焊接热影响区的组织和性能变化
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➢ 近缝区奥氏体晶粒严重长大
➢当加热温度在1100℃以上时，奥氏体晶粒严 重长大。
➢ 加热过程形成的奥氏体晶粒度和均匀化程度， 对冷却时的相变过程和相变产物有很大影响。
3. 焊接时冷却过程中的组织转变特点 （1）奥氏体化温度高，加热与冷却速度快
（2）奥氏体的稳定性越大，淬硬倾向越大
➢ 不含碳化物合金元素（如45钢）：近缝区组织 粗化，淬硬倾向比热处理条件下要大
❖性能：较好的综合性能。
➢ 不完全重结晶区Ⅲ（不完全正 火区）
❖温度： Ac3 ～ Ac1 ❖现象：加热温度Ac3到Ac1之
间，金属的内部结构不发生
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
过热区
重结晶区
不完全重结 晶区
母材
Q235A钢焊接热影响区的组织特点
• 很多焊接结构的破坏事故都与焊接热影响区的 性能恶化有关。
• 重视和研究焊接热影响区的组织和性能变化。
影响焊接热影响区组织和性能的主要因素
取决于材料本身的特性和工艺条件，主要冶金和 工艺因素：
1）被焊金属与合金系统的特点 • 无相变的金属和合金：非常简单 • 有相变的材料：很复杂 2）焊前母材的原始状态 • 焊前为冷作硬化或热处理态：退火软化 • 易淬火材料焊前为退火态：淬火的硬化区
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。
➢ 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。
的冷却时间。
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
❖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，形成组织和性 能及不均匀的热影响 区。
❖热影响区一些部位的 组织和性能很差，成 为整个接头的薄弱地 带。
• HAZ经受了一次特殊的热处理。
• 一些部位的组织和性能变坏（如过热区），成 为整个焊接接头的薄弱环节，对焊接质量起着 控制作用。
2. 易淬火钢HAZ组织分布
焊接淬硬倾向较大的钢种，如18MnMoNb、45、30CrMnSi 等，热影响区的组织分布与母材焊前的热处理状态有关。 （1）焊前是正火或退火状态
焊前BM为F+P（S、B）
➢ 完全淬火区（完全奥氏体化）
➢Ac3 以上，室温组织为M。 ➢ 不完全淬火区（部分奥氏体化）
➢Ac1～ Ac3，室温组织为M＋F。 ➢在快速加热条件下F很少溶入A，
距焊缝不同距离各点的焊接热循环
2. 焊接热循环的主要参数
❖ 加热速度VH ❖ 加热的最高温度（Tm） ❖ 在相变以上的停留时间(tH) ❖ 冷却速度(VC)和冷却时间
(t8/5、t8/3、t100)
焊接热循环的参数
➢ t8/5：800～500℃的冷却时间。 ➢ t8/3：800～300℃的冷却时间。 ➢ t100：从峰值温度Tm冷至100℃
4）局部加热
2. 焊接加热过程奥氏体化的特点
★Biblioteka Baidu热速度快，相变温度升高
VH↑→Ac1， Ac3↑ ➢ 奥氏体化过程是一个扩散重
结晶过程，需要有孕育期。
➢ 钢中含有碳化物形成元素时 影响更显著。
➢ 形成的碳化物阻碍碳的 扩散
➢ 碳化物本身扩散速度低
➢ 奥氏体均质化程度低
➢高温停留时间短，不利于扩散过程进行，从 而均质化程度低。
❖组织：粗大的奥氏体在较慢的冷却速 度下形成过热组织—魏氏组织。
❖性能：韧性很低。
❖措施：严重时采用焊后正火处理（如 电渣焊）。
➢ 相变重结晶区Ⅱ（正火区） ❖温度： 1100 ℃ - Ac3 ❖现象：母材完全奥氏体化，加热 和冷却过程中经受了两次重结晶 相变，使晶粒得到显著的细化。
