四、焊接热影响区(2010)
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焊件热影响区硬度压痕实验-概述说明以及解释
焊件热影响区硬度压痕实验-概述说明以及解释1.引言1.1 概述焊件热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）是指在焊接过程中，热输入使得母材在焊接接头附近发生明显的热变形区域。
在这个区域内，材料会经历高温冷却过程，从而导致其组织结构和性能发生不可逆的变化。
焊件热影响区的特点主要表现在以下几个方面：1. 显微组织变化：在焊接热影响区域，由于高温作用，晶粒尺寸发生明显增大，过共晶相或晶间化合物的生成等组织结构变化也会出现。
这些变化对焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能产生一定影响。
2. 硬度变化：焊件热影响区的硬度通常会发生显著改变。
在焊接过程中，由于材料受到高温和快速冷却的影响，原本均匀的晶粒结构会发生变化，导致硬度发生溶化和回火效应。
因此，了解焊件热影响区硬度的变化情况，对评估焊接接头的质量和性能具有重要意义。
3. 残余应力：焊接热影响区的热变形会导致残余应力的产生。
这些应力可能会对焊接接头产生负面影响，如裂纹和变形等。
因此，对焊件热影响区内残余应力的研究，对于提高焊接接头的可靠性和安全性具有重要作用。
本文旨在通过实验研究焊件热影响区的硬度变化情况。
通过进行硬度压痕实验，我们可以定量地评估焊件热影响区的硬度值，并分析其变化规律。
实验结果的分析将有助于我们深入了解焊件热影响区的性质和影响因素，为焊接接头的质量控制和工程应用提供可靠的依据。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整个文章章节的简要介绍和每个章节的主要内容概述。
根据给定的目录，可以如下编写文章1.2 "文章结构"的内容。
在本文中，将围绕着焊件热影响区硬度压痕实验展开讨论。
文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将通过概述焊件热影响区的定义和特点，引发对该区域硬度变化的研究兴趣。
同时，我们会给出本文的目的，即通过硬度压痕实验来探究焊件热影响区的硬度变化规律。
在正文部分，将着重探讨焊件热影响区的定义和特点，明确其在焊接过程中的形成机制和性质。
(完整版)焊接热影响区的组织和性能
钢种HT50～HT100 板厚25～50mm， E＝17KJ/cm，t8/5＝6.5s
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）
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）
金属熔焊原理 第四章 熔合区和焊接热影响区
920
980 1000 1120
35
45 60 70
85
100 130 160
180
190 200 260
熔焊原理
２）加热速度对Ａ均质化影响 A均质化过程属于扩散过程，而焊接加 热速度快、相变以上停留时间短，都不利 于扩散,因而匀质化程度差。 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。
工电弧焊约为4～20s，埋弧焊时30～l00s)
④ 自然冷却 （个别情况下进行焊后保温缓冷）
⑤ 局部加热
熔焊原理
2.焊接加热时热影响区的组织转变特点
１）加热速度对相变点的影响
焊接过程的快速加热，将使各种金属的相变温 度比起等温转变时大有提高。当钢中含有较多 的碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb 等)时，这一影响更为明显。
熔焊原理
焊接接头的熔合区
图4-2 熔合区晶粒熔化情况
熔焊原理
• 焊接熔合区的主要特征是存在着严重的化 学不均匀性和物理不均匀性，这是成为焊 接接头中的薄弱地带的主要原因。
图4-3 固液界面溶质浓度的分布 图4-4 上行数据的条件：E=11.76kJ/cm 下行数据的条件：E=23.94kJ/cm
