焊接热循环
2-3焊接热循环 4
2.3.3 多层焊时的焊接热循环
1. 长段多层焊时的热循环 右图示出了焊接接头 的热影响区的横截面上峰 值温度的局部分布和重复 的时间顺序示意图。横截 面上各点多次受热的情况 取决于点的位置，有的点 可能经历三次以上的重迭 热循环。每次循环的峰值 温度均不相同，结果造成 许多不同的显微组织，并 相应的改变其力学性能。
2.3.1 焊接热循环—主要参数
下图给出了几个焊接热循环的主要参数
2.3.1 焊接热循环—主要参数
单层电弧焊的电渣焊低合金钢时近缝区热循环参数
板厚 (㎜)
1 2 3 5 10 15 25 50 100 100 220
焊接 方法
TIG TIG 埋弧自动 埋弧自动 埋弧自动 埋弧自动 埋弧自动 电渣焊 电渣焊 电渣焊 电渣焊
由公式可见：随焊接线能量 q/v 的增加，高温 停留时间tH增大，且薄板焊接时，tH显著增加。
2.3.2 焊接热循环—参数计算
3、瞬时冷却速度c的计算
试验证明，焊缝和熔合线附近的冷 却速度几乎相同，因为距焊缝的不远的 各点，某瞬时温度的冷却速度相差不多， 最大约差 5—10% ，因此在计算时只需计 算焊缝的冷却速度即可。
2.3.3 多层焊时的焊接热循环
1. 长段多层焊时的热循环 每次焊缝的长度较长(约为1.0—1.5m以上)，此时， 当焊完前一层，再焊后一层时，前层焊道已基本冷 却到了较低的温度（一般多在100—200℃）。 右图为长段多层 焊时，焊接热循 环变化示意图， 在靠近焊缝的母 材上，每一点只 有一次超过奥氏体化温度AC3，如果产生了马氏体组 织，它将被后续焊道退火，退火后的马氏体硬度下 降，使其强化行为变得更为有利，但是裂纹也可能 在后一道焊接之前的短暂时间间隔内产生。
焊接过程中的热循环对材料性能的影响
焊接过程中的热循环对材料性能的影响在现代制造业中，焊接是一种广泛应用的连接工艺。
然而，在焊接过程中，材料会经历复杂的热循环，这对材料的性能产生了显著的影响。
了解这些影响对于确保焊接结构的质量和可靠性至关重要。
焊接过程中的热循环是指在焊接时，焊件上某一点的温度随着时间的变化而经历的升温、高温停留和降温的过程。
这种热循环具有快速加热和冷却的特点，与传统的热处理过程有很大的不同。
热循环对材料的微观组织产生了直接的影响。
在加热阶段，材料内部的晶粒会发生长大。
当温度升高到相变温度以上时，还会发生相变，如奥氏体化。
在高温停留阶段，相变过程会进一步发展，并且可能导致合金元素的扩散和重新分布。
而在快速冷却阶段，新的相变产物形成，可能会产生马氏体、贝氏体等硬脆相。
对于金属材料来说，热循环会改变其力学性能。
一般而言，焊接热影响区（HAZ）的硬度会比母材高。
这是因为快速冷却导致了硬脆相的形成，使得材料的脆性增加。
同时，热循环还可能导致材料的强度和韧性发生变化。
在某些情况下，焊接接头的强度可能高于母材，但韧性却下降，这增加了焊接结构在使用过程中发生脆性断裂的风险。
热循环对材料的耐腐蚀性也有影响。
焊接过程中产生的微观组织变化和残余应力可能会破坏材料表面的钝化膜，使得材料更容易受到腐蚀介质的侵蚀。
特别是在一些恶劣的环境中，如海洋环境或化学工业环境，焊接接头的腐蚀问题更为突出。
此外，热循环还会引起焊接残余应力的产生。
残余应力是在焊接过程中由于不均匀的加热和冷却而在焊件内部残留的应力。
这些残余应力可能会导致焊件的变形、开裂，甚至影响其疲劳寿命。
在一些大型焊接结构中，如桥梁、压力容器等，残余应力的控制是至关重要的。
为了减轻焊接热循环对材料性能的不利影响，可以采取一些措施。
例如，选择合适的焊接工艺和参数，如控制焊接电流、电压、焊接速度等，以优化热循环曲线。
此外，焊前预热和焊后热处理也是常用的方法。
预热可以降低焊接时的冷却速度，减少硬脆相的形成；焊后热处理则可以消除残余应力，改善微观组织和性能。
焊接成形过程中热循环测定试验最终5页word
材料成形工程试验课实验四焊接成形过程中的热循环测定实验一、实验目的1．掌握热电偶法测量焊接接头热循环的方法。
