焊接热影响区讲解
焊接物理冶金_第四章 热影响区
焊接一、焊接热影响区的形成
在焊接过程中，在形成焊缝的同时使其附近的母材经受了一 次特殊的热处理，形成了一个组织和性能极不均匀的热影响区， 可能成为整个接头的最薄弱环节。 焊接热过程特点（局部性、瞬时性、运动性）决定了热影响 区热处理的特殊性：
（1）加热、冷却速度极快使与扩散有关的过程很难充分进行 加热 P→γ（非均匀）; 冷却γ→B、 M（非平衡相）
合金元素↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑（易淬火）
加热温度↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑（易淬火） 加热速度↑→奥氏体稳定性↓→淬透性↓ 奥氏体晶粒尺寸↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑ 冷却速度↑→易淬火
表2-1 几种热轧和正火钢的成分和性能
图4—15 不同奥氏体化温度的CCT图
(钢材w (C) 0.17%和w (Mn) 1.34%) a) 900℃奥氏体化（炉中缓慢连续加热）
I—过热区；II—正火区；III—不完全重结晶区； IV—淬火区；V—不完全淬火区；VI—回火区
（1）淬火区 温度： Ac3 -1490℃ 组织：不均匀组织（M、 B、 P、 F） 距焊缝越近、冷却速度越大，越易形成 M 性能: 接头脆化
图4—18 不同钢材焊接热影响区中硬度和马氏体数量的分布
（CTS试样，热输入1340J/cm，过热区的冷却速度28℃/s）
a) 过热区组织； b) 正火区组织； c) 不完全重结晶区组织； d) 母材组织
细小的马氏体 +少量粒贝 粗大的马 氏体
铁素体+马氏体+粒 贝+少量铁素体—碳 化物型混合组织
铁素体—碳化 物型混合物
图4—23 12Cr2MoWVTiB钢氩弧焊时的热影响区组织
a) 过热区组织；b) 正火区组织；c) 不完全重结晶区组织；d) 母材组织
2.30 焊接热影响区的组织和性能 PPT.pptx
成参差不齐的分界面
组织：组织性能不均，母材一侧晶
粒大
性能：性能不均，对接头的强度、 图2 焊接热影响区的分布特征
韧性影响大，是裂纹、脆
1—熔合区 2—过热区 3—相变量结晶 区 4—不完全重结晶区 5—母材 6—
性破坏发源地
淬火区7—部分淬火区 8—回火区
2、过热区（粗晶区）
温度：1100℃（晶粒开始急剧长大的温度）
4、不完全重结晶区（不完全正火 区）
温度：Ac1~Ac3之间（700~850 ℃）
特征：一部分组织发生了相变重结 晶过程，形成晶粒细小的铁
素体+珠光体，另一部分未 相变的铁素体长大成为粗大
铁素体。 组织：组织不均，原始的铁素体晶粒和细晶粒的混合区 性能：力 Nhomakorabea性能差。
图5 焊接热影响区的分布特征 1—熔合区 2—过热区 3—相变量结晶 区 4—不完全重结晶区 5—母材 6— 淬火区7—部分淬火区 8—回火区
一、焊接热影响区的组织和性能
1.概念：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。
2.热影响区的组织分布 ： 1).正火区 2).过热区 3).再结晶区 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
一、焊接热影响区的组织和性能
图1 焊接热影响区的温度分布与状态图的关系 a）热影响区的组织分布 b)铁碳状态图 c）热循环 （图中Tm—峰值温度 TG—晶粒长大温度）
（一）不易淬火钢的热影响区组织
根据热影响区组织特征分四个区：
1、熔合区（半熔化区）
温度：固液相线之间，范围很窄
焊接第五章 焊接热影响区
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
二、焊接冷却过程组织转变的特点
图5-6 焊接与热处理的热循环曲线
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
图5-7 45钢连续冷却曲线 F—铁素体 P—珠光体 A—奥氏体 M—马氏体 Z—中间组织
实线—焊接( =1350℃) 虚线—热处理( =1050℃)
26091C
主编
第四章 焊接熔池的结晶和焊缝金属的组织 第五章 焊接热影响区
第五章 焊接热影响区
第一节 焊接热影响区组织转变的特点 第二节 焊接热影响区的组织 第三节 焊接热影响区的性能
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
一、焊接加热过程组织转变的特响
B—焊前淬火+高温回火 C—焊前退火 1—淬火区 2—部分淬火区 3—回火区
第三节 焊接热影响区的性能
五、改善焊接热影响区性能的途径 1.采用高韧性母材 2. 焊后热处理 3. 合理制订焊接工艺规程
第二节 焊接热影响区的组织
图5-14 低碳钢埋弧焊时焊接热影响区的组织 a)熔合区 b)过热区 c)相变重结晶区 d)不完全重结晶区 e)母材
第二节 焊接热影响区的组织
表5-5 低碳钢埋弧焊时焊接接头的组织特征及性能分布
第三节 焊接热影响区的性能
一、焊接热影响区的硬度变化 二、焊接热影响区的常温力学性能
图5-3 a) 45钢 b) 18Cr2WV钢
(A—平均晶粒面积 d—平均晶粒直径)
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
图5-4 焊接热影响区中的晶粒度的分布
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
表5-2 不同焊接方法单层对接焊时的热循环参数
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
