第4章 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
(完整版)焊接热影响区的组织和性能
图4-37 Hmax与CE的关系
钢种HT50～HT100 板厚25～50mm， E＝17KJ/cm，t8/5＝6.5s
图4-38 Hmax与t8/5及Pcm的关系 钢材：18MnMoNb 板厚16～36mm
t8/5（s)
(2) 析出脆化
图4-47 析出物的间距λ与位错运动及脆性的关系
（三）调质钢HAZ软化
1.调质钢HAZ软化
图4-48 调质钢HAZ的硬度分布 A－焊前淬火＋低温回火 B－焊前淬火＋高温回火 C－焊前退火
图4-49
图4-50
2.热处理强化合金焊接HAZ软化
Thanks
国产低合金钢公式
（二）焊接热影响区脆化
1. 粗晶脆化
晶粒长大影响因素：
化学成分、组织状态、加热温度、时间
碳化物形成元素：Ti、Nb、Mo、V、W
lg( D 4
D04 )
2 lg E
l
0.129
/E 1.587
10 3
92.64
焊接HAZ晶粒尺寸与焊接线能量的关系
图4-41 碳锰钢HAZ的脆化分布
24 16 15 20
5
A(C) 0.75 0.25tgh[20(C 0.12)]
（4-24)
适用于 C含量0.034～0.254％范围内的钢 A（C)－碳的适应系数
2. 碳当量及冷却时间t8/5与HAZ最高硬度Hmax的关系
Hmax＝1274Pcm＋45
Hmax＝559CE＋100
图4-36 Hmax与Pcm的关系
埋弧自动焊 电渣焊
氧乙炔气焊 真空电子束焊
各区的平均尺寸（mm）
四、焊接热影响区(2010)
1 熔合区（半熔化区）
焊缝与母材相邻的部位，是液－ 固相结合的部位。化学成分、组织、 性能非常不均匀，是产生裂纹、脆性 破坏的发源地。
t8/5：焊缝从800℃冷却到500℃所用的时间；
t8/3：焊缝从800℃冷却到300℃所用的时间；
t100：焊缝从Tm冷却到100℃所用的时间。
影响焊接热影响区的冷却速度的因素（1）
（1）被焊金属的热物理性质： 金属的导热系数越大，冷却速 度就越快。 （2）钢板的厚度： 钢板的尺寸越大、越厚，冷 却速度就越快（图5－66）。但板厚 超过25mm后，冷却速度趋于一 定值。
焊接热影响区的最新划分方法（图4－35）
表 4— 12 部位(名称) 完全混合区
焊缝及热影响区新的划分及建议 所包括的范围(定义) 现在通用的划分 填充金属与母材金属完全均匀混合形 成化学成分均一的焊缝金属 焊缝金属 焊缝金属的外侧部分，母材金属与填 充金属不完全混合的地方 明显的完全熔化边界 熔合区 焊缝边界的外侧母材部分，晶粒边界 有不同程度的熔化(0％~100％) 固相母材发生组织变化的区域 热影响区
（3）钢板的初始温度对HAZ冷却速度的影响
初始温度越高，冷却速度越慢（图5－67）。
预热对减缓600℃以下的冷 却速度特别显著，是控制淬硬 组织、避免产生冷裂纹的重要 手段。
（4）焊接规范对HAZ冷却速度的影响 HAZ的冷却速度受焊接电流、电弧 电压、焊接速度等的影响，冷却速度随 着焊接线能量的增加而降低（图5－68）。 焊接接头的形状对冷却速度也有影 响。角焊缝、 T 字接头的冷却速度比对 接焊缝的冷却速度要快得多。 调整焊接线能量、预热、缓冷等措 施都可以降低焊缝的冷却速度。
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
改善焊接热影响区的组织和性能
任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.3任务实施
熔合区的主要特征如下。 1.化学不均匀性 通过了解熔合区的形成可以知道，熔合区的范围非常小，加热和冷却都
比较溶质元素不能充分扩散，会呈现出严重的化学不均匀性。 一般来说，钢中的合金元素及杂质在固相中的溶解度都小于在液相中的
项目四 改善焊接热影响区的组织和性 能
1 任务4. 1 掌握熔合区的特征 2 任务4. 2 分析焊接热影响区的组织 3 任务4. 3 改善焊接热影响区的性能
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任务4.1 掌握熔合区的特征
4.1.1任务描述
熔合区是焊缝和母材的交界处，通过了解熔合区的形成过程，分析熔合 区的特征，明确熔合区是焊接接头中薄弱的环节之一。
℃ -200 ℃ 。而在焊接时，近缝区熔合线附近可接近金属的熔点，对于 低碳钢和低合金钢来讲，一般都在1 350℃左右。 (2)加热的速度快。一般热处理条件下，为了保证工件整体受热均匀，加 热速度比较缓慢。而焊接时，热源就集中在熔池周围，故加热的速度比 热处理时要快得多，往往超过几十倍甚至几百倍。表4-1给出了不同焊 接方法的加热速度。
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任务4. 2 分析焊接热影响区的组织
(3)局部加热。热处理时工件是在放在炉中整体均匀加热的。而焊接时是 局部集中加热，并且随热源的移动，被加热的范围也随之移动。正是这 种局部集中加热和热源移动，造成加热速度快，冷却速度也快;还造成了 热影响复杂的应力状态。
(4)高温停留时间短。在热处理条件下，可以根据工件要求和工艺需要对 保温时间任意控制。焊接时在Ac3以上保温的时间很短，一般焊条电弧 焊为4~20s，埋焊时为30~100 s。
4.1.2相关知识
一、熔合区的概念 焊缝与母材之间不是一条简单的熔合线，而是由一个区域构成，这个区
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。
金属焊接热影响区的组织和性能
45钢
40Cr
