焊接热影响区的脆化机理及防治措施ppt课件
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焊接热影响区的组织和性能ppt课件
E—至焊缝轴线25 mm
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5
• 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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13
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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14
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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15
三、焊接工艺方法的选用
2
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。
10
• 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。
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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
2
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。
《四焊接热影响区》PPT模板课件
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。
焊接方法
各区的平均尺寸 (mm) 过 热 相变重结晶 不完全重结晶
手弧焊 埋弧自动焊 电渣焊 氧乙炔气焊 真空电子束焊
0.8~1.2 2.2~3.0 18~20
21 —
0.8~1.7 1.5~2.5 5.0~7.0
4.0 —
0.7~1.0 2.2~3.0 2.0~3.0
2.0 —
总宽 (mm)
2.3~4.0 6.0~8.5 25~30
四焊接热影响区
（Excellent handout training template）
焊接热影响区（HAZ：heat affected zone）
焊接接头包括焊缝和焊接热影响区（图4－1） 。
HAZ也叫近缝区，是焊缝熔合区与母材被加热之间的区域, 是焊接接头最薄弱的部分（图4－2）。
第一节 焊接热循环
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 焊接及热处理条件下的组织百分比
钢 冷却速度
组织
种 (℃／s) 铁素体 马氏体
(％) 珠光体及 中间组织
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
（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。
焊接方法
各区的平均尺寸 (mm) 过 热 相变重结晶 不完全重结晶
手弧焊 埋弧自动焊 电渣焊 氧乙炔气焊 真空电子束焊
0.8~1.2 2.2~3.0 18~20
21 —
0.8~1.7 1.5~2.5 5.0~7.0
4.0 —
0.7~1.0 2.2~3.0 2.0~3.0
2.0 —
总宽 (mm)
2.3~4.0 6.0~8.5 25~30
四焊接热影响区
（Excellent handout training template）
焊接热影响区（HAZ：heat affected zone）
焊接接头包括焊缝和焊接热影响区（图4－1） 。
HAZ也叫近缝区，是焊缝熔合区与母材被加热之间的区域, 是焊接接头最薄弱的部分（图4－2）。
第一节 焊接热循环
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 焊接及热处理条件下的组织百分比
钢 冷却速度
组织
种 (℃／s) 铁素体 马氏体
(％) 珠光体及 中间组织
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
金属熔焊原理ppt第四章熔合区和焊接热影响区
熔焊原理
1.焊接热影响区的硬化
母材的淬硬倾向（内因）
HAZ的硬度 高低取决于
化学成分 HAZ的冷却速度（外因）
