焊接热影响区的组织和性能 PPT
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第二章
焊接热影响区的组 织和性能
第二章 焊接热影响区的组织
第一节 焊接热循环
第二节 焊接热循环条件下的金属 组织转变特点
第三节 热影响区组织和性能
焊接热影响区：熔焊时在集中热 源的作用下，焊缝两侧发生组织和性 能变化的区域称为“热影响区”
(Heat Affected zone,简称HAZ)
或称“近缝区”(Near Weld Zone) 焊接接头是由两个主要部分组成，即 焊缝和焊接热影响区，如图4-1所示。
3.高温停留时间短 手弧，4~20秒； 埋弧，30~100秒 4.自然条件下连续冷却 5.局部加热
一、焊接时加热过程组织转变特点
１.加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的相变温度 发生了很大的变化。加热速度越快，Ac1和Ac3 的温度越高，而且Ac1和Ac3的温差越大。 焊接时,由于采用的焊接方法不同,规范不同,加 热速度可在很大的范围内变化。
表4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比
表4-9是45钢和40Cr钢在焊接和热处理时同样冷 却速度条件下的组织百分比。由图 4-21、图4-22和 表4-9可以看出，45钢在焊接条件比在热处理条件下 的CCT曲线稍向右移(主要考虑Ms附近)。说明在相同 冷却速度条件下，焊接时比热处理时的淬硬倾向大。 如冷却速度为30℃／s，焊接时可得到92％马氏体， 而热处理时只得到69％马氏体。
２.加热速度对Ａ均质化影响
加热速度不但对相变点有影响,对Ａ均质化也 有影响.因为Ａ均质化属扩散过程。在快速加 热条件下，来不及完成扩散过程。
３.近缝区的晶粒长大
在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使晶粒发 生严重长大,影响焊接接头塑性,韧性,产生热 裂纹,冷裂纹.
二.焊接时冷却过程组织转变特点
研究焊热影响区的熔合线附近的情况 ,这一区域是焊接接头的薄弱地带。
应当指出，对于一些淬硬倾向较大的 钢种，不适于长段多层焊接。因为这些钢 在焊第一层以后，焊接第二层之前，近缝 区或焊缝由于淬硬倾向较大而有产生裂纹 的可能。所以焊接这种钢时，应特别注意 与其他工艺措施的配合，如焊前预热、层 间温度控制，以及后热缓冷等。
所谓短段多层焊，就是每道焊缝长度较 短(约为50～ 400mm)，在这种情况下，未 等前层焊缝冷却到较低温度(如Ms点)就开 始焊接下一道焊缝。短段多层焊的热循环 如图4-18所示。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
10
（三）在相变温度以上的停留时间（th）
冷却速度是决定焊接HAZ组织性能的主 要参数，如同热处理时的冷却速度一样。应 当指出，焊接时的冷却过程在不同阶段是不 同的。这里所讨论的是指一定温度范围内的 平均冷却速度，或者是冷至某一瞬时温度Tc 的冷却速度。对于低合金钢的焊接来讲，有 重要影响的是熔合线附近冷却过程中约 540℃的瞬时冷却速度(见图4-5的C点)。
由图4-18看出，近缝区1点和4点所经历 的焊接热循环是比较理想的。对于1点来讲， 一方面使该点在Ac3以上停留时间较短，避 免了晶粒长大；另一方面减缓了Ac3 以下的 冷却速度，从而防止淬硬组织产生。对于4 点来讲，预热基础上开始焊接的，如焊缝 的长度控制合适，那么Ac3以上停留时间仍 可较短，使晶粒不易长大。为防止最后一 层产生脆硬组织，可多一层退火焊道，以 便增长奥氏体的分解时间(由tB增至tB’)。
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 晶粒易长大而又易于淬硬的钢种。
但是，短段多层焊的操作工艺十分繁琐， 生产率低，只有在特殊情况下才采用。
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℃
2.加热速度快；几十倍甚至几百倍