2．认识焊接接头热循环的特征，弄清其与接头组织的对应关系3．深入理解热电偶法测量焊接接头热影响区的热循环，能够验证有限元模型的正确性，从而获得焊缝区的热循环。
4．深刻领会熔化焊焊接过程特点。
二、实验原理熔化焊是焊接技术中的主要焊接方法，广发应用于工业生产中。
在熔化焊焊接过程中，在热源的热作用下焊接接头的金属均经历常温状态升温到一定温度后，然后再逐渐冷却到常温的过程。
焊接接头经历的热过程决定接头的组织特征，控制接头的力学性能。
弄清接头的热循环特征有助于理解接头的形成过程和形成机理。
焊接接头包括焊缝、热影响区以及母材区。
图1表示了焊件横截面上各区域温度的变化情况。
在焊接时各部分和焊缝距离不同而受热不均匀，导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的（即被加热的最高温度不同），而且焊接后的冷却速度也不同。
因此，各部分组织与性能变化也不同。
图1 焊接接头各区热循环特征本实验采用预埋热电偶方法测量焊接过程中的热循环。
实验材料为低碳钢，热电偶为K型热电偶。
热点偶测温原理为两种不同成分的材质导体组成回路，当两端存在温度梯度时，回路中产生电流，两端产生电动势。
实验中将K 型正负极打成节点，节点的其余部分不允许发生接触，否则导致测量失败。
K 型热电偶的正极为NiCr合金为绿色，负极为NiSi合金为灰色。
NiSi合金有磁性。
热电偶只能放在接头的未熔化的区域即热影响区。
热电偶不能放在焊缝区，否则热电偶被热源熔化而无法测温。
测量焊缝温度可用红外线测温。
红外线测温仅能测量熔池表面的温度。
而熔池有一定的高度，如图2所示。
因而，采用红外线的方法无法准确测温。
目前，均采用有限元法建立热源模型，划分网格、带入边界条件，即可获得接头的热循环。
利用有限元软件提取热影响区的热循环。
同时采用热电偶测量接头热影响区的热循环。
将热影响区热电偶测量结果和热影响区模拟结果对比。
实验八 焊接热循环曲线测定
图8-1 低合金钢堆焊焊缝邻近各点的焊接热循环 （注：t －电弧通过热电偶正上方时算起的时间）实验八 焊接热循环曲线测定一、实验目的1、了解焊接热循环过程对焊接接头质量的影响；2、熟悉焊接热循环测试相关仪器和设备的使用，学会用热电偶测定焊接热循环曲线的方法；3、掌握典型焊接热循环曲线的特征及其主要表征参数。
二、实验原理焊接热循环是指在焊接热源作用下焊件上某一点的温度随时间的变化过程，可以用T(x,y,z)=f(t)这一函数关系来描述。
按此关系所画出的曲线称为该点的热循环曲线。
在焊接过程中，热源热量所及的焊件上任一点的温度，都经历由低到高的升温阶段，达到最大值后，又经历由高到低的降温阶段。
在距离焊缝不同位置的各点所经历的这种热循环是不同的（见图8-1），离焊缝越近的点，其加热速度越大，峰值温度越高，冷却速度越大，并且加热速度比冷却速度要大得多。
焊接热循环曲线包含了焊接接头温度变化和冷却相变等重要信息，这些信息对于了解焊接冷却相变过程、接头组织、应力变形等具有重要意义。
同时，焊接热循环参数是分析HAZ 组织与性能的重要数据，也是制定、评定和优化焊接工艺的重要依据。
因此，测定焊接热循环曲线具有重要的理论意义和实用价值。
目前，焊接热循环曲线可以利用软件通过数值仿真计算的方法获得，但由于计算时所采用的假定条件与实际焊接条件出入较大，计算所得的理论热循环曲线对比实际测得的曲线仍有很大误差，故实际上多用实测的方法来获得热循环曲线。
测定焊接热循环的方法，大体上可分为接触式和非接触式。
非接触式测定方法是利用红外测温及热成像技术，其测温原理是从熔池背面摄取温度场的热像（红外辐射能量分布图），然后把热像分解成许多像素，通过电子束扫描实现转换，在显像管屏幕上获得灰度等级不同的点构成的图像，该图像间接反映了焊接区的温度变化，经过图像处理和换算，便可得出某一瞬间或动态过程的真实温度场。
接触式的测温原理是利用热电偶两端由于温度差而产生热电势进行测量的。