焊接规范
熔焊原理
图4-9 相当于20Mn钢的焊接HAZ的硬度分布
熔焊原理
一般情况下，随着硬度上升，钢的塑性、韧性 下降，抗裂能力减弱。因此，热影响区中硬度最 高的部位往往就是接头中的薄弱环节，而且最高 硬度值越高，接头的综合力学性能就越低，产生 裂纹等缺陷的可能性就越大。
对大多数钢来说，最高硬度值大都出现在熔合 线附近的热影响区处，掌握一个钢种焊接热影响 区最高硬度的大小，对于预测其接头的力学性能 及开裂的倾向有重要意义。
熔焊原理
热影响区的最高硬度值可通过实测确定，也可根 据钢材的化学成分估算。最常用的办法是利用碳 当量公式。
碳当量：把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬 （包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相 当含量。 反映钢中化学成分对硬化程度的影响，
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 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
熔焊原理
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。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施PPT课件
M-A组元中的马氏体一般为高碳马氏体，容易引 发微裂纹。随着M-A组元数量的增多，韧脆转变
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4 组织脆化
温度将显著升高。因此，在HAZ内出现M-A组元将 会导致HAZ韧性降低，引起脆化。
M-A组元引发裂纹的可能微观机制有四种:
①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹;
②相邻块状M-A组元间的残余拉应力相互叠加，有助 于微裂纹的产生;
随非平衡条件下形成的粗晶脆化程度更为严重。
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4
2 粗晶脆化（CGHAZ）
例如，对于不易淬火刚，粗晶脆化主要是由于 晶粒长大，甚至形成粗大的魏氏体组织；对于 易淬火刚，则主要是由于产生脆硬的孪晶马氏 体所致。
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3 析出相脆化
对于某些金属或合金，在焊接冷却过程中，或是在 焊后回火或时效过程中，从过饱和固溶体中析出氮 化物、碳化物或金属间化合物时，引起金属或合金 脆性增大的现象，称为析出相脆化。
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4 组织脆化
（1）M-A组元脆化
M-A组元一般是在中等冷却速度下形成。在焊接 冷却过程中，奥氏体不断向铁素体转变，碳及合 金元素向未转变的奥氏体中扩散，造成奥氏体的 碳浓度不断增加，在随后的冷却过程中，这些高 碳奥氏体转变成高碳马氏体与残余奥氏体组成的 岛状组织即M-A组元，有时M-A组元中的马氏体 也包含低碳板条马氏体。
例如，AlN在晶界析出，Ti（C,N）在晶内析出， 都呈块状形式。这种状态的第二相会严重阻碍位 错的运动，从而导致过热区的脆化。若Fe3C沿晶 界呈薄膜状析出，或形成粗大碳化物，也会导致 脆化。
在快速冷却条件下，若碳、氮化合物来不及析出， 则在焊后回火或时效过程中也可能产生脆化（如 回火脆化）。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施专项文档
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
优选焊接热影响区的脆化机理及防 治措施
1 HAZ的脆化
定义：
HAZ脆化是热影响区在焊接热循环作用下所发生的塑性、 韧性严重下降的现象。
分类：
粗晶脆化、析出相脆化、组织转变脆化、热应变脆化、氢 脆化和石墨脆化等。
2 粗晶脆化（CGHAZ）
焊接粗晶热影响区处在焊缝和母材的过渡区域。
HAZ的热应变脆化多数属于动应变时效脆化所引起，通常所说的“蓝脆性”就属于动应变时效脆化现象。 例如，AlN在晶界析出，Ti（C,N）在晶内析出，都呈块状形式。 ①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; M-A组元是一种脆硬性组织，其存在一定程度上导致HAZ韧性降低，这一点毋庸置疑。