近年来许多国家为便于分析研 究，常采用某一温度范围内的冷却 时间来讨论热影响区组织性能的变 化，如800～500℃的冷却时间t8/5 ， 800 ～ 300℃的冷却时间t8/3和从 峰值温度Tm冷至100℃的冷却时间 t100 等，这要根据不同金属材料所 存在的问题来决定。
焊接热循环是焊接接头经受热 作用的里程，研究它对于了解应力 变形、接头组织和力学性能等都是 十分重要的，是提高焊接质量的重 要途径。
二.多层焊热循环的特点
在实际焊接中,厚板多采用多层焊接,因 此,有必要了解多层焊热循环作用特点。在 单层焊时,因为受到焊缝截面积的限制,不能 在更大的范围内调整功率和焊速,所以焊接 热循环的调整也受到限制。多层焊比单层 焊具有更优越的地方,它是由许多单层热循 环联合在一起的综合作用,同时相邻焊层之 间彼此具有热处理性质.从提高焊接质量而 言,多层焊往往易达到要求。在实际生产中， 根据要求不同，多层焊分为“长段多层焊” 和“短段多层焊”
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） 加热速度(ωH )
焊接条件下的加热速度比热处理条件 下要快的多，并随加热速度的提高，则相 变温度但随之提高，同时奥氏体的均质化 和碳化物的溶解也越不充分。因此，必然 会影响到焊接HAZ冷却后的组织与性能。
加热速度与许多因素有关，例如不同的 焊接方法、焊接线能量、板厚及几何尺寸， 以及被焊金属的热物理性质等。低合金钢 几种常用的焊接方法的加热速度、冷却速 度等有关数据见表4-l所示。
以件这两种不同热过程 组织转变的差异.
焊接和热处理时，加热及冷却过程如图 4-20所示。其中两种情况的冷却曲线1、2、 3…彼此具有各自相同的冷却速度。
根据上述的实验条件、采用专用的焊接 热模拟试验机和快速相变仪，得到了两种 钢在焊接和热处理条件下连续冷却的组织 转变图(即CCT图)，如图4 -21和图4 -22所 示。
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。
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）
焊接热影响区的组 织和性能
第二章 焊接热影响区的组织
第一节 焊接热循环
第二节 焊接热循环条件下的金属 组织转变特点
第三节 热影响区组织和性能
焊接热影响区：熔焊时在集中热 源的作用下，焊缝两侧发生组织和性 能变化的区域称为“热影响区”
(Heat Affected zone,简称HAZ)
或称“近缝区”(Near Weld Zone) 焊接接头是由两个主要部分组成，即 焊缝和焊接热影响区，如图4-1所示。
3.高温停留时间短 手弧，4~20秒； 埋弧，30~100秒 4.自然条件下连续冷却 5.局部加热
一、焊接时加热过程组织转变特点
１.加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的相变温度 发生了很大的变化。加热速度越快，Ac1和Ac3 的温度越高，而且Ac1和Ac3的温差越大。 焊接时,由于采用的焊接方法不同,规范不同,加 热速度可在很大的范围内变化。
表4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比
表4-9是45钢和40Cr钢在焊接和热处理时同样冷 却速度条件下的组织百分比。由图 4-21、图4-22和 表4-9可以看出，45钢在焊接条件比在热处理条件下 的CCT曲线稍向右移(主要考虑Ms附近)。说明在相同 冷却速度条件下，焊接时比热处理时的淬硬倾向大。 如冷却速度为30℃／s，焊接时可得到92％马氏体， 而热处理时只得到69％马氏体。
２.加热速度对Ａ均质化影响
加热速度不但对相变点有影响,对Ａ均质化也 有影响.因为Ａ均质化属扩散过程。在快速加 热条件下，来不及完成扩散过程。
３.近缝区的晶粒长大
在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使晶粒发 生严重长大,影响焊接接头塑性,韧性,产生热 裂纹,冷裂纹.