第十章 焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区的软化
焊接热影响区的性能控制
1、焊接热影响区的硬化
母材的淬硬倾向（内因） HAZ的硬度 化学成分 HAZ的冷却速度（外因） 焊接规范
焊接热影响区的最高硬度Hmax：
高低取决于
Hmax（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 8 / 5
缝相当于低碳钢过热区的部位，得到粗大的马氏体，
而相当于正火区的部位则得到细小的马氏体。当焊
件母材的淬透性不是太高时，还会出现贝氏体、索
氏体等正火组织与马氏体共存的混合组织。
2、 不完全淬火区
母材被加热到Ac1～Ac3温度之间的热影响区，
相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。在快速加热
条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏
熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧 一定范围内发生组织和性能变化的区域称
为“焊接热影响区” 。
图10-1 焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材
第一节 焊接热循环 第二节 焊接热循环下的金属组织转变特点 第三节 焊接热影响区的组织与性能
第一节 焊接热循环
一、研究焊接热循环的意义 二、焊接热循环的参数及特征 三、焊接热循环参数的计算
材料淬硬倾向的评价指标 — 碳当量
钢中含碳量显著影响奥氏体的稳定性，对淬硬倾向影响最大。
含碳量越高，越容易得到马氏体组织，且马氏体的硬度随含
碳量的增高而增大。 合金元素的影响与其所处的形态有关。溶于奥氏体时提高淬 硬性(和淬透性)；而形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为 非马氏体相变形核的核心，促进细化晶粒，使淬硬性下降。 碳当量（Carbon Equivalent）是反映钢中化学成分对硬化 程度的影响，它是把钢中合金元素（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。
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。
焊接热循环讲解
焊接冷却过程的组织转变
❖ 根据材料化学成分和冷却条件的不同，固态相变 一般可分为扩散型固态相变和非扩散型固态相变， 焊接过程中这两种相变都会遇到。
❖ 焊接条件下的组织转变特点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，而 且在组织成分上比一般热处理条件下更为复杂。
焊接热循环
作者：陈立伟 学号：201303010
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目录
1
研究焊接热循环的意义
2
焊接热循环的参数及特征
3
焊接加热过程的组织转变
4
焊接冷却过程的组织转变
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焊接热循环的意义
❖在焊接热源的作用下，焊件上某点的温 度随时间的变化过程称为焊接热循环 。
由图可知，离焊缝越近的点其 加热速度越大，加热的峰值温度越 高，冷却速度也越大。但加热速度 远大于冷却速度。对于整个焊接接 头来说，焊接中的加热和冷却时不 均匀的，这种不均匀的热过程将引 起接头组织和性能的不均匀变化以 及复杂的应力状态。
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焊接冷却过程的组织转变
❖ 焊接过程属于非平衡热力学 过程，在这种情况下，随着 冷却速度的增大Ar1、Ar3、 Acm等均向更低的温度移动， 同时共析成分已经不是一个 点，而是一个成分范围。