对45钢来说，TA提高使钢中的C全部溶入奥氏体， 组织很均匀且明显粗化，从而使A分解时的成核 率降低，孕育期加长，所以曲线右移。 而在40Cr钢中，由于含有碳化物形成元素Cr， 在快速加热高温停留时间短时，碳化铬来不及 分解仍保留在A中。这样使奥氏体中溶解的碳化 铬减少，而使其稳定性下降，同时保留下来的 碳化铬质点还可成为新相得晶核，提高了A的分 解时的成核率，其结果是缩短了孕育期，CCT 图曲线左移。
焊接第五章 焊接热影响区
3—电渣焊(板厚100～300mm)
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
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
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。
金属焊接热影响区的组织和性能
见图，45钢奥氏体晶粒开始长大温度低，高温区晶粒粗大； 40 Cr奥氏体晶粒开始长大温度高，高温区晶粒小。
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。
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。
焊缝和热影响区 冲击功
焊缝和热影响区冲击功
焊缝是焊接过程中形成的连接部分，而热影响区（Heat-Affected Zone，简称HAZ）则是焊缝周围由于受到加热引起温度和力学性能发生改变的区域。
这两个部分的特性和性质在焊接工艺、材料性能、质量控制等方面都具有重要的意义。
冲击功是评价材料韧性和抗冲击性能的一个重要参数。
在焊接过程中，焊接接头的冲击功变化是检验焊接质量好坏的一个重要指标。
一般来说，冲击功越高，表示材料的韧性越好，抗冲击性能也越好，焊接质量也越高。
具体来说，在焊接中，焊缝和热影响区的冲击功往往比母材低，这是由于焊接过程中焊缝和热影响区的组织结构发生改变，导致材料的性能下降。
因此，为了确保焊接可靠性和机械强度，需要对焊接接头的冲击功进行评估和控制。
同时，在焊接材料的选择和设计中也需要考虑焊接接头的冲击功特性，以保证其满足实际使用要求。
焊缝与热影响区
成分、组织极不均匀，组织粗大。性能很差， 对接头性能影响显著。
12
不同焊接方法HAZ区尺寸大小
13
焊接接头的性能
（1）焊缝金属的力学性能 影响焊缝金属力学性能的因素有：焊接材料 (焊条、焊丝、焊剂、保护气体)及母材的化学成 分、焊接方法及焊接工艺参数、焊件的尺寸及 冷却速度、焊缝金属的塑性变形等。 焊接工艺参数。
8
根据加热时组织的变化可以将HAZ分为以下几个区域： （1）部分相变区（不完全重结晶区）：AC1~AC3
组织不均，性能不均匀
9
（2）细晶区（相变重结晶区）：AC3~TKS
组织细小均匀，塑性韧性好
10
（3）粗晶区（过热区）：TKS ~Tm
组织粗大，塑性、韧性差，强度变化不大。
11
（4）熔合区（过热区）：液相线与固相线之间
常有咬边等缺陷，导致应力集中，使塑性和韧 性降低，所以该区常成为接头最薄弱环节。
易淬火钢：形成脆硬淬火组织； 不易淬火钢：粗大组织或过热的魏氏组织。
19
400C附近存在缺口效应，主要是由于钢中 的C、N、O等元素引起时效现象而造成的。
解决办法是采用焊后热处理。
20
21
14
（2）HAZ的力学性能 与母材化学成分和焊接工艺参数有关。 HAZ的硬度在熔合线附近达到最大，距 离熔合线越远，硬度接近于母材。
15
焊缝及HAZ硬度分布
16
HAZ力学性能
通过焊接热力模拟机模拟 焊接热循环对母材组织和性能 的影响得出。
17
HAZ韧性分布
18
（3）HAZ脆化 在HAZ粗晶区和400C附近有两个韧性谷区。 粗晶区晶粒粗大且在焊缝与母材的过渡地带
5
在焊接过程中，离开焊缝不同距离的母材 上的各点，它们被加热的最高温度不同。影响 到母材组织和性能。焊缝两侧受焊接加热的影 响，发生了组织和力学性能变化的母材部分称 为焊接热影响区（HAZ）。焊缝与热影响区合 称焊接接头。
12
不同焊接方法HAZ区尺寸大小
13
焊接接头的性能
（1）焊缝金属的力学性能 影响焊缝金属力学性能的因素有：焊接材料 (焊条、焊丝、焊剂、保护气体)及母材的化学成 分、焊接方法及焊接工艺参数、焊件的尺寸及 冷却速度、焊缝金属的塑性变形等。 焊接工艺参数。
8
根据加热时组织的变化可以将HAZ分为以下几个区域： （1）部分相变区（不完全重结晶区）：AC1~AC3
组织不均，性能不均匀
9
（2）细晶区（相变重结晶区）：AC3~TKS