二.焊接时冷却过程组织转变特点
研究焊热影响区的熔合线附近的情况 ,这一区域是焊接接头的薄弱地带。
应当指出，对于一些淬硬倾向较大的 钢种，不适于长段多层焊接。因为这些钢 在焊第一层以后，焊接第二层之前，近缝 区或焊缝由于淬硬倾向较大而有产生裂纹 的可能。所以焊接这种钢时，应特别注意 与其他工艺措施的配合，如焊前预热、层 间温度控制，以及后热缓冷等。
所谓短段多层焊，就是每道焊缝长度较 短(约为50～ 400mm)，在这种情况下，未 等前层焊缝冷却到较低温度(如Ms点)就开 始焊接下一道焊缝。短段多层焊的热循环 如图4-18所示。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
10
（三）在相变温度以上的停留时间（th）
冷却速度是决定焊接HAZ组织性能的主 要参数，如同热处理时的冷却速度一样。应 当指出，焊接时的冷却过程在不同阶段是不 同的。这里所讨论的是指一定温度范围内的 平均冷却速度，或者是冷至某一瞬时温度Tc 的冷却速度。对于低合金钢的焊接来讲，有 重要影响的是熔合线附近冷却过程中约 540℃的瞬时冷却速度(见图4-5的C点)。
由图4-18看出，近缝区1点和4点所经历 的焊接热循环是比较理想的。对于1点来讲， 一方面使该点在Ac3以上停留时间较短，避 免了晶粒长大；另一方面减缓了Ac3 以下的 冷却速度，从而防止淬硬组织产生。对于4 点来讲，预热基础上开始焊接的，如焊缝 的长度控制合适，那么Ac3以上停留时间仍 可较短，使晶粒不易长大。为防止最后一 层产生脆硬组织，可多一层退火焊道，以 便增长奥氏体的分解时间(由tB增至tB’)。
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 晶粒易长大而又易于淬硬的钢种。
但是，短段多层焊的操作工艺十分繁琐， 生产率低，只有在特殊情况下才采用。
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℃
2.加热速度快；几十倍甚至几百倍
近年来许多国家为便于分析研 究，常采用某一温度范围内的冷却 时间来讨论热影响区组织性能的变 化，如800～500℃的冷却时间t8/5 ， 800 ～ 300℃的冷却时间t8/3和从 峰值温度Tm冷至100℃的冷却时间 t100 等，这要根据不同金属材料所 存在的问题来决定。
焊接热循环是焊接接头经受热 作用的里程，研究它对于了解应力 变形、接头组织和力学性能等都是 十分重要的，是提高焊接质量的重 要途径。
二.多层焊热循环的特点
在实际焊接中,厚板多采用多层焊接,因 此,有必要了解多层焊热循环作用特点。在 单层焊时,因为受到焊缝截面积的限制,不能 在更大的范围内调整功率和焊速,所以焊接 热循环的调整也受到限制。多层焊比单层 焊具有更优越的地方,它是由许多单层热循 环联合在一起的综合作用,同时相邻焊层之 间彼此具有热处理性质.从提高焊接质量而 言,多层焊往往易达到要求。在实际生产中， 根据要求不同，多层焊分为“长段多层焊” 和“短段多层焊”
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） 加热速度(ωH )
焊接条件下的加热速度比热处理条件 下要快的多，并随加热速度的提高，则相 变温度但随之提高，同时奥氏体的均质化 和碳化物的溶解也越不充分。因此，必然 会影响到焊接HAZ冷却后的组织与性能。
加热速度与许多因素有关，例如不同的 焊接方法、焊接线能量、板厚及几何尺寸， 以及被焊金属的热物理性质等。低合金钢 几种常用的焊接方法的加热速度、冷却速 度等有关数据见表4-l所示。
以件这两种不同热过程 组织转变的差异.
焊接和热处理时，加热及冷却过程如图 4-20所示。其中两种情况的冷却曲线1、2、 3…彼此具有各自相同的冷却速度。
根据上述的实验条件、采用专用的焊接 热模拟试验机和快速相变仪，得到了两种 钢在焊接和热处理条件下连续冷却的组织 转变图(即CCT图)，如图4 -21和图4 -22所 示。
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。
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）