焊接第五章 焊接热影响区
(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）
焊工工艺学第四版第五章
§5-5 控制和改善焊接接头性能的方法
一、材料的匹配
材料的匹配主要是指焊接材料的选用。 对于低碳钢、低合金高强度结构钢、低温钢，一 般不要求焊缝金属与母材成分一样，而是要求力学性 能与母材相同。 对于耐热钢和不锈钢，为保证焊缝具有与母材相 近的高温性能和耐腐蚀性能，其焊接材料的化学成分 应与母材大致相同。
（2）氧对焊接质量的影响 1）焊缝金属中的氧，不仅会使焊缝中有益元素大 量烧损，而且会使焊缝的强度、塑性、硬度和冲击韧 性降低。 2）降低焊缝金属的物理性能和化学性能。 3）在焊缝内形成气孔。 4）产生飞溅，影响焊接过程稳定。
（3）控制氧的措施 1）加强保护，如采用短弧焊、选用合适的气体流量 等，防止空气侵入， 还可以在惰性气体保护或真空保 护下焊接。 2）清理焊件及焊丝表面的水分、油污、锈迹，按规 定温度烘干焊剂、焊条等焊接材料。 3）对焊缝脱氧也是行之有效的措施。
2. 电弧加热
真正使焊条、焊丝熔化的是电弧热。
三、焊条、焊丝金属向母材的过渡
1. 熔滴过渡的形式
熔滴过渡的形式 ａ) 滴状过渡 ｂ) 短路过渡 ｃ) 喷射过渡
2. 熔滴过渡的作用力
（1）重力 （2）表面张力
熔滴的重力和熔滴的表面张力示意图 F1 —熔滴的重力 F2—熔滴的表面张力
（3）电磁压缩力
5. CO2气体保护焊
CO2气体保护焊采用氧化性气体CO2进行保护， 对合 金元素烧损较多，故需采用含硅、锰较多的焊丝。
（4）焊缝金属的脱氧 1）脱氧剂选择的原则 ①脱氧剂在焊接温度下对氧的亲和力应比被焊金属的 亲和力大。 ②脱氧后的产物应不溶于金属而容易被排入熔渣，且 熔点应较低，密度应比金属小，易从熔池中上浮入渣。
2）焊缝金属的脱氧途径 ①先期脱氧 ②沉淀脱氧 ③扩散脱氧
第五章 焊接热影响区的组织和性能
第五章焊接热影响区的组织和性能焊接分为三大类：熔化焊、压力焊和钎焊。
其中熔化焊是最常见最广泛的焊接方法。
而本书讨论的焊接冶金主要是以熔化焊为基础进行讨论的。
所谓熔化焊是采用一种高温热源使两种同质或非同质的材料利用原子间或分子间的分散与聚合而形成一个整体的过程。
这个热源贯穿于焊接过程的始终:一部分热量用于加热焊件和母材，一部分用于热损失（飞溅、周围介质等）。
用于加热母材和焊材的热功率称为有效功率，其实这部分热量：一部分用于熔化金属形成焊缝，另一部分用于热传导而流失于母材形成HAZ （包含熔合线）。
HAZ：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。
焊接接头：焊缝和和热影响区p161 图4-1焊接热影响区示意图前面讨论焊缝的合金化，焊缝金属的脱S、脱O、脱P、H及晶粒的细化等，均是如何控制焊缝的质量，主要是焊缝区的问题。
由于早些年代里，制造焊接结构所采用的钢种是低碳钢，焊缝是至关重要的环节。
HAZ一般不会出现什么问题，但随着科学技术和生产规模的发展，各种高温、耐压、耐蚀、低温容器、深水潜艇、宇航设备以及核电站锅炉、管道等不断建造，各种高强钢、高合金钢以及某些特种材料（Al合金、钛合金、镍基合金、复合材料和陶瓷等）也得到广泛的应用，这种情况下，焊接的质量不仅仅取决于焊缝，同时取决于HAZ，有时HAZ存在的问题比起焊缝更为复杂。
如：如今大型水电站，尤其高水头电站（包括抽水蓄能电站）的建造要求提供流量大、承压高的输水压力管道，如果采用普通钢材，必须增加管壁的厚度，无疑给压力钢管的制造、运输和安装带来极大的困难。
随之发展起来的适用于压力钢管的焊接结构用高强钢，如700MPa，800Mpa级钢具有很高的屈服强度和抗拉强度，同普通钢相比，可以大大减少压力钢管壁的厚度，克服了普通钢的局限性，（WEL—TEN80 WCF—62（80））它具有良好的低温冲击韧性也为钢管的可靠运行提供了保证，但它焊接时，易出现HAZ软化（投影）或产生裂纹。
焊接热影响区的性能
焊接HAZ的力学性能
焊接热影响区脆化