ωH ： 1—1400℃/s；2—270℃/s； 3—35℃/s； 4—7.5℃/s)
ωH ：1—1600℃/s；2—300℃/s； 4—42℃/s； 5—7.2℃/s
焊接快速加热对Ac1、Ac3和晶粒长大的影响
化的可能性增大。
提高初始温度 T0（预热温度），也会在一定程度上延长高温 停留时间 tH。
三、焊接热循环参数的计算
冷却速度： 厚板
薄板
C
2(TCT0)2
E
冷却时间：
C 2c(T(CET)02)3
厚板
薄板
E 1
1
t852500T0800T0
t85(4 E c)2501 T 002801 T 002
冷却速度ωc随着线能量E和初始温度T0的提高而降低， 冷却时间随着线能量E和初始温度T0的提高而延长。 母材的热物理性质、焊件的形状、尺寸、接头型式、焊道的长度及层数都
二、焊接热循环的参数及特征
三、焊接热循环参数的计算
数值模拟——是指用一组控制方程来描述一个过程的基本参数 变化关系； 利用数值方法求解，以获得该过程定量的结果。
根据焊接传热理论建立了许多描述焊接传热过程的数学 模型(包括焊接热循环参数)。
随着计算机的发展和普及，计算机的容量日益增大，计 算速度也越来越快，过去难以用分析方法求解的非线性问题现 在可以在计算机上用数值方法迎刃而解。
2、短段多层焊接热循环
短段多层焊——就是每层的焊缝长度较短 (约 50～400mm )，还未等前一层焊缝冷却 到较低温度（如Ms点）就开始了下一层的焊接。
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
焊接热影响区的组织和性能变化
10
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。
17
➢ 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。
20
（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。
21
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。
15
➢ 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。
焊缝及其热影响区的组织和性能
24
七、改善焊缝组织的途径
1.凝固组织形态对性能的影响 生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、夹杂、热裂 都有影响
2.焊缝金属的性能的改善措施 ①固溶、细晶等强化和变质处理 加入Mo、V、Ti、Zr、Al、B、N、稀土Te等 ②振动结晶 机械振动、高频超声振动、电磁振动 ③焊接工艺 焊后处理、热处理、多层焊、锤击、跟踪回火等。
20
2、低合金钢 （1）多以F+P为主，有时出现B及M,与焊材及工艺有关。 （2）铁素体（F）转变 ①粒界F（高温转变900-700℃）：为先共析F,由奥氏 体晶界析出向晶内生长，呈块状 ②侧板条F（700-550℃）：由奥氏体晶界形核，以板 条状向晶内生长（由于F形成温度较高，F内含碳极 低，故又称为无碳贝氏体） ③针状F（500℃附近）：大都非自发形核，在奥实体 内形成 ④细晶F （500℃以下）：奥氏体晶内形成，有细晶元素
18
2.熔合区的化学不均匀性
①熔合区的形成
母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区
熔合区熔化不均（传热、晶粒散热）
②熔合区成分分布
在液相中的溶解度>在固相中的溶解度
故：固相浓度 界面
液相浓度
C0 - C´
C0 + C´
分配取决于扩散系数和分配系数，特别是
S、P、C、B、O、N等
熔合区还存在物理不均匀（组织、性能）
Pcm
C
Si 30
Mn
Cu 20
Cr
Ni 60
Mo 15
V 10
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
二、焊接(hànjiē)热循环
在焊接热源作用(zuòyòng)下，焊件上某点的 温度随时间变化的过程称为焊接热循环。
焊接热循环是针对焊件上某个具体的 点而言的，当热源向该点靠近时。该 点的温度随之升高直到达到最大值， 随着热源离开，温度又逐渐降低至室 温，该过程可用一条曲线来表示。
焊接热循环曲线
共十九页
一、熔合区的组织和性能
熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。该区范围很窄，甚至 在显微镜下也很难分辨。过热组织(overheatedstructure）是钢材内部(nèibù)缺陷之一，钢因加热温度超过Ac3很多或在高
温下停留时间很长而形成的以晶粒粗大为特征的金属组织。
熔合区温度处于铁碳合金状态图中固相线和液相线之间。该区金属处于部分熔化状 态（半熔化区）， 晶粒非常粗大， 冷却后组织为粗大的过热组织， 塑性、韧性很差。 由于熔合区具有明显的化学不均匀性及组织不均匀性， 所以往往是焊接接头产生裂纹或 局部脆性破坏的发源地，是焊接接头中性能最差的区域。
魏氏组织widmanstattenstructure?区焊接热影响中的过热区由于奥氏体晶粒长得非常粗大这种粗大的奥氏体在较快的冷却速度下会形成一种特殊的过热组织其组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体渗碳体针片在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为珠光体这种过热组织称为铁素体渗碳体魏氏组织