❖组织：相当于低碳钢正火处理后 的组织（细小的P＋F）。
焊接热影响区的组织和性能变化
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
焊接热影响区概述
焊接热影响区的定义：熔焊时在焊接热源的作 用下，焊缝周围的母材发生组织和性能变化的区域 称为“热影响区”(Heat Affected Zone，HAZ)，或 称为“近缝区”(Near Weld Zone)。
材料因受焊接热影响（但未熔化）而发生金相组 织和力学性能变化的区域。
➢ 含碳化物合金元素（如40Cr钢）：碳化物不能 充分溶解，奥氏体稳定性下降，淬硬倾向比热 处理条件下要小
三、焊接热影响区的组织与性能变化
Fe-C合金：在固态下合金中除了有同素异构 转变外，还有成分变化和第二相析出，即共 析转变和Fe3c的析出。
（一）焊接热影响区的组织分布
1. 低碳钢及不易淬火的低合金钢HAZ 组织分布
影响焊接热影响区组织和性能的主要因素
3）焊接工艺方法和工艺参数
• 热源特点与焊接工艺参数 密切相关：温度场分布和 焊接热循环的特点。
• 影响到焊接热影响区特殊 热处理的各项参数：升温 速度、高温停留时间和冷 却速度等。
一、焊接热循环
1. 定义：焊接过程 中，热源沿焊件移 动时，焊件上某点 的温度由低而高， 达到最大值后，又 由高而低的变化称 为焊接热循环。
而P、B、S等转变为A；随后快 冷，形成M+粗大F。
（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。
（二）焊接热影响区的性能变化
➢HAZ的硬化 ➢HAZ的脆化 ➢HAZ的软化
1. HAZ的硬化
➢ HAZ硬度分布不均匀，在 熔合区附近具有最大硬度 Hmax。
➢ 不同的组织形态硬度不同
➢ 同一组织，也有不同的硬 度
➢ 硬度主要决定于材料的化 学成分和冷却条件
（1）碳当量Carbon Equivalent （Ceq或CE）
➢当加热温度在1100℃以上时，奥氏体晶粒严 重长大。
➢ 加热过程形成的奥氏体晶粒度和均匀化程度， 对冷却时的相变过程和相变产物有很大影响。
3. 焊接时冷却过程中的组织转变特点 （1）奥氏体化温度高，加热与冷却速度快
（2）奥氏体的稳定性越大，淬硬倾向越大
➢ 不含碳化物合金元素（如45钢）：近缝区组织 粗化，淬硬倾向比热处理条件下要大
❖性能：较好的综合性能。
➢ 不完全重结晶区Ⅲ（不完全正 火区）
❖温度： Ac3 ～ Ac1 ❖现象：加热温度Ac3到Ac1之
间，金属的内部结构不发生
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
过热区
重结晶区
不完全重结 晶区
母材
Q235A钢焊接热影响区的组织特点
• 很多焊接结构的破坏事故都与焊接热影响区的 性能恶化有关。
• 重视和研究焊接热影响区的组织和性能变化。
影响焊接热影响区组织和性能的主要因素
取决于材料本身的特性和工艺条件，主要冶金和 工艺因素：
1）被焊金属与合金系统的特点 • 无相变的金属和合金：非常简单 • 有相变的材料：很复杂 2）焊前母材的原始状态 • 焊前为冷作硬化或热处理态：退火软化 • 易淬火材料焊前为退火态：淬火的硬化区
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。
➢ 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。
的冷却时间。
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
❖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，形成组织和性 能及不均匀的热影响 区。