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。
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。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
contents•焊接热影响区概述•焊接热影响区的脆化机理目录•焊接热影响区脆化的影响因素•焊接热影响区脆化的防治措施•实际案例分析与讨论焊接热影响区的定义焊接热影响区的形成过程焊接热影响区的存在会对材料的性能产生显著影响，主要包括以下几点抗拉强度、冲击韧性等会显著降低。
腐蚀介质中，焊接热影响区往往成为腐蚀的起始点。
残余应力和变形：焊接过程中的热循环会在材料中产生残余应力和变形，对材料的性能和稳定性产生不良影响。
针对焊接热影响区的脆化机理，可以采取一系列防治措施来改善材料的性能，例如优化焊接工艺参数、选择合适的焊接材料、进行焊后热处理等。
这些措施可以有效减小焊接热影响区的范围，降低其对材料性能的不利影响。
晶粒度增大位错密度降低热影响区晶粒长大脆化机理碳化物的析出使得基体中的合金元素减少，进一步削弱了材料的强度和韧性。
热影响区碳化物析出脆化机理基体贫化碳化物析出组织转变：焊接热影响区在经历高温后，可能发生相变或组织转变，如奥氏体向马氏体的转变，导致材料硬度增加，韧性降低。
残余应力：组织转变过程中可能产生残余应力，使得材料在受到外力时更容易发生脆性断裂。
针对以上脆化机理，可以采取以下防治措施01020304冷却速度焊接顺序和焊接方向热输入量焊接工艺参数对热影响区脆化的影响原始组织状态选择合适的焊接电流和电压控制焊接速度采用多层焊优化焊接工艺参数03考虑材料的相容性01选用低氢焊接材料02使用高强度、高韧性材料选用合适的焊接材料去应力退火：通过去应力退火处理，可以消除焊接残余应力，降低热影响区的脆化风险。
正火+回火处理：采用正火+回火处理可以改善热影响区的组织结构，提高其韧性和抗脆化能力。
时效处理：时效处理可以促进热影响区中合金元素的均匀分布，提高材料的抗脆化性能。
综上所述，通过优化焊接工艺参数、选用合适的焊接材料以及进行焊后热处理，可以有效降低焊接热影响区的脆化风险，提高焊接接头的使用性能。
焊后热处理。
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。
热影响区
第三节 焊接热影响区的组织和性能
一、焊接热影响区的组织分布
（一）低碳钢和某些低合金钢（不易淬火钢）的HAZ 可分为四个区（如图4－29所示）
1.熔合区 a.焊缝与母材相邻的部位（温度处于固液相线 之间） b.范围很窄，在化学成分上和组织性能上都 有较大的不均匀性，对焊接接头的强度、 韧性都有很大的影响
1．完全淬火区
a.处于Ac3以上的区域
b.钢的淬硬倾向较大，焊后得到淬火组织（马 氏体） c.靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热 区），晶粒严重长大，得到粗大的马氏体， 相当于正火区的部位得到细小的马氏体
2.不完淬火区
a.母材被加热到Acl～Ac3温度之间的热影响 区
b.原铁素体保持不变，有不同程度的长大， 形成马氏体-铁素体的组织
软化的原因： 焊接具有热处理强化的合金（如Al)时，主要问题 之一就是HAZ软化，降低了焊接接头的力学性能
三、焊接条件下CCT图及其应用
1.图4－23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的 变化图 2.在焊接条件下熔合区附近（Tm=1300～ 1350℃）t8／5冷却时间，可以在图上查出相 应的组织和硬度
3.影响CCT图的因素
（1）母材化学成分的影响 除钴之外，所有固溶于奥氏体的合金元素 都使S曲线向右移，即增加淬硬倾向，并降 低Ms点，其中以碳的影响为最大 （2）冷却速度的影响 a.随着冷却速度的增高，对于Fe－C合金， A1、A3、A cm均移向更低的温度，共析成分 由 C0．83％转为 C0. 4％～ 0.8％ 。 b.马氏体增大滑移的抗力，不均匀切变就会 以孪晶方式进行，马氏体就由条状变为片状
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
焊接热影响区
定义
定义
图1熔焊时在高温热源的作用下，靠近焊缝两侧的一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“热影响区” （Heat Affect Zone），或称“近缝区”（Near Weld Zone）。焊接接头主要是由焊缝和热影区两大部分组成， 其间存在一个过渡区，称为熔合区。因此要保证焊接接头的质量，就必须使焊缝和热影响区的组织与性能同时都 达到要求。随着各种高强钢、不锈钢、耐热钢以及一些特种材料（如铝合金、钛合金、镍合金、复合材料和陶瓷 等）在生产中不断使用，焊接热影响区存在的问题显得更加复杂，已成为焊接接头的薄弱地带。因此，许多国家 研究工作者对焊接热影响区很大的重视。
性能
硬化 脆化
韧化 软化
硬化
焊接热影响区的硬度主要取决于被焊钢种的化学成分和冷却条件，其实质是反映不同金相组织的性能。由于 硬度试验比较方便，因此，常用热影响区的最高硬度HMAX来判断热影响区的性能，它可以间接预测热影响区的韧 性、脆性和抗裂性等。工程中已把热影响区的HMAX作为评定焊接性的重要指标。应当指出，即使同一组织也有不 同的硬度，这与钢的含碳量以及合金成分有关。例如高碳马氏体的硬度可达600HV，而低碳马氏体只有350～ 390HV。
合理制定焊接工艺，正确选择焊接线能量和预热、后热温度是提高焊接热影响区韧性的有效措施。