组织细小均匀，塑性韧性好
10
（3）粗晶区（过热区）：TKS ~Tm
组织粗大，塑性、韧性差，强度变化不大。
11
（4）熔合区（过热区）：液相线与固相线之间
常有咬边等缺陷，导致应力集中，使塑性和韧 性降低，所以该区常成为接头最薄弱环节。
易淬火钢：形成脆硬淬火组织； 不易淬火钢：粗大组织或过热的魏氏组织。
19
400C附近存在缺口效应，主要是由于钢中 的C、N、O等元素引起时效现象而造成的。
解决办法是采用焊后热处理。
20
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14
（2）HAZ的力学性能 与母材化学成分和焊接工艺参数有关。 HAZ的硬度在熔合线附近达到最大，距 离熔合线越远，硬度接近于母材。
15
焊缝及HAZ硬度分布
16
HAZ力学性能
通过焊接热力模拟机模拟 焊接热循环对母材组织和性能 的影响得出。
17
HAZ韧性分布
18
（3）HAZ脆化 在HAZ粗晶区和400C附近有两个韧性谷区。 粗晶区晶粒粗大且在焊缝与母材的过渡地带
5
在焊接过程中，离开焊缝不同距离的母材 上的各点，它们被加热的最高温度不同。影响 到母材组织和性能。焊缝两侧受焊接加热的影 响，发生了组织和力学性能变化的母材部分称 为焊接热影响区（HAZ）。焊缝与热影响区合 称焊接接头。
焊接热影响区的组织
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。
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）
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：
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
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。
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。
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。
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）
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：
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
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。
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。
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。
热影响区
二、焊接热循环的形式
（一）长段多层焊焊接热循环 1. 长段多层焊：每道焊缝的长度较长（一般1m以上），焊 完第一层再焊第二层时，第一层已基本冷至较低的温度 （一般在100～200℃以下），其特点是相邻各层之间有依 次热处理的作用 ，不适用于淬硬倾向较大的钢种 2.焊接热循环的变化如图4－17所示。
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
（二）短段多层焊焊接热循环
1.短段多层焊：每道焊缝长度较短（约为 50～ 400mm），未等前层焊缝冷却到较 低温度（如 Ms点）就开始焊接下一道焊 缝，其特点是后焊一层对先焊层具有缓冷 作用，可以防止焊接接头产生淬硬组织， 适于焊接晶粒易长大而又易于淬硬的钢种 2.短段多层焊的热循环如图 4－18所示
（三）焊接热影响区的韧化
1. 通过母材的合金化方式和组织状态提高 HAZ的韧性 2.采用焊后热处理来改善HAZ的韧性 3.控制焊接线能量
（四）调质钢焊接HAZ的软化问题
1.调质钢焊接时HAZ的软化
软化的原因： 焊接加热温度超过工件原始调质温 度。 软化或失强最大的部位是在峰值温度为Acl附近
2.热处理强化合金焊接HAZ的软化