❖ 钢中除碳之外，上有多种合 金元素，他们对相图的影响 也十分复杂。当冷却速度增 加到一定程度之后，珠光体 转变将被抑制，发生贝氏体 转变和马氏体转变。
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焊接热循环的参数及特征
❖相变温度以上的停留时间tH 在相变温度TH以上 停留时间越长，越有利于奥氏体的均匀化过程， 增加奥氏体的稳定性。但同时易使晶粒长大，引 起接头脆化现象，从而降低接头的质量。
线能量与预热温度对焊接热循环参数的影响
线能量与预热温度对焊接热循环参数的影响
线能量是指单位时间内通过焊丝的能量，预热温度是焊接前工件进行热处理的温度。
线能量的大小直接影响焊接过程中的热输入量，它与焊接过程中的电流和焊接速度有关。
线能量过大会导致焊缝过宽、熔深过深，易产生焊缝烧穿等缺陷；线能量过小则焊缝不完全熔化，焊缝质量不理想。
因此，合适的线能量是保证焊接质量的关键之一。
在实际焊接过程中，可以根据焊接材料和工件的具体情况，通过不断调整焊接电流和速度，来控制线能量的大小。
预热温度是指在焊接前对工件进行加热处理，提升材料的可塑性和热传导性，减少焊接过程中的热应力和变形。
预热温度的高低直接影响焊接热循环参数，预热温度过低会导致焊接区域温度梯度大，易产生热裂纹和冷裂纹；预热温度过高则会增加热应力和变形的可能性，影响焊接质量。
综上所述，线能量和预热温度是焊接热循环参数中重要的影响因素，合理控制它们的大小可以保证焊接质量和焊缝的力学性能。
在实际应用中，需要根据具体情况，通过试验和实践总结，确定合适的线能量和预热温度范围。
热影响区
第三节 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）低碳钢和某些低合金钢（不易淬火钢）的HAZ 可分为四个区（如图4－29所示）
1.熔合区 a.焊缝与母材相邻的部位（温度处于固液相线 之间） b.范围很窄，在化学成分上和组织性能上都 有较大的不均匀性，对焊接接头的强度、 韧性都有很大的影响
1．完全淬火区
a.处于Ac3以上的区域
b.钢的淬硬倾向较大，焊后得到淬火组织（马 氏体） c.靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热 区），晶粒严重长大，得到粗大的马氏体， 相当于正火区的部位得到细小的马氏体
2.不完淬火区
a.母材被加热到Acl～Ac3温度之间的热影响 区
b.原铁素体保持不变，有不同程度的长大， 形成马氏体-铁素体的组织
软化的原因： 焊接具有热处理强化的合金（如Al)时，主要问题 之一就是HAZ软化，降低了焊接接头的力学性能
三、焊接条件下CCT图及其应用
1.图4－23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的 变化图 2.在焊接条件下熔合区附近（Tm=1300～ 1350℃）t8／5冷却时间，可以在图上查出相 应的组织和硬度
3.影响CCT图的因素
（1）母材化学成分的影响 除钴之外，所有固溶于奥氏体的合金元素 都使S曲线向右移，即增加淬硬倾向，并降 低Ms点，其中以碳的影响为最大 （2）冷却速度的影响 a.随着冷却速度的增高，对于Fe－C合金， A1、A3、A cm均移向更低的温度，共析成分 由 C0．83％转为 C0. 4％～ 0.8％ 。 b.马氏体增大滑移的抗力，不均匀切变就会 以孪晶方式进行，马氏体就由条状变为片状
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
熔焊原理-焊接热循环条件下的金属组织转变特点
3
变CCT图的建立及其应用
CCT图的建立：采用焊热热模拟试验装置来建立某种钢的CCT图. CCT图的应用： 通过CCT图，可得到在不同的冷却速度下的组
织，即可方便地预测在一定焊接工艺条件下焊接热影响区的组 织和性能，作为选择焊接线能量、预测温度、制定焊接工艺的 依据。
