金属熔焊原理 第四章 熔合区和焊接热影响区
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
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• 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
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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。
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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。
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三、焊接工艺方法的选用
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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。
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• 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。
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。
熔焊原理第四章
熔池的凝固与焊缝金属的固态相变
一、熔池凝固(一次结晶)的特点 1、熔池的体积小，冷却速度大。平均冷却速度约为 4～100℃/s。 2、熔池的温度分布不均匀，从熔池中心到边缘存在很 大的温度梯度。 3、熔池是在运动的状态下结晶的。熔池液态金属流动 的总趋势是从熔池的头部向尾部流动。 4、焊接熔池凝固以熔化母材为基础。
焊接热影响区
三、 焊接热影响区的组织
☆母材的成分不同，焊接热影响区各点经受的热 循环不同，焊后发生组织和性能的变化也不相同。
1.不易淬火钢热影响区的组织和性能
低碳钢和低合金高强钢(Q345、Q390)
(1)过热区 过热区紧邻熔合区，加热温度范围为 1100～1490℃。由于温度高，奥氏体晶粒严重长大， 冷却后获得晶粒粗大的过热组织，有时，还会出现 魏氏组织。因此，该区塑性和韧性都很低，其韧性 比母材金属低20%～30%，是热影响区中的薄弱环节
焊接热影响区
2、焊接热影响区的脆化
（1）粗晶脆化 由于晶粒严重粗化造成，晶粒尺寸↑脆化↑ 主要原因：过热奥氏体晶粒长大，冷却后形成粗大的 魏氏组织。 措施：小的焊接热输入，加入合金元素，如Ti、Nb、 Mo、V、W、Cr 。 （2）组织脆化 淬火脆化：焊接含碳量和合金元素较高的易淬火钢， 形成马氏体组织。 预防：降低冷却速度。大热输入、预热、后热
熔池的凝固与焊缝金属的固态相变
2、低合金钢焊缝的固态相变组织 低合金钢焊缝固态相变的情况比低碳钢复杂得多， 除铁素体与珠光体转变外，还可能出现贝氏体与马 氏体转变。 母材强度不高时(如Q295、Q345)，焊缝中的碳和合金 元素均接近于低碳钢，焊缝的二次结晶组织通常为 铁素体+珠光体 焊缝中合金元素的种类及数量较多，二次结晶组织可 以是铁素体+贝氏体、铁素体+马氏体或单一的马氏 体
焊接热影响区名词解释
焊接热影响区名词解释
焊接热影响区是指焊缝两侧处于固态的母材受到焊接热循环作用后，发生组织和性能变化的区域。
该区域受到高温和高压的作用，会使母材的晶粒粗化，组织和性能发生变化，从而导致整个焊接接头的薄弱地带。
焊接热影响区的宽度和深度会根据母材的材质、焊接工艺和冷却速度等因素而有所不同。
焊接热影响区的组织和性能变化会影响焊接接头的力学性能、塑性和韧性等性能。
如果焊接热影响区的性能不符合要求，可能会出现裂纹等质量问题。
因此，在焊接过程中，需要控制焊接热影响区的宽窄和深度，以保证焊接接头的质量和性能。
焊接热影响区的研究和探讨是焊接领域的重要课题之一。
随着焊接技术的不断发展，人们对焊接热影响区的研究也越来越深入，包括焊接热影响区的组织演变、性能变化、影响因素等方面的问题。
通过对焊接热影响区的研究和探讨，可以更好地掌握焊接技术，提高焊接接头的质量和性能，为工业发展做出贡献。
焊接物理冶金_第四章 热影响区
图4—7 工业纯钛TA2等离子弧焊时的 热影响区组织特点
a）过热区组织
b）重结晶区组织 c）母材组织
第十九页，编辑于星期六：二十三点 二十七分。
二、有同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点
有晶体结构变化，也有化学成分变化引起的第二相析出。 以Fe-C合金为例，焊接热影响区的组织和性能特点与材料的 淬火倾向有关。 1.不易淬火钢焊接热影响区特点（低碳钢）
a) CCT曲线
b) t8/5对组织与硬度的影响
第五十一页，编辑于星期六：二十三点 二十七 分。
图4—21 16Mn钢气电立焊热影响区组织
a) 过热区组织； b) 正火区组织； c) 不完全重结晶区组织
第五十二页，编辑于星期六：二十三点 二十七 分。
图4—22 16Mn钢焊条电弧焊的角焊缝热影响区组织
第十页，编辑于星期六：二十三点 二十七分。
第十一页，编辑于星期六：二十三点 二十七分。
图4—3 X形坡口纯镍焊接热影响区过热组织
a) 焊接接头示意图 b) 二次过热区（a中1区）组织
c) 一次过热区（a中1区）组织
第十二页，编辑于星期六：二十三点 二十七分。
图4—5 冷轧纯铜焊接热影响区组织
图4—19 不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图
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
第二十三页，编辑于星期六：二十三点 二十七 分。
图4—9 Q235A钢焊接热影响区的组织特点