• 由图4－21、图4－22和表4－9可以看出，45 钢在焊接条件下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。 • 相反，40Cr钢在焊接条件下的CCT曲线比热 处理条件下的CCT曲线向左移动，也就是在 同样冷却速度下焊接时比热处理时的淬硬倾 向小。
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
金属熔焊原理第四章 熔合区和焊接热影响区
对45钢来说，TA提高使钢中的C全部溶入奥氏体， 组织很均匀且明显粗化，从而使A分解时的成核 率降低，孕育期加长，所以曲线右移。
而在40Cr钢中，由于含有碳化物形成元素Cr， 在快速加热高温停留时间短时，碳化铬来不及 分解仍保留在A中。这样使奥氏体中溶解的碳化 铬减少，而使其稳定性下降，同时保留下来的 碳化铬质点还可成为新相得晶核，提高了A的分 解时的成核率，其结果是缩短了孕育期，CCT 图曲线左移。
熔焊原理
两点结论：
1、焊接热循环的特点，决定了在研究热影 响区金属连续冷却转变时应该用焊接条件 下特定的连续冷却转变曲线。 （焊接条件下的组织转变不仅与等温转变 不同，也与热处理条件下的连续冷却组织 转变不同 ）
2、焊接加热特点对过冷奥氏体稳定性的影 响因钢的化学成分不同而异。
熔焊原理
焊接CCT图
200
V
AC3
810 860 930 1020
1120
70
160
260
熔焊原理
２）加热速度对Ａ均质化影响
A均质化过程属于扩散过程，而焊接加 热速度快、相变以上停留时间短，都不利 于扩散,因而匀质化程度差。 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。
1400~170 0
40~50
250~30 0
1400~170 0
45钢
AC1
730 770 775 790
840
45 60
110
AC3 770 820 835 860
950
65 90
180
40Cr
AC1
740 735 750 770
84015 351来自5AC3 780 775 800 850
而在40Cr钢中，由于含有碳化物形成元素Cr， 在快速加热高温停留时间短时，碳化铬来不及 分解仍保留在A中。这样使奥氏体中溶解的碳化 铬减少，而使其稳定性下降，同时保留下来的 碳化铬质点还可成为新相得晶核，提高了A的分 解时的成核率，其结果是缩短了孕育期，CCT 图曲线左移。
熔焊原理
两点结论：
1、焊接热循环的特点，决定了在研究热影 响区金属连续冷却转变时应该用焊接条件 下特定的连续冷却转变曲线。 （焊接条件下的组织转变不仅与等温转变 不同，也与热处理条件下的连续冷却组织 转变不同 ）
2、焊接加热特点对过冷奥氏体稳定性的影 响因钢的化学成分不同而异。
熔焊原理
焊接CCT图
200
V
AC3
810 860 930 1020
1120
70
160
260
熔焊原理
２）加热速度对Ａ均质化影响
A均质化过程属于扩散过程，而焊接加 热速度快、相变以上停留时间短，都不利 于扩散,因而匀质化程度差。 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。
1400~170 0
40~50
250~30 0
1400~170 0
45钢
AC1
730 770 775 790
840
45 60
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AC3 770 820 835 860
950
65 90
180
40Cr
AC1
740 735 750 770
84015 351来自5AC3 780 775 800 850
焊缝及其热影响区的组织和性能
②高碳马氏体（片状马氏体） 形态：马氏体较粗大，往往贯穿整个奥氏体晶 粒，使以后形成的马氏体片受到阻碍 形成机理：孪晶
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
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。
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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
