
/
5
(0.043
4.3
105T0 )(E
)2
1 500
T0
2
1 800
T0
2
F2
临界厚度的判别公式
cr
0.043 4.3105T0 0.67 5.0 104T0
短段多层焊焊接热循环
短段多层焊：每层焊缝长度较短（50～ 400mm），未等前层焊道冷却到较低温度（Ms 点），就开始焊下层焊缝。
T
E
r02
e 4at
2 t
T
E / 2( ct)1/ 2
e
y0 4at
上二式未考虑初始温度和表面散热的影响。
当 T 0 可求得最高温度 Tm： t
点热源 线热源
0.234E
Tm cr02
0.242E / Tm cy0
相变温度以上停留时间tH的计算
根据理论与实验求得的时间停留时间tH：