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
第五页，编辑于星期六：二十三点 二十七分。
二、影响焊接热影响区的主要因素
金属熔焊原理 第四章 熔合区和焊接热影响区
熔焊原理
图4-5 Q345（16Mn）钢热影响区CCT图 （wC=0.16% wSi=0.35% wMn=1.35% wS=0.026% wP=0.014%）
熔焊原理
奥氏体形成温度TA越高、在该温度下的保温时 间τA越长，过冷奥氏体越稳定。
奥氏体化温度TA对CCT图的影响（炉中缓慢加热）
熔焊原理
钢
种 相变点 AC1
250~30 1400~170 250~30 1400~170 40~50 0 0 0 0 790 840 45 60 110
45钢 40Cr 23Mn
730
AC3
AC1 AC3
770
740 780
820
735 775
835
750 800
860
770 850
950
840 940
65
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。
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
第4章_焊接热影响区的组织和性能
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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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本章结束
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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
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(WH)或加热时间 2.加热的峰值温度(Tmax) 3.在高温的停留时间(tH) 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（t8/5）
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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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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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熔焊原理及金属材料焊接
熔焊原理及金属材料焊接什么是焊接：焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。
宏观上焊接的两个特点：1.需要外界能量。
2.焊接结合的不可拆卸性。
微观上的特点：焊接件之间达成原子间的结合。
即就是原来分开的工件，经过焊接后在为微观上形成一个整体。
（两工件间建立了金属键）我们主要学习研究与熔焊有关的基本理论及应用焊接接头示意图：1.焊缝 2.熔合区 3.热影响区 4.母材焊缝：焊接时焊件经过焊接形成的结合部分。
热影响区：母材因受热的影响（但未熔化）而发生组织与力学性能的变化区域叫热影响区。
熔合区：焊缝与热影响之间的过渡区。
第一章焊接区温度的变化1.焊接区温度的变化加热是是实现熔焊的必要条件。
通过对焊件进行局部加热，使焊接区的金属熔化、冷却后形成牢固接头。
但加热也必将引起焊接区金属的成分、组织与性能的变化，其结果必将决定焊接的质量。
上述变化的程度则主要取决于温度变化的情况，。
因此能主动控制焊接质量，首先就应掌握焊接区温度变化的规律，即掌握温度与空间位置和温度与时间的关系。
焊接热源：电弧热、化学热、电阻热、摩擦热、等离子热、电子束、激光束、高频感应热等。
热源的性能不仅影响焊接质量，而且对焊接生产率有着决定性的作用。
理想的焊接热源应该是具有加热面积小、功率密度大、加热温度高等的特点。
2.焊接温度场热量的传导共有对流、对流和辐射三中基本方式。
在熔焊过程中三种方式都存在，热源的热量传递主要通过对流与辐射，母材与焊丝获得热量后在内部的传递则以传导为主。
影响焊接温度场的因素：热源的性质、焊接参数、被焊金属的热物理性能、被焊金属的几何尺寸。
3.焊接热循环：在焊接热源的的作用下，焊件上某一点的温度随时间的变化。
叫做焊接热循环。
焊接热循环讨论的对象是焊件上某一点的温度与时间的关系。
这一关系决定了改点的加热速度、保温时间和冷却速度，对接头的组织与性能都有明显的影响。
影响焊接热循环的基本因素：1.焊接线能量与预热温度2.焊接方法3.焊接尺寸4.接头形式5.焊道长度调整焊接热循环的方法：1.根据被焊金属的成分选择适用的焊接方法2.合理选用焊接参数3.采用预热、保温或缓冷等措施降低冷却速度。
焊接原理焊接热影响区组织和性能
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焊接热影响区的组织和性能
一.焊接热影响区的组织分布
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).熔合区 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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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
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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.