4.1 焊接热循环条件下的金属组织转变特点
熔L焊O原G理O
4.1 焊接热循环条件下的金属组织转变 特点
4.1 焊接热循环条件下的金属组织转变特点
相比一般的热处理，焊接过程的特点： 加热温度高： ~金属熔点 加热速度快：为热处理时的几十~几百倍 高温停留时间短：手工电弧焊4~20s，埋弧焊30~100s 自然冷却 局部加热
0(0)
95(90)
18
1(3)
90(27)
9(70)
30
1(1)
92(69)
7(30)
60
0(0)
98(98)
2(2)
4
1(0)
75(95)
25(5)
14
0(0)
90(98)
10(2)
22
0(0)
95(100)
5(0)
36
0(0) 100(100)
0(0)
4.1 焊接热循环条件下的金属组织转变特点
影响CCT图的因素有： 母材化学成分 冷却速度 峰值织转变特点
2 焊接时冷却过程组织转变的特点
相变温度降低，可形成非平衡组织 马氏体转变临界冷速发生变化
4.1焊接热循环条件下的金属组织转变特点
钢种 45# 40Cr
焊接及热处理条件下的组织百分比
冷却速度 (ºC/s)
焊接热循环的测定
r0
2 y0 z 2
y0—薄板上某点距热源运行轴线的垂直距离。 t—热源到达所求点所在截面后的传热时间。
LNPU
当
T 0时 t
Tm
0.242E c y 0
h （点热源）
0.234E Tm 2 CR0
（薄板）
LNPU
厚大件 薄板
⒉相变温度以上停留时间tH
E tH f 3 (Tm T0 )
LNPU 实验主要设备介绍 附录
LNPU
理论计算举例
式中TC—所求冷却速度的瞬时温度 T0—焊件的初始温度 适用范围：手弧焊，δ ＞25为厚板；δ ＜25为薄板；在8～25 间，则需要修正
E hc (TC T0 )
2 (TC T0 )2 K f ( ) C K E
K f ( )可由资料1的P
对于一般低合金钢，采用540℃的瞬间冷却速度（为熔合线附 近）对于淬应倾向较大的钢种可用300℃时的速度
156图5-8查得。
LNPU
⒋冷却时间的计算 对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围的800～500℃冷却 时间（t8/5）,t100(后者为淬硬倾向较大的钢种)，其计算式为
KE n t 2 1 h h0 2 (T T0 ) 1 tg ( )
式中：t—t8/5或t8/3的冷却时间 E—焊接线能量 （J/cm） E I U焊接电流电压；V焊接速度 K 焊接线能量系数（由实验确定）； n 焊接线能量指数 T0 冷却区间的温度特征值（℃） h板厚，h0板厚补偿项 β 接头系数α 板厚修正系数
LNPU
三、实验原理 1、焊接热循环：指焊件上某点经历焊接过程时的温度变化，温度与 时间的关系曲线称为热循环曲线，可用 T f t 来表示。如图所示
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）
焊接热循环曲线的测定
焊接热循环曲线的测定一、实验目的（一）了解焊接热循环曲线的特征和主要参数；（二）了解焊接规范对热循环曲线的影响；（三）掌握测定焊接热循环曲线的方法。
二、实验装置及实验材料（一）钨极自动氩弧焊机1台(二）电容储能式热电偶焊机1台（三）镍铬—镍硅或铂铑—铂热电偶丝(φ0.3~0.5mm)3对（四）氩气1瓶（五）X—Y／函数记录仪1台（六）试件300×200×20mm低碳钢板2块（可用A3、A5、09Mn、16Mn等材料）（七）0～300(A)直流电流表、秒表、φ5mm钻头、φ5mm平头铰刀、深度尺等三、实验原理焊接热循环是指焊件上某点经历焊接过程时的温度变化，它可以用Ｔ＝ｆ（ｔ）这一函图１低合金钢手弧堆焊时焊缝附近各点的热循环（ｔ－从电弧通过测温点正上方时开始算起的时间）数关系来描述。
按此关系所画出的曲线称为该点的热循环曲线。
焊接过程中，焊件上直接被热源加热的部位将被熔化形成熔池。
连续相接的熔池冷却凝固后即成为焊缝。