• 区焊接热影响中的过热区，由于奥氏体晶粒长得非常粗大，这种粗大的奥氏 体在较快的冷却速度下会形成一种特殊的过热组织，其组织特征为在一个粗 大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体(渗碳体)针片，在铁素体针片之 间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种过热组织称为铁素体(渗碳体)魏氏 组织。
焊接冶金学(基本原理)习题
焊接冶金学（基本原理）习题名词解释: 焊接冶金过程碳当量韧性长(短)段多层焊药皮重量系数绪论影响温度场的因素?1.试述焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？7.什么是焊接，其物理本质是什么？8.焊接冶金研究的内容有哪些第一章焊接化学冶金焊条金属的平均熔化速度熔焊方法的保护方式?碱度1.焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？2.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？6.手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？7.氢对焊接质量有哪些影响？8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？9. 综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。
10.今欲制造超低氢焊条（[H]<1cm3/100g）,问设计药皮配方时应采取什么措施？11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？12.保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？14.测得熔渣的化学成分为：CaO41.94%、28.34%、23.76%、FeO5.78%、7.23%、3.57%、MnO3.74%、4.25%，计算熔渣的碱度和，并判断该渣的酸碱性。
15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？18. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。
改善焊接热影响区的组织和性能
任务4. 2 分析焊接热影响区的组织
(3)局部加热。热处理时工件是在放在炉中整体均匀加热的。而焊接时是 局部集中加热，并且随热源的移动，被加热的范围也随之移动。正是这 种局部集中加热和热源移动，造成加热速度快，冷却速度也快;还造成了 热影响复杂的应力状态。
(4)高温停留时间短。在热处理条件下，可以根据工件要求和工艺需要对 保温时间任意控制。焊接时在Ac3以上保温的时间很短，一般焊条电弧 焊为4~20s，埋焊时为30~100 s。
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任务4.1 掌握熔合区的特征
在异种材料焊接或同种材料焊接但采用不同填充材料时，这种成分不均 匀现象可能会更加明显。因此，化学成分不均匀是熔合区最大的特征， 从而引起熔合区组织和性能的不均匀，甚至导致焊接缺欠的产生。
2.物理不均匀性 在不平衡的加热和冷却条件下，熔合区会发生空位及位错等结晶缺陷的
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任务4.1 掌握熔合区的特征
熔合区的范围非常窄，在正常电弧条件下，低碳钢和低合金钢的宽度为 0. 133~0. 50 mm，奥氏体不锈钢的宽度为0. 06~0. 12 mm。
二、熔合区的组成 熔合区是由半熔化区和未混合区组成，如图4-1所示。 半熔化区的特征是焊缝与母材未熔化晶粒相互渗透交错存在，半熔化区
异种钢焊接时，焊接接头应力分布复杂。
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任务4. 2 分析焊接热影响区的组织
4. 2. 1任务描述
通过了解焊接热影响区的形成，焊接热影响区热循环的特点，加热和冷 却时组织转变的特点，分析焊接热影响区的组织变化，为改善热影响区 的力学性能打下基础。
4.2.2相关知识
一、焊接热影响区热循环的特点 在焊接或切割过程中，母材因受热作用(但未熔化)而发生金相组织和力
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§4-1 焊接热循环
焊接热循环:在焊接热流作用时,焊件上某 一点P的温度随时间的变化过程叫作焊接 热循环.
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
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二.特点
1.加热温度高:热处理加热温度以上100-
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3.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.
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二.焊接热影响区的性能
硬度
为了方便起见,常常用硬度的变化来判定 热影响区的性能变化,硬度高的区域,强度 也高,塑性.韧性下降,测定热影响区的硬 度分布可以间接来估计热影响区的强度, 塑性和裂纹倾向影响硬度的因素。