焊接热影响区脆化有多种类 型：粗晶脆化、析出脆化、 组织脆化、热应变时效脆 化、氢脆化及石墨脆化等。
-
粗晶脆化
晶粒长大是相互吞并、晶界迁移的过程。钢中含有氮、 碳化合物的合金元素（Ti、Nb、Mo、V、W、Cr） 就会阻碍晶界迁移，防止晶粒长大。
Q a D a D0 t exp RT E 4 4 lg(D D0 ) 2 lg
韧性是材料在塑性应变和断裂过程中吸收能量的能力， 是强度和塑性的综合表现。
焊接HAZ的韧性只能通过某些工艺措施在一定范围内 得到改善。
-
母材的原始组织
对于低合金高强钢，母材的合金强化方式和组织状态对 HAZ的韧性有重大影响。
低碳微量多种合金元素的强化体系，在焊接冷却条件下， 使HAZ分布有弥散性的强化质点，并具有足够的韧性， 在组织上希望得到针状铁素体、下贝氏体或低碳马氏 体等组织。
脆化机理：由于析出物出现阻碍位错运动，且析出产物 不均匀，使金属的强度和硬度提高。
“科氏气团”脆化 析出物脆化 相界或晶界析出脆化
遗传脆化
“组织遗传”：某些钢种形成粗化组织后，重结晶得 到的组织仍保留粗晶组织和结晶学的位向关系。
遗传脆化：由组织遗传而引起的脆化。
组织遗传主要发生在有淬硬倾向的调质钢，并在快速 加热和快速冷却的非平衡组织中才能发生。
伊藤等采用Y形坡口对焊接裂纹试验对200多低合金 钢进行研究，建立了Pcm公式：
Si Mn Cu Cr Ni Mo V Pcm C 5B 30 20 60 15 10
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。
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。
焊接热循环
即：t H = t′+ t″
奥氏体不仅在加热过程中长大，而且冷却过程中也在长大 ——奥氏体长大的热惯性.
加热速度ωH 最高加热温度Ｔm 相变温度以上
晶 粒 大 小
停留时间tH
冷却速度ωc (或冷却时间t8 / 5)
相 变 组 织
（4）冷却速度 ωc
冷却速度是决定焊接HAZ组织和性能的主要参数。
i. 某一温度下的冷却速度（瞬时冷速） ωc
② 接头形式 不同接头形式的导热有差异，冷速不同。
相同板厚的丁字接头冷速要比V字接头大约1.5倍。
③ 焊道长度 接头形式、焊接参数一定时，焊道越短，冷速越大。
当焊道长度<40mm时，冷速明显增大。 弧坑处冷速约为焊缝冷速的2倍；甚至 比引弧断大20％。
④ 焊接线能量 随E增大，Tm 、tH增大 ， ωc增大。
低碳、低合金钢熔合线附近在冷却过程中，冷到540℃左右的瞬时冷速。 因焊接冷速快，瞬时冷速测定困难，常用如下冷速：
ii. 一定温度范围内的平均冷速
速。
为便于研究，常采用“某一温度范围内”的冷却时间”来表示平均冷
即在某温度范围内，冷却所持续的时间。 如 t8/5 ，t8/3 , t100 等。
c
t8/5－熔合线附近的金属从800℃冷却到500℃所持续的时间。 t8/3－熔合线附近的金属从800℃冷却到300℃所持续的时间。 t100－熔合线附近的金属从Tm冷却到100℃所持续的时间。 注： 冷裂倾向较大的钢种用t8/3 和t100 表示冷速；
（1）长段多层焊焊接热循环
长段多层焊，指每道焊缝较长（>1m）。 在焊接后一层时，前一焊层已冷至较低的温度（100~200或MS点以下） 图5-4 。 长段多层焊适于淬硬倾向小的钢种的焊接。 淬硬倾向较大的钢种，不适于长段多层焊。 淬硬倾向大钢种焊接时，层间温度较低，熔合线附近易出现淬硬 组织而产生裂纹。必须采用相应的工艺措施，如焊前预热，控制层 间温度，缓慢冷却等。
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。
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。
焊接原理焊接热影响区组织和性能
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.
