焊接热循环

⑥ 焊接冷却条件
野外冷速大于室内；裸件冷速大于保温材料覆盖件。 实际生产中，常在焊件冷至某一温度时，再用石棉覆盖工件，以降低低 温冷速。
7.多层焊热循环
实际生产中常用多层焊焊接厚大件。多层焊实质上是许多单层焊热 循环交替综合作用的过程。
相邻焊层之间彼此具有热处理的作用：
在焊接后一道焊缝时，前一道焊缝所具有的最低温度（即层间温度） 对此道焊缝而言，相当于预热温度；而后一道焊缝对于前一道焊缝 则相当于焊接条件下的后热处理。 从提高焊接质量来看，多层焊比单层焊更为优越。 多层焊分为“长段多层焊”和“短段多层焊”。
冷裂倾向较小的钢种，如低碳钢、低合金钢用t8/5 表示冷速。
5. 热循环参数的计算
点热源（厚板） 线热源（薄板）
峰值温度
Ｔmቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高温停留 时间 tH
0.234E Tm T0 cR 2
Tm T0
0.242E cy
tH
E 2 (TH T0 )
(E ) 2 tH 2c (TH T0 ) 2
a. 焊接方法不同，冷速不同：在E一定时，ω 埋弧焊 <ω 气电焊<ω 手弧焊 b. 同一焊法 ， ωc 也可能不同：ω 直流反接 < ω 交流焊接
⑤ 预热温度T0
随T0 增大， ωc 降低， t H增大。 生产中常采用低温预热，使用较小焊接线能量焊接，以获得理想热循环。 即：有效降低低温冷速，而对 t H和高温ωc影响不大。
3.特点：
加热速度快； 加热温度高； 高温停留时间短； 冷却速度快； 局部加热。 焊接是一个不均匀加热和冷却过程 结果导致： ① 焊接热影响区的组织和性能不均匀 ② 接头中产生复杂的应力和应变
图5-1
图5-2
4. 表征焊接热循环的主要参数:
（1）加热速度ωH
加热速度ωH快，奥氏体化温度升高，奥氏体中的碳化物溶解不充分， 奥氏体均质化程度低，稳定性差.
上述热循环参数的计算公式繁琐。为方便起见，应用上述 公式可以建立不同条件下的图解法——线算图。
用此，可方便地求得不同焊接方法下的t8/5 ，t8/3 和 t100 。
线算图应用演示
6.影响焊接热循环的因素
① 焊件尺寸形状 在E一定的条件下：
a.薄板，随板宽增大，冷速增大； b.厚板，随随板厚增大，冷速增大。
冷却速度
C 2
(TC T0 ) E
2
(TC T0 )3 C 2c (E ) 2
(E ) 2 1 1 t8 5 4c 500 T0 2 800 T0 2
冷却时间
E 1 1 t8 5 2 500 T0 800 T0
（2）峰值温度 Tm
焊缝两侧各点的Tm不同，冷却过程中发生的相变不同，组织性能不同.
（3）高温停留时间 t H
在相变温度Ac3以上停留的时间。 一般指1100～1200℃以上的停留时间。 t H越长，越有利于奥氏体的均质化，同时带来严重的晶粒长大. 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：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
要。
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和性能的变化而进行讨
论。
第一节
一、焊接热循环
1.定义：
焊接热循环
在焊接热源作用下，焊件上某一点的温度随时间的变化规律。图5-1
2.规律：
① 焊件上任意点的温度经历由低到高、又由高到低的加热和冷却过程； ② 距离热源移动轴线位置不同的各点，所经历的热循环是不同的。 ③ 焊接方法不同，热循环曲线的形状也不同。如图5-2
第五章 焊接热影响区 的组织和性能
焊接热影响区
熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧的母材上发生 组织和性能变化的区域。叫焊接热影响区，或近缝区。
焊接接头(joint)＝焊缝区(WM)＋热影响区(HAZ)
低碳钢的WM和HAZ一般不出现问题，但是，随着高 强钢、高合金钢以及特种钢的应用，在某些情况下，HAZ 易脆化，可能成为焊接接头的薄弱地带，对其研究非常必
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。
动画演示
图5-4
（2）短段多层焊焊接热循环
短段多层焊，指每道焊缝较短（约50~400mm）。
未等前层焊缝冷却到较低温度就进行下道焊接。
近缝区1点和4点所经历的焊接热循环是比较理想的：