焊缝以远的部位则保持固态，焊件上各点由于在焊件上所处位置不同，受到焊接热的作用不同而经历着不同的热循环，它们的热循环曲线也就不同。
图l为低合金钢手弧焊时焊件上热影响区不同点的焊接热循环曲线。
从该图可以看出：离焊缝熔合线越近的点，加热速度越大，峰值温度越高，冷却速度也越大，并且所有各点的加热速度都比冷却速度要大得多。
这表示焊接接头热影响区的金属都经历了一个自发的、特殊的热处理过程，产生了相变、晶粒长大、应力和变形等变化，从而对焊件金属的组织和性能发生强烈的影响。
因此，测量并正确控制焊接热循环对于控制接头热影响区金属的组织和性能具有重要意义。
焊接热循环曲线固然可以借助焊接热过程的理论公式Ｔ＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）计算出来，但由于计算时所采用的假定条件与实际焊接条件出入较大，计算所得的理论热循环曲线对比实际测得的曲线仍有很大误差，故在实际上多用实测的方法来获得热循环曲线。
测定焊接热循环的方法，大体上可分为接触式和非接触式两类。
焊接热效率、热循环、线能量、预热温度和层间温度
焊接热效率、热循环、线能量、预热温度和层间温度1. 焊接热效率焊接过程中，由电极（焊条、焊丝、钨极）与工件间产生强烈气体放电，形成电弧，温度可达6000℃，是比较理想的焊接热源。
由热源所产生的热量并没有全部被利用，而有一部分热量损失于周围介质和飞溅中。
被利用的热占发出热的百分比就是热效率。
它是一个常数，主要取决于焊接方法、焊接工艺、极性、焊接速度以及焊接位置等。
各种焊接方法的热效率见下表。
2. 焊接热循环在焊接热源作用下，焊件某点的温度是随着时间而不断变化的，这种随时间变化的过程称为该点的焊接热循环。
当热源靠近该点时，温度立即升高，直至达到最大值，热源离去，温度降低。
整个过程可以用一条曲线表示，此曲线称为热循环曲线，见图6。
距焊缝越近的各点温度越高，距焊缝越远的各点，温度越低。
焊接热循环的主要参数是加热速度、加热所达到的最高温度、在组织转变温度以上停留的时间和冷却速度。
加热到1100℃以上区域的宽度或在1100℃以上停留时间t△，即使停留时间不长，也会产生严重的晶粒粗大，焊缝性能变坏。
t△越长，过热区域越宽，晶粒粗化越严重，金属塑性和韧性就越差。
当钢材具有淬硬倾向时，冷却速度太快可能形成淬硬组织，极易出现焊接裂纹。
从t8/5可反映出此情况，有时还常用650℃时的冷却速度υ650℃或80 0～300℃的冷却时间t8/3来衡量。
应当注意的是熔合线附近加热到1 350℃时，该区域的冷却过程中约540℃左右时的瞬时冷却速度，或者800～500℃时的冷却时间tP8/5对焊接接头性能影响最大，因为此温度是相变最激烈的温度范围。
影响焊接热循环的因素有：焊接规范、预热温度、层间温度、工件厚度、接头形式、材料本身的导热性。
3. 焊接线能量熔焊时，热源输给焊缝单位长度上的能量，称为焊接线能量。
电弧焊时的焊接规范，如电流、电压和焊接速度等对焊接热循环有很大影响。
电流I与电压U的乘积就是电弧功率。
例如，一个220 A、24V的电弧，其功率W＝5280W，当其他条件不变时，电弧功率越大，加热范围越大。
焊接原理 第五章
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。
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
奥氏体的均质化过程是属于扩散过程，因此加热速度快和相变以上停
留时间短，都不利于扩散过程的进行，从而均质化的程度很差。
3.焊接冷却过程组织转变的特点
由于焊接热影响区所经历的热过程与热处理条件下有明显不同，因此冷却过程的组 织转变会有很大差异，其冷却过程中组织的转变也有特点。焊接和热处理时，加热及 冷却过程。 熔合线附近是焊接接头的薄弱地带，主要研究该区的冷却组织转变。
（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″.