例如，AlN在晶界析出，Ti（C,N）在晶内析出， 若Fe3C沿晶界呈薄膜状析出，或形成粗大碳化物，也会导致脆化。
①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹;
则在焊后回火或时效过程中也可能产生脆化（如 ④ M-A组元的变形导致其与基体分离而引发微裂纹。
HAZ脆化是热影响区在焊接热循环作用下所发生的塑性、韧性严重下降的现象。
回火脆化）。 在冷却过程中，由于溶解度的降低，这些碳、氮化合物将再次发生沉淀。
①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; ①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; M-A组元中的马氏体一般为高碳马氏体，容易引发微裂纹。 M-A组元一般是在中等冷却速度下形成。 所谓“组织遗传”是指厚板结构钢多层焊时，若第一焊道的HAZ粗晶区位于第二焊道的正火区(相变重结晶区)或两相区晶区的组织仍保 留粗晶组织和结晶学的位向关系。
4 组织脆化
温度将显著升高。因此，在HAZ内出现M-A组元将 会导致HAZ韧性降低，引起脆化。
M-A组元引发裂纹的可能微观机制有四种: ①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; ②相邻块状M-A组元间的残余拉应力相互叠加，有助
优选焊接热影响区的脆化机理及防 治措施
1 HAZ的脆化
定义：
HAZ脆化是热影响区在焊接热循环作用下所发生的塑性、 韧性严重下降的现象。
分类：
粗晶脆化、析出相脆化、组织转变脆化、热应变脆化、氢 脆化和石墨脆化等。
2 粗晶脆化（CGHAZ）
焊接粗晶热影响区处在焊缝和母材的过渡区域。
HAZ的热应变脆化多数属于动应变时效脆化所引起，通常所说的“蓝脆性”就属于动应变时效脆化现象。 例如，AlN在晶界析出，Ti（C,N）在晶内析出，都呈块状形式。 ①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; M-A组元是一种脆硬性组织，其存在一定程度上导致HAZ韧性降低，这一点毋庸置疑。
例如，AlN在晶界析出，Ti（C,N）在晶内析出， 若Fe3C沿晶界呈薄膜状析出，或形成粗大碳化物，也会导致脆化。
①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹;
则在焊后回火或时效过程中也可能产生脆化（如 ④ M-A组元的变形导致其与基体分离而引发微裂纹。
HAZ脆化是热影响区在焊接热循环作用下所发生的塑性、韧性严重下降的现象。
回火脆化）。 在冷却过程中，由于溶解度的降低，这些碳、氮化合物将再次发生沉淀。
①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; ①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; M-A组元中的马氏体一般为高碳马氏体，容易引发微裂纹。 M-A组元一般是在中等冷却速度下形成。 所谓“组织遗传”是指厚板结构钢多层焊时，若第一焊道的HAZ粗晶区位于第二焊道的正火区(相变重结晶区)或两相区晶区的组织仍保 留粗晶组织和结晶学的位向关系。
4 组织脆化
温度将显著升高。因此，在HAZ内出现M-A组元将 会导致HAZ韧性降低，引起脆化。
M-A组元引发裂纹的可能微观机制有四种: ①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; ②相邻块状M-A组元间的残余拉应力相互叠加，有助
《钢焊接脆性断裂》课件
使用先进的焊接设备和测试仪器 ，确保实验结果的准确性和可靠
性。
实验结果与分析
实验结果
通过观察和测试，发现高碳钢在焊接过程中容易出现脆性断裂现象，而低碳钢 的焊接性能较好。
结果分析
高碳钢的脆性断裂可能与材料内部的微裂纹、碳化物的分布以及焊接过程中的 温度变化等因素有关。低碳钢的焊接性能较好可能与材料内部的微观结构、碳 含量较低以及较好的塑韧性有关。
。
焊接工艺
焊接过程中的热输入、冷却速度等 工艺参数控制不当，可能导致材料 脆化。
结构应力
焊接过程中产生的残余应力、外部 应力等可能导致材料脆性断裂。
影响因素
01
02
03
温度
低温环境下，材料的脆性 增加，容易发生脆性断裂 。
应变速率
应变速率越高，材料的脆 性越明显，越容易发生脆 性断裂。
加载方向