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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
(一)HAZ的硬化 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。
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(二)焊接热影响区的脆化 1)粗晶脆化
焊接接头示意图焊缝熔合区热影响区母材焊接热
3、回火软化区
• 如母材焊前是调质状态，焊接热影响区的组织分布除存在 完全淬火区和不完全淬火区外，还存在一个回火软化区。
• 在回火区内组织和性能发生变化的程度决定于焊前调质的 回火温度Ｔt ：热循环温度低于Ｔt 的部位，其组织性能不 发生变化，而高于Ｔt 的部位，将发生软化现象；
• 若焊前为淬火态，则可获得不同的回火组织。紧靠Ac1的 部位，相当于瞬时高温回火，得到回火索氏体；离焊缝较 远的区域，获得回火马氏体。
一、研究焊接热循环的意义
• 焊件上距热源远近不同的位置，所受到热循环 的加热参数不同，从而会发生不同的组织与性 能变化。
• 研究焊接热循环的意义为： ① 找出最佳的焊接热循环； ② 用工艺手段改善焊接热循环； ③ 预测焊接应力分布及改善热影响区组织与 性能。
二、焊接热循环的参数及特征
• 加热速度ωH
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f o B(d) 2
是低温脆性。一般
来讲，晶粒越粗，
则脆性转变温度越 高。
晶粒直径d对脆性转变温度VTrs的影响
（2）组织脆化
• 焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化 称之组织脆化。
• 对于常用的低碳低合金高强钢，焊接HAZ的 组织脆化主要是M-A组元、上贝氏体、粗大 的魏氏组织等所造成。但对含碳量较高的钢 （一般Ｃ≥0.2％），则组织脆化主要是高碳 马氏体。
太快和太慢都不能产生M-A组元。 • 焊缝和HAZ有M-A组元存在时，会降低接头韧性。
（3）析出脆化
• 析由出于脆焊化接的过机程理目的前快认速为加是热由与于冷析出却物，出其现热以影后， 阻碍响了区位组错织运处动，于使非塑平性衡变态形。难在以进时行效。或若回析火出过物 以弥程散中的，细其颗过粒分饱布和于固晶溶内体或中晶将界，析将出有碳利化于物改、善 韧性氮。化但物以、块金状或属沿间晶化界合以物薄及膜其状分它布亚的稳析定出的物中会 造成间材相料等脆，化使。 材料的强度、硬度和脆性提高
[整理版]焊接各区域分析
![[整理版]焊接各区域分析](https://img.taocdn.com/s3/m/681d04b7b1717fd5360cba1aa8114431b90d8ea8.png)
焊接各区域分析熔焊热源的高温集中熔化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性为熔化焊缝区各点温度变化示意能发生变化。
由于各点与焊缝中心距离不同，所受的最高加热温度不同，相当于对焊接接头区域进行了一次不同规范的热处理，因此焊接接头的各部位会出现不同的组织变化和性能变化。
整个焊接接头由焊缝区、熔合区、热影响区构成。
1、焊缝区焊缝区是在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域，焊缝区（熔焊时，是焊缝表面和熔合线所包围的区域。
焊缝区在冷却过程中以熔合线上局部半熔化的晶粒为核心向内生长，生长方向为散热最快方向，最终成长为柱状晶粒。
晶粒前沿伸展到焊缝中心，呈柱状铸态组织，此种结晶方式称为联生结晶。
联生结晶过程使化学成分和杂质易在焊缝中心区产生偏析，引起焊缝金属力学性能下降，因此焊接时要以适当摆动和渗合金等方式加以改善。
2、熔合区熔合区是焊接接头中焊缝金属向热影响区过渡的区域。
该区很窄，两侧分别为经过完全熔化的焊缝区和完全不熔化的热影响区。
熔合区的加热温度在合金的固液相线之间。
熔合区具有明显的化学不均匀性，从而引起组织不均匀，其组织特征为少量铸态组织和粗大的过热组织，因而塑性差，强度低，脆性大，易产生焊接裂纹和脆性断裂，是焊接接头最薄弱的环节之一。
3、热影响区热影响区是焊缝两侧因焊接热作用没有熔化但发生金相组织变化和力学性能变化的区域。
根据热影响区内各点受热情况的不同，热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。
1）、过热区过热区是指热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。
其加热温度为AC3以上100-200℃至固相线之间。
该区内奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因此塑性和韧性差，也是焊接接头的一个薄弱环节。
对易淬火硬化材料，该区的脆性会更大。