（2）冷却速度的影响
焊接热循环条件下的金属组织转变特点
应力应变都会增加内能， 从而加速扩散过程，有利 于扩散相变进行；拉应力 促进马氏体相变，即Ms 升高，转变量增加。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
峰值温度Tm是影响晶粒长大的最重要因素。
Tm与5对晶粒长大的影响 a)16Mn钢（热扎） b)15MnVN（正火）
晶粒粗化对奥氏体的分解转变及转变产物的形态有很大 影响。晶粒越粗大，晶界的总面积越少，减少了形核 机会，不利于奥氏体的转变。
应力应变的影响 焊接不可避免会产生热应力、组织应力以及拘束
3.3.2 焊接热循环条件下 的金属组织转变特点
焊接条件的加热特点： 加热温度高 加热速度快 高温停留时间短 自然条件连续冷却 局部加热
焊接时加热过程组织转变特点
焊接时加热速度很快，各种金属的相变温度比等温转 变时发生很大变化，对于低碳钢和低合金钢焊接时， 不同焊接方法的加热速度如下：
加热速度越快，
金属的相变点
Ac1和Ac3的温 度越高，且Ac1 和Ac3的温差越 大。
加热时由珠光体、铁素体转变为奥氏体的过程是扩散性 重结晶过程，需要有孕育期。加热速度提高，必然引 起相变温度提高。
加热速度快和相变以上停留时间短，不利于扩散过程进 行，从而均质化的程度很差。
焊接时冷却过程组织转变的特点
焊接热循环实验报告
焊接热循环实验报告1. 引言焊接热循环是一种用来模拟焊接工艺中材料受热和冷却的情况的实验方法。
通过对焊接接头进行热循环实验，可以评估焊接接头在受热和冷却过程中的变形、残余应力和疲劳行为。
本实验旨在研究焊接接头的热循环效应，并对接头性能进行评估。
2. 实验目的1. 了解焊接热循环对焊接接头的影响；2. 研究焊接接头在热循环过程中的变形和残余应力情况；3. 分析接头在热循环过程中的疲劳行为。
3. 实验装置本次实验所用的焊接热循环装置主要包括：- 焊接机- 加热系统- 冷却系统- 温度控制仪4. 实验步骤1. 准备实验样品：选取代表性的焊接接头样品，确保其表面光洁度和尺寸精确度；2. 按照预先设计的热循环曲线，设置温度控制仪参数；3. 将焊接接头安装在焊接机上，并将温度控制仪与加热系统、冷却系统连接；4. 打开电源，开始进行焊接热循环实验；5. 实时记录接头表面温度、变形量和残余应力；6. 根据实验数据分析接头的热循环效应和疲劳行为。
5. 实验结果与分析根据实验记录的数据，我们可以得出以下结论：1. 焊接接头在受热过程中发生了热胀冷缩现象，导致接头发生变形；2. 接头在受热和冷却过程中产生了残余应力，这些应力可能对接头的机械性能产生影响；3. 随着热循环次数的增加，接头发生裂纹和断裂的风险逐渐增加。
基于以上分析，我们可以得出一些建议：1. 加强焊接接头的预处理工作，确保接头表面光洁度和尺寸精确度；2. 优化焊接工艺参数，减少焊接接头的变形；3. 定期检测焊接接头的残余应力，并进行必要的处理；4. 控制热循环次数，避免超过接头的耐久限度，以减少疲劳断裂的风险。
6. 实验结论通过本次实验，我们对焊接热循环的影响以及焊接接头的疲劳行为有了更深入的认识。
实验结果表明，在焊接过程中，焊接接头会受到热胀冷缩的影响，容易发生变形和残余应力。
随着热循环次数的增加，接头的疲劳风险也会逐渐增加。
因此，在实际焊接工艺中，应该注意控制焊接接头的热循环次数，避免超过接头的耐久限度。
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焊接热循环
科技名词定义
中文名称：焊接热循环
英文名称：welding thermal cycle
定义：在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程。