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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
的最高温度 TA—相变温度 tA—相变温度以上停留的时间
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。
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。
焊接热影响区名词解释
焊接热影响区名词解释
焊接热影响区是指在焊接过程中，热输入会引起金属的显微组织和性能发生变化的区域。
焊接热影响区一般可分为三个不同的区域：
•熔化区：焊接电弧或激光束直接作用的区域，金属在此区域会被熔化。
•热影响区（HAZ）：相对于熔化区来说，没有被完全熔化的区域，但温度升高，在此区域内会发生组织和性能的变化。
•熔合区（FZ）：熔化的金属与母材之间的交界区域，其组织由母材与熔化金属相互混合形成。
焊接热影响区的形成主要受到焊接过程中的热输入和冷却速率的影响。
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一、焊接热影响区的组织分布 距焊缝中心不同距离的热影响 区经历了不同的热循环，因而出现 不同的组织。 对于不易淬火的低碳钢和低合 金钢焊缝，焊接热影响区按组织变 化可分为四个区（图4－29）。
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。
图4-19（45钢）
1-1600℃/s；2- 270 ℃/s ；3- 35 ℃/s
焊接时加热过程组织转变的特点（2） 由于P体和F体向A体转变属于扩散性重结晶，需要孕育期， 所以加热速度快也不利于A体均质化。 对于含有碳化物合金元素的钢（Cr、W、Mo、V等），快 速加热使碳化物来不及溶入A体中，造成成分不均匀。 A体的不均匀将影响到冷却过程的组织转变。
二、 冷却过程的组织转变CCT图（1） 由于焊接与热处理的热循环特点不同 （图 4－20） ，所以即 使在同样的冷却条件下获得的组织也不一样（表4－9）。
表 4-9 钢 种 45 钢 焊接及热处理条件下的组织百分比 冷却速度 (℃／s) 4 18 30 60 组 织 铁素体 马氏体 5 (10) l (3) l (1) 0 (0) 0 90 92 98 (0) (27) (69) (98) (％) 珠光体及 中间组织 95 (90) 9(70) 7 (30) 2 (2)
影响MW-CCT图的因素（1） 1 母材化学成分的影响 除钴外，所有合金元素都使S 曲线右移，即增加淬硬倾向。 2 冷却速度的影响 随着冷却速度的增加，A1线 下移，可形成伪共析组织。
影响MW-CCT图的因素（2）
3 峰值温度的影响 峰值温度越高，曲线右 移，奥氏体越稳定，但晶粒 越粗大。
最高加 热温度
（1） 碳当量 Ceq或CE（Carbon Equivalent）
把钢中合金元素，按其对淬硬的影响程度折合成碳的相 当含量。
碳当量是评定材料可焊性的重要指标之一。计算碳当量 常用的公式见表4－14。
表 4—14 常用的碳当量公式 C 1 l 1 1 1 1 S — 1/30 1/24 1/25 — 1/24 Mn 1/6 1/20 1/6 1/16 1/6 1/6 Cu 1/15 1/20 — 1/16 1/40 1/15 Ni 1/15 1/60 1/40 1/60 1/20 1/20 Cr 1/5 1/20 1/5 1/20 1/10 1/5 Mo 1/5 1/15 1/4 1/40 1/10 1/5 V 1/5 1/10 1/14 1/15 — 1/5 B — 5 — — — 5
焊接热循环的主要参数（2） 2 加热的最高温度（Tm）
Tm越高，晶粒越粗大，而且焊接冶 金反应速度越快。 3 相变温度以上停留的时间（tH）
tH包括加热时停留的时间t＇和冷却 时停留的时间t＇＇
tH ＝ t‘+ t’‘
热处理的 热循环
tH越长，越有利于奥氏体均质化。 但晶粒也越易长大。
焊接热循环的主要参数（3）
不易淬火钢的焊接热影响区 焊接热影响区的大小与焊接方法、焊接线能量、板的厚 度以及焊接工艺等有关（表4－10*）。