材料的脆性断裂与加载方 向有关，不同方向的加载 可能导致不同的断裂行为 。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
钢焊接脆性断裂的实验 研究
实验材料与方法
实验材料
选择高碳钢和低碳钢作为研究对 象，确保材料的质量和性能符合
实验要求。
实验方法
采用焊接方法将高碳钢和低碳钢 进行连接，观察并记录焊接过程 中的变化，以及焊接后材料的性
能表现。
实验设备
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
《钢焊接脆性断裂》 ppt课件
目录
CONTENTS
• 钢焊接脆性断裂概述 • 钢焊接脆性断裂的机理 • 钢焊接脆性断裂的实验研究 • 钢焊接脆性断裂的数值模拟 • 钢焊接脆性断裂的预防与控制 • 总结与展望
性。
实验结果与分析
实验结果
通过观察和测试，发现高碳钢在焊接过程中容易出现脆性断裂现象，而低碳钢 的焊接性能较好。
结果分析
高碳钢的脆性断裂可能与材料内部的微裂纹、碳化物的分布以及焊接过程中的 温度变化等因素有关。低碳钢的焊接性能较好可能与材料内部的微观结构、碳 含量较低以及较好的塑韧性有关。
。
焊接工艺
焊接过程中的热输入、冷却速度等 工艺参数控制不当，可能导致材料 脆化。
结构应力
焊接过程中产生的残余应力、外部 应力等可能导致材料脆性断裂。
影响因素
01
02
03
温度
低温环境下，材料的脆性 增加，容易发生脆性断裂 。
应变速率
应变速率越高，材料的脆 性越明显，越容易发生脆 性断裂。
加载方向
材料的脆性断裂与加载方 向有关，不同方向的加载 可能导致不同的断裂行为 。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
钢焊接脆性断裂的实验 研究
实验材料与方法
实验材料
选择高碳钢和低碳钢作为研究对 象，确保材料的质量和性能符合
实验要求。
实验方法
采用焊接方法将高碳钢和低碳钢 进行连接，观察并记录焊接过程 中的变化，以及焊接后材料的性
能表现。
实验设备
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
《钢焊接脆性断裂》 ppt课件
目录
CONTENTS
• 钢焊接脆性断裂概述 • 钢焊接脆性断裂的机理 • 钢焊接脆性断裂的实验研究 • 钢焊接脆性断裂的数值模拟 • 钢焊接脆性断裂的预防与控制 • 总结与展望
焊接热影响区的脆化 (2)
LD2铝合金HAZ的软化现象 (HR为表面洛氏硬度) (自动TIG焊)
0 3
WORK REPORT
焊接热影响区的性能控制
√控制焊接工艺过程 √改善母材的焊接性能
针对不同母材焊接热影响区的性能变化分析， 合理制定焊接工艺，包括：
• 选择焊接线能量
• 预热与缓冷
控制焊接 热循环
控制HAZ 组织
•
焊后热处理（正火、调质、去应力退火）
焊接热影响区的组织与性能
不同材料的焊接热影响区及热影响区的不同部位都 会发生程度不同的材料脆化。
修改人：XXX 时 间：2018.12.02
焊接热影响区的脆化
WORKREPORT
目录
焊接热影响区的软化
WORKREPORT
焊接热影响区的性能控制
WORKREPORT
0 1
WORK REPORT
焊接热影响区的脆化
概念
组织转变脆化 概念：焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的 脆化称之组织脆化。
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。
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。
M - A 组元
代用名 代用名 代用名 代用名
优点与缺点 析出脆化的机理目前认为是 由于析出物出现以后，阻碍 了位错运动，使塑性变形难 以进行。若析出物以弥散的 细颗粒分布于晶内或晶界， 将有利于改善韧性。但以块 状或沿晶界以薄膜状分布的 析出物会造成材料脆化。
热应变时效脆化 产生应变时效脆化的原因
主要是由于应变引起位错增殖，焊接热循环时，碳、 氮原子析集到这些位错的周围形成所谓Cottrell气团，对 位错产生钉扎和阻塞作用而使材料脆化。
金属焊接热影响区的组织和性能(精品PPT)
加热速度ωH/（℃·S-1）
AC1与AC3的温差/℃
/℃ 6~8 40~50 250~300 1400~1700 40~50 250~300 1400~1700
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
2、奥氏体均质化程度降低、局部晶粒严重长大
