第七章 焊接接头组织和性能的控制

第七章 焊接接头组织和性能的控制

1.焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响？怎样利用热循环和其他工艺措施

改善HAZ 的组织性能？

答：

（1）在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，融合去和过热去出现了严重的晶粒粗

化，是整个接头的薄弱地带，而行能也是不均匀的，主要是淬硬、韧化和脆化，及综合力学性能，抗腐蚀性能，抗疲劳性能等。

（2）焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素：加热速度、加热的最高温度，在相等温度

以上的停留时间，冷却速度和冷却时间，研究它是研究焊接质量的主要途径，而在工艺措施上，常可采用长段的多层焊合短道多层焊，尤其是短道多层焊对热影响区的组织有以定的改善作用，适于焊接晶粒易长而易淬硬的钢种。

2. 冷却时间100t t 8

385、、t 的各自应用对象，为什么不常用某温度下（如540℃）的冷却速度？

答：对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围800~500℃冷却时间（8

5t ）对冷裂纹倾向较大的钢种，常采用800~300℃的冷却时间8

3t ，各冷却时间的选定要根据不同金属材料做存在的问题来决定

为了方便研究常用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响组织性能的变化，而某个温度下 比如540℃则为一个时刻即冷却至540℃时瞬时冷却速度 和组织性能。故不常用某以温度下的冷却速度，对于一般低合金钢来讲，主要研究热影响区溶合线附近冷却过程中540℃时瞬时冷却速度

3. 低合金钢焊接时，HAZ 粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时变相有何影响？

答：奥氏体的均质化过程为扩散过程，因此焊接时焊接速度快和相变以上停留时间短都不利

于扩散过程的进行，从而均质化过程差而 影响到冷却时间的组织相变，低合金钢在焊接条件下的CCT 曲线比热处理条件下的曲线向做移动，也就是在同样冷却速度下焊接时比热处理的淬硬倾向小，例如冷却速度为36s C / 时可得到100%的马氏体，在焊接时由于家人速度快，高温停留时间短 使合金元素不能充分溶解在奥氏体内，奥氏体均质化过成差，使相变组织差。

4.焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变有何不同？

答：焊接条件下的组织转变和热处理条件下的组织转变，从基本原理来讲是一致的，但是焊

接本身有5个特点：1、加热温度高2、加热速度高3、高温停留时间短4、自然条件下连续冷却，5、局部加热。如在加热时，由于加热速度很快，被焊金属的A C1和A C3温度提高，由珠光体、铁素体变为奥氏体的过程是扩散性重结晶过程需要有孕育期，在加热条件下来不及扩散所需的孕育期必然会引起相变温度升高，对于45*钢，在相同的冷却速度下，焊接时比热处理的淬硬倾向答，而对于40Cr 钢，同样的冷却速度下，焊接时比热处理的淬硬倾向小。

5. 在相同条件下焊接45*钢和40Cr 钢，哪以中钢的近缝区淬硬倾向大？为什么?

答：在相同条件下，40Cr 的淬硬大，根据金属学原理可知，碳化物合金元素（如Cr 、Mo 、Ti 、Nb 等）只有他们充分溶解在奥氏体的内部才会增加奥氏体的稳定性（既增加淬硬倾向）在焊接条件下，由于速度快，高温停留时间短，导致这些合金元素不能充分溶解造成淬硬倾向不含碳化物合金元素的钢如45钢，以方面不存在碳化物的溶解过程，另一方面近缝区组织易粗化，想比较之下催因倾向要小于40Cr 钢例如：40Cr 钢在36℃可得到100%的马氏体，而45*钢在60℃下也只得到98%的马氏体。

6. 影响焊接HAZ 最大硬度max H 的因素是什么？怎样利用max H 来判断HAZ 的组织和性能？它有什么优缺点？

答：影响焊接HAZ 最大硬度max H 的因素是含碳量、合金元素及冷却条件等，max H 越大，则

热影响区的淬硬越大，韧性越低，抗裂能力低。

7. 焊接HAZ 的脆化有几种？如何防止？

答：焊接热影响区的脆化有多种类型，如粗晶脆化，析出脆化，组织脆化，热应变时效脆化，

氢催化及石墨脆化等。

①粗晶脆化：晶粒长大受多种因素影响其中钢的化学成分，组织状态和加热温度及时间影响最大，若钢中含有碳氮化物的合金元素就会阻碍晶界迁移而有效的阻止晶粒长大，热影响区的粗晶脆化是在化学成分、组织状态不均匀的非平衡条件下形成的，而防止条件也就更加复杂，需要综合部同钢种等多方面考虑

②组织脆化：它是由于HAZ 出现脆硬组织造成的，根据被焊钢种的不同和韩姐冷却条件不同在HAZ 可能出现不同的脆性组织。如M-A 组元脆化，析出脆化和遗传脆化。对于一般低碳钢来说，，由于焊接HAZ 出现低碳马氏体和下贝氏体反而能够提高抗脆性能力，而高碳钢则易出现栾晶马氏体，因此焊接含碳较高的钢时，应采用较高的预热温度、焊后热处理等；

实践证明低温回火（<250℃）可以有助于M-A 组元分解改善韧性，中温回火（450-500℃）

的改善效果更显著；在焊接时保证化学、物理性质的均匀性能有效的防止脆化。当时效时间进一步增长时，新的析出物减少，原有的析出物进一步聚集，使析出物之间的距离增大使位错运动恢复从而脆化减弱

③时效脆化：可分为静应变时效脆化和动应变时效脆化，热应变时效脆化多发生在低碳钢和碳锰低合金钢的

Ar以下的热影响区，当钢中含有Cr、V、Mo、AL等碳氮化合物的元素

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可以降低脆化倾向焊接时适当提高溶合区的转变温度VTrs也可以有效的减轻脆化倾向。

④氢脆：是在室温下使钢的塑性严重下降的现象焊缝经去氢处理可是塑性恢复。

8. 何为HAZ的热应变时效脆化？在焊接工艺上如何防止？

答：在制造焊接结构的过程中，不可避免的要进行各种加工程序，如下料，剪切，弯曲变形，气割矫形，锤击和其他热加工程序，由于这些加工引起的局部变形，塑性变形对焊接热影响区有很大的影响，有此而引起的脆化成为热应变时效脆化，在钢中加入Mo等元素可以阻碍杂志元素在晶界处偏聚或者采用A1-A3亚温淬火的方法。

9. 碳调质钢焊接HAZ软化的机制？应该如何改善和控制？

答：焊接调质钢时，HAZ软化程度与母材焊前热处理状态有关，母材焊前调质处理的回火温度越低，则焊后软化程度越严重大量实验证明HAZ软化中最明显的部分是在A1-A3之间，因为处于不完全淬火区的奥氏体远为达到平衡，铁素体和碳化物物也未充分溶解，故冷却后造成该区的强度和硬度均较低，焊前母材强度越大，则焊后软化程度越大，应指出，焊接接头中，软化也只是很窄的一层，并处于强体间，变力时会产生应变强化的效应。

适当提高焊前调制处理的回火温度，可一定程度的改善软化现象，另外，采用不同的焊接方法和控制线性能量也会影响软化。

10.焊接低碳调质钢()%

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c和中碳调质钢，在选择焊接线性能量时应遵循什么原则？

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答：中碳调质钢焊接时，线性能量应控制在合理范围内，线性能量过大时，会使焊接热影响区的晶粒粗化，形成粗大的铁素体，甚至出现魏氏组织，对韧性不利，当线性能量国过小时，haz中会出现淬硬组织。