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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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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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。
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1).熔响合区区的（组产生织裂分纹布）
2).过热区 （真空电子束、激光焊该区小） 3).相变重结晶区（正火区1100-Ac3，细小的珠
母材
过热 区
16Mn钢焊接热 影响区
不完全重结晶区
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2.易淬火钢30CrMnSi 18MnMoNb 45
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 (Ac3以上) 2).不完全淬火区 （Ac1-Ac3，马氏体-铁素体的组 织） 3).对于调质处理的钢(母材焊前处于调质状态) （低于Ac1）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.例如，焊前调质时的回火温度为T1，低 于此温度的部位不发生变化，而高于此温度的 部位，组织性能将发生变化，出现软化现象。
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
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多层焊主要考虑焊道层数和层间温度。 层间温度：多层焊时，开始焊接后--焊层 时前--层焊道所具有的最低温度即为层间 温度。
对后一焊道面言，前一焊道具有预 热作用，层间温度相当开预热温度；对前 一焊道来说，后一焊道相当开预热温度； 对前一焊道来说，后一焊道应该起后热作 用，产生一定热处理效果。
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影响CCT图的因素有
(一)母材化学成分 (二)冷却速度（相变温度；碳化物降低
奥氏体的稳定） (三)峰值温度 （使过冷奥氏体稳定性加
大；晶粒粗化） (四)晶粒粗化（不利于奥氏体的转变） (五)应力应变 （切应力促进马氏体转变）
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本节结束
焊接热影响区的组织和性能
一.焊接热影响区的组织分布
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三.连续冷却组织转变图的应用
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:在大量钢种出现之前,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. t8-5时间
光体和铁素体，塑韧性好） 4).不完全重结晶区 （Ac1-Ac3之间,部分重结晶，
部分未能融入奥氏体的铁素体，成为粗大的 铁素体。晶粒大小不一，组织不均匀） 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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焊缝金属
熔合区
15Leabharlann 一、快速加热的金属组织转变特点
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
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本节结束
二、多层焊接热循环
1.长段多层焊接热循环 长段焊道差不多在1m以上，这样焊完第一层再 焊第二层时，第一层焊缝基本上冷却到100200℃以下
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2.短段多层焊接热循环（50-400mm）
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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：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
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:
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)CCT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
200℃
2.加热速度快: 是热处理加热速度的几十
倍甚至几百倍
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。
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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: 热处理时,工件是在炉中
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。