加热速度越快，相变以上停留时间越短，对已形成的奥氏体的均质化过程越不利，均质化程 度越差。
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。
第十九页，共七十六页。
19
45钢
40Cr
ωH ： 1—1400℃/s；2—270℃/s； 3—35℃/s； 4—7.5℃/s)
980
45 100
190
18Cr2WV AC1
710 800 860 930
1000
60 130
200
AC3
810 860 930 1020
1120
17
一、焊接(hànjiē)过程的特殊性
与热处理条件相比，焊接热循环的特点： ① 加热温度高
热处理：Ac3以上100~200℃
焊 接：近缝区熔合区接近(jiējìn)熔点〔低碳钢、低合金钢为1350℃〕
② 加热速度快 热处理：随热处理炉缓慢升温〔几度~几十度/S〕 焊 接：采用的热源强烈集中，比热处理快几十到几百倍〔手弧焊：200~1000 ℃/s〕
840
15
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
焊接热影响区脆化机理的研究进展
近年来，随着材料科学和焊接技术的发展，对焊接热影响 区脆化机理的研究逐渐深入，包括温度场分布、相变行为
、元素扩散等。
防治措施的探索与实践
针对焊接热影响区脆化现象，研究者们尝试了多种防治措 施，如优化焊接工艺、选用合适的焊接材料、预热和后热
处理等。
研究展望
深入研究焊接热影响区脆化的微观机制
组织脆化
总结词
组织脆化是由于焊接过程中材料内部组织结构的变化引起的脆化现象。
详细描述
在焊接过程中，由于温度变化和材料熔化，导致焊缝及其附近区域的组织结构发 生改变，如出现脆性相、组织粗大等，这些变化使得材料脆性增加，易发生脆断 。组织脆化的程度与焊接工艺、材料种类和焊接前材料状态等因素有关。
氢脆化
组织转变
焊接过程中，热影响区的材料会经历奥氏体化、铁素体化和珠光体化的相变过程。这些相 变过程会导致材料的晶体结构和化学成分发生变化，从而引起脆化。
氢的扩散和聚集
焊接过程中，氢会从熔融的焊缝中扩散到热影响区，并在那里聚集。氢的聚集会导致材料 的脆化，因为氢可以与材料中的其他元素结合形成氢化物，这些氢化物通常具有较低的断 裂强度和韧性。
多层多道焊接
采用多层多道焊接技术，减少每层的线能量输入 ，降低热影响区的温度峰值。
材料选择与处理
01
选用韧性好的材料
选择具有较好韧性和抗脆化性能 的材料，以提高焊接接头的韧性 。
02
焊前材料预处理
03
焊后材料处理
对材料进行预处理，如消除应力 、除锈等，以减小焊接过程中的 应力集中和脆化倾向。
对焊接接头进行必要的处理，如 打磨、抛光等，以提高其表面质 量和抗脆化性能。
针对焊接热影响区的脆化问题，应从优化焊接工艺、改善材料性能和 加强焊接过程控制等方面入手。
近年来，随着材料科学和焊接技术的发展，对焊接热影响 区脆化机理的研究逐渐深入，包括温度场分布、相变行为
、元素扩散等。
防治措施的探索与实践
针对焊接热影响区脆化现象，研究者们尝试了多种防治措 施，如优化焊接工艺、选用合适的焊接材料、预热和后热
处理等。
研究展望
深入研究焊接热影响区脆化的微观机制
组织脆化
总结词
组织脆化是由于焊接过程中材料内部组织结构的变化引起的脆化现象。
详细描述
在焊接过程中，由于温度变化和材料熔化，导致焊缝及其附近区域的组织结构发 生改变，如出现脆性相、组织粗大等，这些变化使得材料脆性增加，易发生脆断 。组织脆化的程度与焊接工艺、材料种类和焊接前材料状态等因素有关。
氢脆化
组织转变
焊接过程中，热影响区的材料会经历奥氏体化、铁素体化和珠光体化的相变过程。这些相 变过程会导致材料的晶体结构和化学成分发生变化，从而引起脆化。
氢的扩散和聚集
焊接过程中，氢会从熔融的焊缝中扩散到热影响区，并在那里聚集。氢的聚集会导致材料 的脆化，因为氢可以与材料中的其他元素结合形成氢化物，这些氢化物通常具有较低的断 裂强度和韧性。
多层多道焊接
采用多层多道焊接技术，减少每层的线能量输入 ，降低热影响区的温度峰值。
材料选择与处理
01
选用韧性好的材料
选择具有较好韧性和抗脆化性能 的材料，以提高焊接接头的韧性 。
02
焊前材料预处理
03
焊后材料处理
对材料进行预处理，如消除应力 、除锈等，以减小焊接过程中的 应力集中和脆化倾向。
对焊接接头进行必要的处理，如 打磨、抛光等，以提高其表面质 量和抗脆化性能。
针对焊接热影响区的脆化问题，应从优化焊接工艺、改善材料性能和 加强焊接过程控制等方面入手。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