表 4—10 不同焊接方法热影响区的平均尺寸 各区的平均尺寸 (mm) 总 宽 (mm) 过 热 相变重结晶 不完全重结晶 0.8~1.2 0.8~1.7 0.7~1.0 2.3~4.0 2.2~3.0 1.5~2.5 2.2~3.0 6.0~8.5 18~20 5.0~7.0 2.0~3.0 25~30 21 4.0 2.0 27.0 — — — 0.05~0.75
一、 焊接时加热过程组织转变的特点（1） 由于焊接加热速度快，造成 AC1 和 AC3 线上移，偏离平衡位 置。加热速度越快，两线之间的距离越宽（图4－19，表4－8）。
表 4-8 加热速度对相变点 Ac1 与 Ac3 温差的影响 平衡状态 钢 种 相变点 Acl 45 钢 Ac3 AC1 与 AC3 温差 ／℃) 730 770 40 6~8 770 820 50 加热速度ω H(℃／s) 40~50 775 835 60 250~300 790 860 70 1400~1700 840 950 90
2
不完全淬火区（1）
加热温度在 Ac3 ～Ac1 之间的热影 响区， P 、 B 、 S （索氏体）等转变为 A体，但F体很少溶入 A体。在随后的 快速冷却后，转变的 M 体和未转变的 F体形成F+M共混组织（图4－33）。
不完全淬火区（2）
如果含碳量和合金含量不高或冷 却速度较小时，也可能出现S体和P体。 如果母材在焊前是调质状态，此 时焊接热影响区的组织和性能还取决 于焊前调质回火温度。高于回火温度 的部位将出现软化现象。
影响MW-CCT图的因素（3）
4 晶粒粗化影响 奥氏体晶粒不仅在加热时长大， 在高温冷却时也长大。
影响MW-CCT图的因素（4）
T （ ℃）
5 应力应变的影响 焊接时不可避免产生各种应 力和应变。有拉伸应力时会明显 降低奥氏体的稳定性，使CCT曲 线向左上方偏移。
第三节 焊接热影响区的组织和性能
2 短段多层焊
短段多层焊（50～400mm） 是在第一道焊缝仍处于高温时， 进行第二道焊接（图4－18）。 短段多层焊适于焊接晶粒易 长大而又易于淬硬的钢种，尤 其是用于铸铁补焊。
பைடு நூலகம்
第二节 焊接热影响区的组织转变 与热处理加热进行比较（图4－ 20） ，焊接（热影响区）加热具有： 加热温度高、加热速度快、高温停 留时间短、自然冷却和局部加热等 特点。 焊接加热特点必然造成焊接 区域的组织、性能等的不均匀性 和复杂化。
4 冷却速度（ω C）和冷却时间（t8/5、t8/3、t100） ω C是决定焊接HAZ组织和性能 的主要参数。 由于冷却速度的非线性，所以常 用在某一温度范围内的平均冷却速度， 如图4－5的C点速度。
热处理的 热循环
焊缝冷却速度和冷却时间
焊缝冷却速度（ ω C）也可以用焊缝在某一温度范围内的 冷却时间来表示，如
2 过热区 加热温度在固相线至1100℃的区 域。此区金属因过热造成晶粒粗大， 易生成魏氏组织（图4－30），韧性较差， 容易产生脆化或裂纹。
熔合区和过热区是焊接接头最薄 弱的部位。
3 相变重结晶区（正火区）
金属被加热到1100℃以下Ac3以上， 发生重结晶（F和P全部转变成A）， 冷却后获得细P和F体。
4
不完全重结晶区
加热温度在Ac3～Ac1之间，只 有部分组织发生相变重结晶。转变 的部分冷却后成为晶粒细小的F体和 P体；未转变的F体成为粗大F体。 所以该区组织不均匀，力学性能也 不均匀。
如果母材在焊接前进行过冷加工， 那么加热温度在Ac1～300℃区域还 会发生再结晶过程和应变时效过程。
16Mn钢埋弧自动焊的热影响区组织特征（图4－31）
焊接方法 手弧焊 埋弧自动焊 电渣焊 氧乙炔气焊 真空电子束焊
易淬钢的焊接热影响区的组织和性能
对于焊接淬硬倾向较大的钢，焊接 热影响区的组织与母材焊前热处理状态 有关。若母材焊前是正火或退火状态， 则焊接热影响区有完全淬火区、不完全 淬火区和回火区。
1 完全淬火区
若加热温度在 Ac3 以上，靠近熔合 区，因温度过高，冷后得到粗大M体。 如 果 加 热 温 度 在 正 火 区 （Ac3+50℃），可获得细小M体。根据 冷却速度和线能量的不同，可能出现贝 氏体或M + B。
热处理的 热循环
焊接热循环
不同的焊接方法，其焊接热循环的特点也不同（图4－4）。
一、 焊接热循环的主要参数（1）
焊接热循环的主要参数包括： 1 加热速度（ω H） 焊接加热速度比热处理加热速 度快得多（见表4－1）。 ω H 过快使相变温度提高，并 造成奥氏体均匀化和碳化物溶解都 不充分。
热处理的 热循环
焊接热影响区的组织