9
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。
5பைடு நூலகம்
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
6
7
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.
焊接热影响区组织和性能
1
2
3
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
4
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
10
(二)焊接热影响区的脆化 1)粗晶脆化
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。
焊接热影响区的性能
焊接热影响区（HAZ）与焊缝不同，焊缝可以通过化学成分的调整、再分配及适当的焊接工艺来保证性能的要求，而热影响区性能不可能通过化学成分来调整，它是在热循环作用下才产生的组织分布不均匀性问题。
对于一般焊接结构来讲，主要考虑热影响区的硬化、脆化、韧化、软化，以及综合的力学性能、抗腐蚀性能和疲劳性能等，这要根据焊接结构的具体使用要求来决定。
01焊接热影响区的硬化焊接热影响区的硬度主要决定于被焊钢种的化学成分和冷却条件，其实质是反应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（一般在熔合区）的最高硬度Hmax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。
近年来，尾巴HAZ的Hmax作为评定焊接性的重要标志。
应当指出，即使同一组织，也有不同的硬度。
这与钢的含碳量、合金成分及冷却条件有关。
02焊接热影响区的脆化焊接热影响区的脆化常常是引起焊接接头开裂和脆性破坏的主要原因。
目前其脆化的形式有粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化、热应变时效脆化、氢脆以及石墨脆化等。
①粗晶脆化。
在热循环的作用下，焊接接头的熔合线附近和过热区将发生晶粒粗化。
晶粒粗大严重影响组织的脆性。
一般来讲，晶粒越粗，则脆性转变温度越高。
②析出脆化。
在时效或回火过程中，其过饱和固溶体中将析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其他亚稳定的中间相等。
由于这些新相的析出，使金属或合金的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。
③组织脆化。
焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化称为组织脆化。
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、粗大的魏氏组织等造成的。
但对含碳量较高的钢（一般≥0.2%），则组织脆化主要是由高碳马氏体引起的。
④ HAZ的热应变时效脆化。
在制造过程中要对焊接结构进行加工，如下料、剪切、冷变成型、气割、焊接和其他热加工等。
由这些加工引起的局部应变、塑性变形对焊接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。
5焊接热影响区的组织与性能
图4-3 距焊缝不同距离各点的热循环 （低碳钢，板厚20mm,手弧焊）
图4-4 不同焊接方法的焊接热循环
1—手弧焊 2—埋弧焊 3—电渣焊
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（ t8/5 、
少 痴 情 ， 多 少柔情 蜜意， 都在红 尘烟雨 中渐渐 飘走。
撑 一 把 油 纸 伞，在 寂寥的 雨巷中 ，哀怨 又彷
第一节 焊接热循环
焊接热循环:焊接过程中热源沿焊件移动时， 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称为焊接热循环。 它是描述焊接过程中热源对被焊金属的热作 用。距焊缝不同距离的各点，所经历的热循 环是不同的，如图4-3所示。另外，由于焊接 方法不同，热循环曲线的形状也发生较大的 变化。
三.焊接条件下CCT图的建立及其应用
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:在新钢种投产之前,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,即估计组织及预测性能.