01
选择适当的焊接电流和电压，避免过高的热量输入，降低焊接
热影响区的范围和程度。
速度，减少焊接热影响区的停留时间，有助于减
轻脆化倾向。
采用合适的焊接方法
03
根据具体材料和结构要求，选择适合的焊接方法，如气体保护
焊、埋弧焊等，以减小热影响区的脆化风险。
选用合适的焊接材料
选择低氢焊接材料
热影响区碳化物析出脆化机理
碳化物析出
在焊接热循环作用下，热影响区中的 碳元素容易与合金元素结合形成碳化 物，导致材料韧性显著降低。
基体贫化
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。
热影响区组织转变脆化机理
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，如马氏体转变等，这些转变会使 得材料硬度增加，韧性降低。
焊接完成后进行适当的后 热处理，可以消除残余应 力，改善组织结构，降低 脆化风险。
表面处理
对焊接接头进行喷丸、碾 压等表面处理，可以提高 表面层的压缩应力，减轻 脆化现象。
其他防治措施
控制材料质量
严格控制原材料的化学成分、力 学性能等指标，确保材料的质量
稳定，降低脆化倾向。
引入合金元素
通过合金化手段，在焊接材料中加 入适量的合金元素，以改善组织性 能，提高抗脆化能力。
焊接热影响区的脆 化机理及防治措施
目录
• 焊接热影响区概述 • 焊接热影响区的脆化机理 • 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
01
CATALOGUE
焊接热影响区概述
焊接热影响区的定义
• 焊接热影响区是指焊接过程中，由于焊接热源的作用，使得材 料在焊接接头两侧的一定范围内经受了热循环的作用，从而发 生了组织和性能变化的区域。
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5 热应变时效脆化
定义：在制造焊接结构的过程中，不可避免地要
进行各种加工，如下料、剪切、弯曲变形、气割、 矫形、锤击、焊接和其他热加工等程序。有这些 加工引起的局部应变、塑性应变对焊接HAZ脆化 有很大的影响，由此而引起的脆化称为热应变时 效脆化。
分类：
（1）静应变时效脆化
防止或消除M-A组元和遗传脆化，应制定严格的焊
接工艺参数:焊前预热温度选MS+50~80 ˚C，层间温
度不低于马氏体转变点MS，以避免在焊缝和热影响 区产生非平衡的淬火组织，焊后应进行紧急后热及
调质处理。
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6 防治措施
对于不同的材料进行焊接，要防止脆化也必须制 定相应的措施。但是，简言之，大概分为以下几 个方面：
其典型组织特征是，在晶粒周围或亚晶界上出现 成串非连续分布的等轴细晶，此外过热的粗晶组 织基本上保留了加热前的大小和形貌。
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4 组织脆化
“组织遗传”引起脆化的原因是晶粒粗大、M-A 组元的产生以及孪晶马氏体的增加。
总之， 不管是M-A组元脆化还是“组织遗传”脆 化，脆化原因与M-A组元的存在密切相关。M-A 组元是一种脆硬性组织，其存在一定程度上导致 HAZ韧性降低，这一点毋庸置疑。
焊接热影响区的脆化机 理及防治措施
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1 HAZ的脆化
定义：
HAZ脆化是热影响区在焊接热循环作用下所发生的塑性、 韧性严重下降的现象。
分类：
粗晶脆化、析出相脆化、组织转变脆化、热应变脆化、氢 脆化和石墨脆化等。
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2 粗晶脆化（CGHAZ）
焊接粗晶热影响区处在焊缝和母材的过渡区域。 焊接过程中，其加热温度接近钢材的熔化温度， 虽然高温停留时间短暂，但与一般热处理不同， 在焊接的连续加热和冷却条件下，奥氏体晶粒长 大具有热惯性，实际晶粒度较粗。
在室温或低温下受到预应变后产生的时效脆化
现象。
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5 热应变时效脆化
其特征是强度和硬度增强，而塑性、韧性下降。 只有钢中存在碳、氮自由间隙原子时才会发生这 种现象。
（2）动应变时效脆化
一般在较高的温度下，特别是200~400˚C温度 范围的预应变所产生的时效脆化现象。