在焊接条件下，热影响区的复杂性远高于常规热处理，即 使是低碳钢，焊接热影响区的组织也比较复杂（看图4－34）。
部 位 加热温度范围 焊 缝 ＞1500 1400~1250 熔合区 1250~1100 及过热区 1100~900 相变重结晶 900~730 不完全重结晶 时效脆化区 (亚热影响区) 母 材 730~300 300~室温 组织特征及性能 铸造组织柱状树枝晶 晶粒粗大，可能出现魏氏组织，塑性不好 粗晶与不均匀晶粒合并，塑性差 晶粒细化，力学性能良好 粗大铁索体和细小的珠光体，铁素体力学性 能不均匀 由于热应力及脆化物析出，经时效而产生脆 化现象，在显微镜下观察不到组织上的变化 没有受到热影响的母材部分 位置 1 2 3 4 5
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。
图4-19（45钢）
1-1600℃/s；2- 270 ℃/s ；3- 35 ℃/s
焊接时加热过程组织转变的特点（2） 由于P体和F体向A体转变属于扩散性重结晶，需要孕育期， 所以加热速度快也不利于A体均质化。 对于含有碳化物合金元素的钢（Cr、W、Mo、V等），快 速加热使碳化物来不及溶入A体中，造成成分不均匀。 A体的不均匀将影响到冷却过程的组织转变。
二、 冷却过程的组织转变CCT图（1） 由于焊接与热处理的热循环特点不同 （图 4－20） ，所以即 使在同样的冷却条件下获得的组织也不一样（表4－9）。
表 4-9 钢 种 45 钢 焊接及热处理条件下的组织百分比 冷却速度 (℃／s) 4 18 30 60 组 织 铁素体 马氏体 5 (10) l (3) l (1) 0 (0) 0 90 92 98 (0) (27) (69) (98) (％) 珠光体及 中间组织 95 (90) 9(70) 7 (30) 2 (2)
影响MW-CCT图的因素（1） 1 母材化学成分的影响 除钴外，所有合金元素都使S 曲线右移，即增加淬硬倾向。 2 冷却速度的影响 随着冷却速度的增加，A1线 下移，可形成伪共析组织。
影响MW-CCT图的因素（2）
3 峰值温度的影响 峰值温度越高，曲线右 移，奥氏体越稳定，但晶粒 越粗大。
最高加 热温度
（1） 碳当量 Ceq或CE（Carbon Equivalent）
把钢中合金元素，按其对淬硬的影响程度折合成碳的相 当含量。
碳当量是评定材料可焊性的重要指标之一。计算碳当量 常用的公式见表4－14。
表 4—14 常用的碳当量公式 C 1 l 1 1 1 1 S — 1/30 1/24 1/25 — 1/24 Mn 1/6 1/20 1/6 1/16 1/6 1/6 Cu 1/15 1/20 — 1/16 1/40 1/15 Ni 1/15 1/60 1/40 1/60 1/20 1/20 Cr 1/5 1/20 1/5 1/20 1/10 1/5 Mo 1/5 1/15 1/4 1/40 1/10 1/5 V 1/5 1/10 1/14 1/15 — 1/5 B — 5 — — — 5
焊接热循环的主要参数（2） 2 加热的最高温度（Tm）
Tm越高，晶粒越粗大，而且焊接冶 金反应速度越快。 3 相变温度以上停留的时间（tH）
tH包括加热时停留的时间t＇和冷却 时停留的时间t＇＇
tH ＝ t‘+ t’‘
热处理的 热循环
tH越长，越有利于奥氏体均质化。 但晶粒也越易长大。
焊接热循环的主要参数（3）
不易淬火钢的焊接热影响区 焊接热影响区的大小与焊接方法、焊接线能量、板的厚 度以及焊接工艺等有关（表4－10*）。
表 4—10 不同焊接方法热影响区的平均尺寸 各区的平均尺寸 (mm) 总 宽 (mm) 过 热 相变重结晶 不完全重结晶 0.8~1.2 0.8~1.7 0.7~1.0 2.3~4.0 2.2~3.0 1.5~2.5 2.2~3.0 6.0~8.5 18~20 5.0~7.0 2.0~3.0 25~30 21 4.0 2.0 27.0 — — — 0.05~0.75
一、 焊接时加热过程组织转变的特点（1） 由于焊接加热速度快，造成 AC1 和 AC3 线上移，偏离平衡位 置。加热速度越快，两线之间的距离越宽（图4－19，表4－8）。
表 4-8 加热速度对相变点 Ac1 与 Ac3 温差的影响 平衡状态 钢 种 相变点 Acl 45 钢 Ac3 AC1 与 AC3 温差 ／℃) 730 770 40 6~8 770 820 50 加热速度ω H(℃／s) 40~50 775 835 60 250~300 790 860 70 1400~1700 840 950 90