图4-23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的变化。
（二）加热的最高温度（Tm）
金属的组织和性能除化学成分的 影响之外,主要与加热的最高温度Tm 和 冷却速度ωc有关。例如低碳钢和低合 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。
（三）在相变温度以上的停留时间（th）
在相变温度Th以上停留的时间越长，越 有利于奥氏体的均质化过程，但温度太高 时(如1100℃以上)即使停留时不长，也会产 生严重的晶粒长大。为便于分析研究，把 高温停留时间th分为加热过程的停留时间t’ 和冷却过程的停留时间t’’,即th ＝t’十t’’(参见 图4-5)。
5焊接热影响区的组织和性能
钢种
冷却速度
铁素体
45钢
4
18
30
60
5(10) 1(3) 1(1) 0(0
40Cr
4
1（0）
14
0（0）
22
0（0）
36
0（0）
组 织 （%）
马氏体
0（0） 90（27） 92（69） 98（98）
75（95） 90（98） 95（100） 100（100）
珠光体及中间组 织
95（90） 9（70） 7（30） 2（2）
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。例如，焊接条件 下当冷却速度为36℃／s时，可得到l00％的马氏体， 而热处理条件下只要22℃／s即可得到l00％马氏体。
精选完整ppt课件
34
根据金属学原理可以知道，碳化物合金元素
精选完整ppt课件
23
由此可见，短段多层焊对焊缝和热影响 区组织都具有一定的改善作用，适于焊接 晶粒十分繁琐， 生产率低，只有在特殊情况下才采用。
精选完整ppt课件
24
第二节 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 热处理加热温度都不超过Ac3以上 100～200℃
11
（三）在相变温度以上的停留时间（th）
在相变温度Th以上停留的时间越长，越 有利于奥氏体的均质化过程，但温度太高 时(如1100℃以上)即使停留时不长，也会产 生严重的晶粒长大。为便于分析研究，把 高温停留时间th分为加热过程的停留时间t’ 和冷却过程的停留时间t’’,即th ＝t’十t’’(参见 图4-5)。
24（5） 10（2） 5（0） 0（0）
焊接热影响区的组织和性能
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。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
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。
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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
图5-5 不同焊接方法对晶粒长大的影响 1—焊条电弧焊(板厚10mm以下) 2—埋弧焊(板厚15～20mm)
图5-15 Q345钢焊接热影响区硬度分布
第三节 焊接热影响区的性能
图5-16 低合金高强度钢
第三节 焊接热影响区的性能
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第三节 焊接热影响区的性能
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第三节 焊接热影响区的性能
三、焊接热影响区的脆化
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第三节 焊接热影响区的性能
图5-18 低合金高强度钢焊接 热影响区韧脆转变温度分布
2.影响奥氏体的均匀化程度
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
图5-1 45钢模拟试验显微硬度的变化 a) v=300℃／s，t′为3 s b) v=7℃／s，t′为100s
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
3.影响晶粒长大的程度
图5-2 低合金钢焊接时晶粒长大与加热温度的关系 d—平均晶粒直径
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
图5-8 40Cr钢连续冷却曲线 实线—焊接( =1350℃) 虚线—热处理( =840℃)
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
表5-3 焊接和热处理条件下的组织分布
2. 中间组织包括索氏体、托氏体及贝氏体。 三、焊接条件下CCT图的建立及应用 1.焊接CCT图的建立 2.焊接热影响区CCT图的应用
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
图5-9 07MnCrMoVR钢热影响区CCT图 原始状态：调质；奥氏体化：1300℃×1s
第二节 焊接热影响区的组织
一、焊接热影响区的分区 1.不易淬火钢焊接热影响区的分区 (1)过热区 过热区紧邻熔合区，具有过热组织或晶粒明显粗化的 特点，最高加热温度在固相温度Ts～Tks(晶粒急剧长大的温度，约 为1100℃)之间。 (2)相变重结晶区 紧邻过热区，最高加热温度在Tks～Ac3之间，属 于完全奥氏体化区。 (3)不完全重结晶区 最高加热温度在Ac1～Ac3之间，这个区的组 织变化比较复杂，属于部分奥氏体化区。 2.易淬火钢焊接热影响区的分区 (1)完全淬火区 紧邻熔合区，最高加热温度在固相温度Ts～Ac3之 间，相当于低碳钢的过热区和相变重结晶区。
第三节 焊接热影响区的性能
1. 过热区脆化
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第三节 焊接热影响区的性能
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第三节 焊接热影响区的性能
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第三节 焊接热影响区的性能
2. 热应变时效脆化 四、焊接热影响区的软化
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第三节 焊接热影响区的性能
图5-21 调质钢焊接热影响区硬度分布示意图 A—焊前淬火+低温回火
二、焊接热影响区的组织特征
第二节 焊接热影响区的组织
1. 过热区 2. 相变重结晶区
图5-12 低碳钢过热区的魏氏组织
第二节 焊接热影响区的组织
3. 不完全重结晶区
4. 回火区
图5-13 不完全重结晶的M-F组织 a)加热前 b)加热后 c)快冷后
第二节 焊接热影响区的组织
表5-4 用不同的方法焊接时低碳钢热影响区的平均尺寸
第二节 焊接热影响区的组织
(2)部分淬火区 最高加热温度在Ac1～Ac3之间，与不完全重结晶 区相似，该区也属于部分奥氏体化区，最后生成马氏体+铁素体组 织。
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第二节 焊接热影响区的组织
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第二节 焊接热影响区的组织
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第二节 焊接热影响区的组织
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