HAZ的热应变脆化多数属于动应变时效脆化所引 起，通常所说的“蓝脆性”就属于动应变时效脆 化现象。
例如，AlN在晶界析出，Ti（C,N）在晶内析出， 都呈块状形式。这种状态的第二相会严重阻碍位 错的运动，从而导致过热区的脆化。若Fe3C沿晶 界呈薄膜状析出，或形成粗大碳化物，也会导致 脆化。
在快速冷却条件下，若碳、氮化合物来不及析出， 则在焊后回火或时效过程中也可能产生脆化（如 回火脆化）。
根据Hall-Petch公式
可知，晶粒
越粗大，脆性转变温度越高，即脆性增加。晶粒
直径d与脆性转变温度VTrs的关系如下图所示。
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2 粗晶脆化（CGHAZ）
焊接热影响区的粗晶脆化与一般热处理过程
中单纯晶粒长大造成的脆化不同，原因在于晶粒
粗大的同时着化学成分、组织状态不均匀，这种
伴随非平衡条件下形成的粗晶脆化程度更为严重。
在焊接含有碳化物或氮化物形成元素的钢时，在过 热区，母材原有第二相（碳化物或氮化物）均可大 部分溶解。在冷却过程中，由于溶解度的降低，这 些碳、氮化合物将再次发生沉淀。但由于焊接时高 温停留时间短，奥氏体均质化程度低，因此，再次 沉淀的碳、氮化合物将以块状形式呈不均匀析出。
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3 析出相脆化
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2 粗晶脆化（CGHAZ）
例如，对于不易淬火刚，粗晶脆化主要是由于 晶粒长大，甚至形成粗大的魏氏体组织；对于 易淬火刚，则主要是由于产生脆硬的孪晶马氏 体所致。
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3 析出相脆化
对于某些金属或合金，在焊接冷却过程中，或是在 焊后回火或时效过程中，从过饱和固溶体中析出氮 化物、碳化物或金属间化合物时，引起金属或合金 脆性增大的现象，称为析出相脆化。
首选正火作为消除应变时效脆化的处理方法。
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6 防治措施
为了防止CGHAZ脆化，一般应严格控制焊接热输 入，采用预热、后热等工艺措施。常规的焊接工艺 是焊前退火或正火处理，焊后进行调质处理。但有 时鉴于焊接的实际情况，焊前无法退火或正火，焊 后无法进行调质处理，必须通过焊后热处理保证其 韧性满足要求。
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4 组织脆化
（1）M-A组元脆化
M-A组元一般是在中等冷却速度下形成。在焊接 冷却过程中，奥氏体不断向铁素体转变，碳及合 金元素向未转变的奥氏体中扩散，造成奥氏体的 碳浓度不断增加，在随后的冷却过程中，这些高 碳奥氏体转变成高碳马氏体与残余奥氏体组成的 岛状组织即M-A组元，有时M-A组元中的马氏体 也包含低碳板条马氏体。
M-A组元中的马氏体一般为高碳马氏体，容易引
发微裂纹。随着M-A组元数量的增多，韧脆转变
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4 组织脆化
温度将显著升高。因此，在HAZ内出现M-A组元将 会导致HAZ韧性降低，引起脆化。
M-A组元引发裂纹的可能微观机制有四种: ①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; ②相邻块状M-A组元间的残余拉应力相互叠加，有助
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5 热应变时效脆化
关于热应变时效脆化的机理，目前多数人认为是 由于柯氏气团对于位错的钉扎作用。
例如，Q245（原20钢）厚壁高压管在服役过程中 可能会发生应变时效脆化。冷加工Q245钢的应变 时效是间隙原子(碳、氮，尤其是氮原子)与金属 位错间的钉扎和解扎相互作用的结果，应变时效 现象中危害最大的是冲击吸收能量、断裂韧度等 韧性指标的降低，也就是通常所说的应变时效脆 化。
于微裂纹的产生; ③M-A/基体界面(尤其是沿晶分布的块状M-A组元)的
应力集中和碳的偏析导致M-A组元与基体分离而产 生微裂纹; ④ M-A组元的变形导致p其pt课件与完整 基体分离而引发微裂纹。9
4 组织脆化
（2）遗脆化
所谓“组织遗传”是指厚板结构钢多层焊时，若 第一焊道的HAZ粗晶区位于第二焊道的正火区(相 变重结晶区)或两相区晶区的组织仍保留粗晶组织 和结晶学的位向关系。