应用学科：机械工程（一级学科）；焊接与切割（二级学科）；一般焊接与切割名词（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
welding thermal circulation焊接热循环焊接热循环：在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程。
在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过。
焊接热循环是焊接工艺中的一个重要因素。
它对焊接结构在焊接过程中产生应力和变形的大小有着直接的影响
焊接热循环特征
焊接热循环指焊接过程中，在焊接热源的作用下，焊件上某点温度随时间变化的过程，其特征是加热速度很快，在最高温度下停留时间很短，随后各点按照不同的冷却速度进行冷却。
焊接热循环主要参数
加热速度，最高加热温度，在相变温度以上停留的时间和冷却速度。
影响因素
影响焊接热循环的主要因素有：焊接热输入、预热和层间温度、工件厚度、接头形式及材料本身的导热性能等。
扩展阅读：
1《焊工工艺学》
开放分类：
机械工程，焊接，焊接与切割，一般焊接与切割名词，焊接热过程
热循环及其特征 在焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点的温度随时间由低而高达到最大值后 又由高到低变化的过程称焊接热循环。
可见，焊接是一个不均匀加热和冷却的过程，它给母材造成了不均匀的组织和不均匀的性能，又使焊件产生复杂的应变
和应力。
掌握近缝区的热循环，对于控制和提高焊接质量相当重要。
1）加热速度 焊接的加热速度比普通的金属热处理条件下快得多，它受焊接方法、焊接热输入、板厚及几何尺寸和金属热物理性质的影响。
焊接钢材时，加热速度越快，钢中奥氏体的均质化和碳化物溶解就越不充分，必然影 响到焊接热影响区冷却后的组织与性能。
2）峰值温度 即加热最高温度，它决定着焊后母材热影响区的组织与性能，例如， 接头熔合线附近的过热段，就是因为温度高，引起晶粒粗大，致使韧性下降。
低合金钢对接单道焊的热循环参数（焊缝旁的过热粗晶区）焊接方法。
3）高温停留时间 是指在相变温度以上停留的时间，该时间对于金属相的溶解、析出、扩散均质化以及晶粒粗化等影响很大。
对于低碳钢和低合金钢，相变温度以上的停留时间是指).以上的停留时间，这时间越长，越有利于奥氏体的均质化和奥氏体晶粒长大。
常把高温停留时间分成加热过程的高温停留时间"<和冷却过程的高温停留时间冷却速度和冷却时间 4）冷却速度或冷却时间是影响焊接热影响区 组织与性能的主要因素。
在热循环曲线上，每一温度下的瞬时冷却速度都不相同，各点 的冷却速度可用该点切线的斜率表示。
对于低合金钢，在连续冷却条件下组织转变最快
焊接热循环指焊接过程中，焊件上某点温度由低到高、再由高到低的过程，主要包括温度上升速度及上升时间、最高温度、高温保持时间、温度下降速度及下降时间等几个基本参数。
焊接接头组织因材料不同而不同，对于大多数低碳钢而言，其组织为F+P。
组织不同，其力学性能等也就有差异。
一般情况下，焊接热循环对焊缝施加热影响，势必会影响到接头晶粒大小，从而对接头性能产生影响。
但是，热循环不会影响到接头组织的改变。
组织成分的改变主要取决于母材及焊材等
焊接热循环，相当于对材料进行热处理，四把火，这些都能改变晶粒大小，间接影响焊接接头性能，接头包括焊缝，熔合区，热影响区，其中焊接最容易出现问题的部位就是热影响区和融合区，热影响区就是热循环过程中受热的母材区域，一般的参数有t8/3,t8 /5等，你可以看一下焊接基础，材料力学性能等书，焊接专业都要学的。