❖热影响区一些部位的 组织和性能很差，成 为整个接头的薄弱地 带。
• HAZ经受了一次特殊的热处理。
• 一些部位的组织和性能变坏（如过热区），成 为整个焊接接头的薄弱环节，对焊接质量起着 控制作用。
2. 易淬火钢HAZ组织分布
焊接淬硬倾向较大的钢种，如18MnMoNb、45、30CrMnSi 等，热影响区的组织分布与母材焊前的热处理状态有关。 （1）焊前是正火或退火状态
焊前BM为F+P（S、B）
➢ 完全淬火区（完全奥氏体化）
➢Ac3 以上，室温组织为M。 ➢ 不完全淬火区（部分奥氏体化）
➢Ac1～ Ac3，室温组织为M＋F。 ➢在快速加热条件下F很少溶入A，
距焊缝不同距离各点的焊接热循环
2. 焊接热循环的主要参数
❖ 加热速度VH ❖ 加热的最高温度（Tm） ❖ 在相变以上的停留时间(tH) ❖ 冷却速度(VC)和冷却时间
(t8/5、t8/3、t100)
焊接热循环的参数
➢ t8/5：800～500℃的冷却时间。 ➢ t8/3：800～300℃的冷却时间。 ➢ t100：从峰值温度Tm冷至100℃
4）局部加热
2. 焊接加热过程奥氏体化的特点
★Biblioteka Baidu热速度快，相变温度升高
VH↑→Ac1， Ac3↑ ➢ 奥氏体化过程是一个扩散重
结晶过程，需要有孕育期。
➢ 钢中含有碳化物形成元素时 影响更显著。
➢ 形成的碳化物阻碍碳的 扩散
➢ 碳化物本身扩散速度低
➢ 奥氏体均质化程度低
➢高温停留时间短，不利于扩散过程进行，从 而均质化程度低。
❖组织：粗大的奥氏体在较慢的冷却速 度下形成过热组织—魏氏组织。
❖性能：韧性很低。
❖措施：严重时采用焊后正火处理（如 电渣焊）。
➢ 相变重结晶区Ⅱ（正火区） ❖温度： 1100 ℃ - Ac3 ❖现象：母材完全奥氏体化，加热 和冷却过程中经受了两次重结晶 相变，使晶粒得到显著的细化。
❖组织：相当于低碳钢正火处理后 的组织（细小的P＋F）。
焊接热影响区的组织和性能变化
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
焊接热影响区概述
焊接热影响区的定义：熔焊时在焊接热源的作 用下，焊缝周围的母材发生组织和性能变化的区域 称为“热影响区”(Heat Affected Zone，HAZ)，或 称为“近缝区”(Near Weld Zone)。
材料因受焊接热影响（但未熔化）而发生金相组 织和力学性能变化的区域。
➢ 含碳化物合金元素（如40Cr钢）：碳化物不能 充分溶解，奥氏体稳定性下降，淬硬倾向比热 处理条件下要小
三、焊接热影响区的组织与性能变化
Fe-C合金：在固态下合金中除了有同素异构 转变外，还有成分变化和第二相析出，即共 析转变和Fe3c的析出。
（一）焊接热影响区的组织分布
1. 低碳钢及不易淬火的低合金钢HAZ 组织分布
影响焊接热影响区组织和性能的主要因素
3）焊接工艺方法和工艺参数
• 热源特点与焊接工艺参数 密切相关：温度场分布和 焊接热循环的特点。
• 影响到焊接热影响区特殊 热处理的各项参数：升温 速度、高温停留时间和冷 却速度等。
一、焊接热循环
1. 定义：焊接过程 中，热源沿焊件移 动时，焊件上某点 的温度由低而高， 达到最大值后，又 由高而低的变化称 为焊接热循环。
而P、B、S等转变为A；随后快 冷，形成M+粗大F。
（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。
（二）焊接热影响区的性能变化
➢HAZ的硬化 ➢HAZ的脆化 ➢HAZ的软化
1. HAZ的硬化
➢ HAZ硬度分布不均匀，在 熔合区附近具有最大硬度 Hmax。
➢ 不同的组织形态硬度不同
➢ 同一组织，也有不同的硬 度
➢ 硬度主要决定于材料的化 学成分和冷却条件
（1）碳当量Carbon Equivalent （Ceq或CE）