此外，还有许多能提高焊接热影响区韧性的途径，如近年来发展起来的细晶粒钢（利用微量元素弥散强化、 固熔强化、控制析出相的尺寸及形态等），采用控轧工艺，进一步细化铁素体的晶粒，也会提高材质的韧性。
软化
冷作强化或热处理强化的金属或合金，在焊接热影响区一般均会产生不同程度的失强现象，最典型的是经过 调质处理的高强钢和具有沉淀强化及弥散强化的合金，焊后在热影响区产生的软化或失强。冷作强化金属或合金 的软化，则是由再结晶引起的。热影响区软化或失强对焊接接头力学性能的影响相对较小，但却不易控制。
焊接热影响区的组织和性能变化
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。
35
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，
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
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。
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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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↑。
什么是焊接热影响区？
熔合区是焊缝与母材之间的一个狭窄区域，金属处于部分熔化状态， Байду номын сангаас粒较大，金属的塑性和韧性下降，是焊接接头中的薄弱区域。
在焊接过程中，由于近焊缝区域的母材也受到了电弧热的作用，这部 分母材的组织和性能均要发生变化，这个发生了变化的母材区域，称 为焊缝的热影响区。
焊接物理冶金_第四章 热影响区
图4—17 加热速度对45钢临界点的影响
Ac1k—珠光体转变为奥氏体的开始温度 Ac1j—珠光体转变为奥氏体的结束温度 vH—加热速度（℃/s）；D—奥氏体晶粒尺寸（mm）
图4—8 低碳钢的焊接热影响区特点
I—过热区；II—重结晶区（即正火区）；III—不完全重结晶区 IV—再结晶区； V—母材（冷轧状态）
a) 过热区组织；b) 重结晶区 c) 不完全重结晶区组织 d) 母材组织
图4—14 低碳钢焊接接头各区的V形缺口夏比冲击值的分布示意图
I—过热区；II—正火区（重结晶区）；III—不完全重结晶区；IV—脆化区
2. 易淬火钢焊接热影响区特点（低合金高强钢）
易淬火钢：热轧钢、正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢、 高碳钢等（在焊接条件下）。
易淬火钢的实质是奥氏体稳定，奥氏体连续冷却曲线CCT右 移，淬透性提高（淬硬性）。
合金元素↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑（易淬火） 加热温度↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑（易淬火） 加热速度↑→奥氏体稳定性↓→淬透性↓ 奥氏体晶粒尺寸↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑
冷却速度↑→易淬火
表2-1 几种热轧和正火钢的成分和性能
图4—15 不同奥氏体化温度的CCT图
(钢材w (C) 0.17%和w (Mn) 1.34%) a) 900℃奥氏体化（炉中缓慢连续加热） b) 1300℃奥氏体化（炉中缓慢连续加热）
图4—16 模拟焊接条件下不同加热速度时的CCT图
（45钢，Tmax =1350℃） 实线—升温速度9~10℃/s，由Ac3加热到1350℃的时间40s 虚线—升温速度150℃/s，由Ac3加热到1350℃的时间4.5s
a) 过热区组织；b) 重结晶区（正火区）组织； b) c) 不完全重结晶区（不完全正火区）组织；d) 母材组织
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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：
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。
ห้องสมุดไป่ตู้ 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）
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
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
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
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
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″。
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。
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
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。
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。
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。