2
不完全淬火区（1）
加热温度在 Ac3 ～Ac1 之间的热影 响区， P 、 B 、 S （索氏体）等转变为 A体，但F体很少溶入 A体。在随后的 快速冷却后，转变的 M 体和未转变的 F体形成F+M共混组织（图4－33）。
不完全淬火区（2）
如果含碳量和合金含量不高或冷 却速度较小时，也可能出现S体和P体。 如果母材在焊前是调质状态，此 时焊接热影响区的组织和性能还取决 于焊前调质回火温度。高于回火温度 的部位将出现软化现象。
影响MW-CCT图的因素（3）
4 晶粒粗化影响 奥氏体晶粒不仅在加热时长大， 在高温冷却时也长大。
影响MW-CCT图的因素（4）
T （ ℃）
5 应力应变的影响 焊接时不可避免产生各种应 力和应变。有拉伸应力时会明显 降低奥氏体的稳定性，使CCT曲 线向左上方偏移。
第三节 焊接热影响区的组织和性能
2 短段多层焊
短段多层焊（50～400mm） 是在第一道焊缝仍处于高温时， 进行第二道焊接（图4－18）。 短段多层焊适于焊接晶粒易 长大而又易于淬硬的钢种，尤 其是用于铸铁补焊。
பைடு நூலகம்
第二节 焊接热影响区的组织转变 与热处理加热进行比较（图4－ 20） ，焊接（热影响区）加热具有： 加热温度高、加热速度快、高温停 留时间短、自然冷却和局部加热等 特点。 焊接加热特点必然造成焊接 区域的组织、性能等的不均匀性 和复杂化。
4 冷却速度（ω C）和冷却时间（t8/5、t8/3、t100） ω C是决定焊接HAZ组织和性能 的主要参数。 由于冷却速度的非线性，所以常 用在某一温度范围内的平均冷却速度， 如图4－5的C点速度。
热处理的 热循环
焊缝冷却速度和冷却时间
焊缝冷却速度（ ω C）也可以用焊缝在某一温度范围内的 冷却时间来表示，如
2 过热区 加热温度在固相线至1100℃的区 域。此区金属因过热造成晶粒粗大， 易生成魏氏组织（图4－30），韧性较差， 容易产生脆化或裂纹。
熔合区和过热区是焊接接头最薄 弱的部位。
3 相变重结晶区（正火区）
金属被加热到1100℃以下Ac3以上， 发生重结晶（F和P全部转变成A）， 冷却后获得细P和F体。
4
不完全重结晶区
加热温度在Ac3～Ac1之间，只 有部分组织发生相变重结晶。转变 的部分冷却后成为晶粒细小的F体和 P体；未转变的F体成为粗大F体。 所以该区组织不均匀，力学性能也 不均匀。
如果母材在焊接前进行过冷加工， 那么加热温度在Ac1～300℃区域还 会发生再结晶过程和应变时效过程。
16Mn钢埋弧自动焊的热影响区组织特征（图4－31）
焊接方法 手弧焊 埋弧自动焊 电渣焊 氧乙炔气焊 真空电子束焊
易淬钢的焊接热影响区的组织和性能
对于焊接淬硬倾向较大的钢，焊接 热影响区的组织与母材焊前热处理状态 有关。若母材焊前是正火或退火状态， 则焊接热影响区有完全淬火区、不完全 淬火区和回火区。
1 完全淬火区
若加热温度在 Ac3 以上，靠近熔合 区，因温度过高，冷后得到粗大M体。 如 果 加 热 温 度 在 正 火 区 （Ac3+50℃），可获得细小M体。根据 冷却速度和线能量的不同，可能出现贝 氏体或M + B。
热处理的 热循环
焊接热循环
不同的焊接方法，其焊接热循环的特点也不同（图4－4）。
一、 焊接热循环的主要参数（1）
焊接热循环的主要参数包括： 1 加热速度（ω H） 焊接加热速度比热处理加热速 度快得多（见表4－1）。 ω H 过快使相变温度提高，并 造成奥氏体均匀化和碳化物溶解都 不充分。
热处理的 热循环
焊接热影响区的组织
在焊接条件下，热影响区的复杂性远高于常规热处理，即 使是低碳钢，焊接热影响区的组织也比较复杂（看图4－34）。
部 位 加热温度范围 焊 缝 ＞1500 1400~1250 熔合区 1250~1100 及过热区 1100~900 相变重结晶 900~730 不完全重结晶 时效脆化区 (亚热影响区) 母 材 730~300 300~室温 组织特征及性能 铸造组织柱状树枝晶 晶粒粗大，可能出现魏氏组织，塑性不好 粗晶与不均匀晶粒合并，塑性差 晶粒细化，力学性能良好 粗大铁索体和细小的珠光体，铁素体力学性 能不均匀 由于热应力及脆化物析出，经时效而产生脆 化现象，在显微镜下观察不到组织上的变化 没有受到热影响的母材部分 位置 1 2 3 4 5