2）、正火区正火区是指热影响区内相当于受到正火热处理的区域。
加热温度为AC3至AC3+（100-200）℃之间。
此温度区间与正火温度区间相同，金属完全发生重结晶，冷却后为均匀而细小的正火组织，力学性能明显改善，该区是焊接接头中组织和性能最好的区域。
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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。
T图的建立：采用焊接热模拟试验装置来 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。
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
这是因为碳化物形成元素的扩散速度很小(比碳 小1000～10000倍)，同时它们本身还阻碍碳的 扩散，因而大大地减慢了奥氏体转变过程。
熔焊原理
加热速度对相变点Ac1和Ac3及其温差的影响
平衡状 态 /℃ 加热速度ω H/（℃· S-1） 6~8 40~50 770 775 AC1与AC3的温差/℃
熔焊原理
熔焊原理
熔焊原理
焊接热影响区组织转变的特点
1.焊接热影响区热循环的特点
与热处理相比，其基本原理相同，又具有焊 接本身的特点（特殊性）： ① 加热温度高 在熔合线附近温度可达l350～l400℃ ② 加热速度快 加热速度比热处理时快几十倍甚至几百倍
③ 高温停留时间短 在Ac3以上保温的时间很短(一般手
熔焊原理
ωH ： 1—1400℃/s；2—270℃/s； 3—35℃/s； 4—7.5℃/s)
焊接快速加热对Ac1、Ac3和晶粒长大的影响
熔焊原理
3.焊接冷却时热影响区的组织转变特点
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。
焊接和热处理时加热及冷却过程的示意图
熔焊原理
图4-5 Q345（16Mn）钢热影响区CCT图 （wC=0.16% wSi=0.35% wMn=1.35% wS=0.026% wP=0.014%）
熔焊原理
奥氏体形成温度TA越高、在该温度下的保温时 间τA越长，过冷奥氏体越稳定。
奥氏体化温度TA对CCT图的影响（炉中缓慢加热）
熔焊原理
熔焊原理
• 熔合区的化学不均匀性，与熔池溶质 原子的性质有关。扩散能力较强的元素还 有可能在浓度梯度的推动下由焊缝向母材 扩散，使化学不均匀性有所缓和。如同一 种钢在焊接时，碳的扩散能力强，在凝固 后仍可以扩散而趋于均匀，完全凝固后没 有明显的偏析；而硫、磷扩散能力弱的元 素，凝固后浓度变化很小，保留了较严重 的偏析，熔合区硫的分布如图4-4所示。
钢
种 相变点 AC1
250~30 1400~170 250~30 1400~170 40~50 0 0 0 0 790 840 45 60 110
45钢 40Cr 23Mn
730
AC3
AC1 AC3
770
740 780
820
735 775
Байду номын сангаас
835
750 800
860
770 850
950
840 940
65
15 25
90
35 75
180
105 165
AC1
AC3
735
830
750
810
770
850
785
890
830
940
35
40
50
80
95
130
30CrMn Si
18Cr2W V
AC1
AC3 AC1 AC3
740
820 710 810
740
790 800 860
775
835 860 930
825
890 930 1020
熔焊原理
• 对于一般钢材来讲，钢中合金元素及杂质在 液相中的溶解度总是大于固相中的溶解度。因此， 在熔池凝固过程中，随着固相的增加，溶质原子 必然要大量地堆积在固相前沿的液相中。这样， 在固-液交界的地方溶质的浓度将发生突变，如图 4-3所示。图中实线表示固-液并存时溶质浓度的 变化，虚线表示熔池完全凝固以后的情况，这说 明了在凝固过程中堆积在固相前沿的液相中溶质， 来不及扩散到液相中心，而将不均匀的分布状态 保留到凝固以后。
熔焊原理
第二节 焊接热影响区（HAZ）：
焊接热影响区的形成
焊接过程中，在形成焊缝的同时不可避免地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焊接热 影响区。
在焊接热循环的作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生组织和性能 变化的区域。
焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材
熔焊原理
第四章 焊接热影响区
• 第一节 焊接熔合区
• 第二节 焊接热影响区
熔焊原理
第一节 焊接熔合区
• 熔合区是焊接接头中焊缝与母材交界的过 渡区。在焊接接头横截面低倍组织图中可 以看到焊缝的轮廓线，如图4-1所示，这就 是通常所说的熔合线。而在显微镜下可以 发现，这个所谓的熔合线实际上是具有一 定宽度的、熔化不均匀的半熔化区。