5焊接熱影響區(qū)的組織和性能（95頁(yè))ppt課件

1、第二章焊接熱影響區(qū)的組織和性能第一節(jié) 焊接熱循環(huán)第二節(jié) 焊接熱循環(huán)條件下的金屬 組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)第三節(jié) 熱影響區(qū)組織和性能第二章 焊接熱影響區(qū)的組織 焊接熱影響區(qū)：熔焊時(shí)在集中熱源的作用下，焊縫兩側(cè)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域稱(chēng)為“熱影響區(qū) (Heat Affected zone,簡(jiǎn)稱(chēng)HAZ) 或稱(chēng)“近縫區(qū)(Near Weld Zone) 焊接接頭是由兩個(gè)主要部分組成，即焊縫和焊接熱影響區(qū)，如圖4-1所示。第一節(jié) 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán):焊接過(guò)程中熱源沿焊件挪動(dòng)時(shí)，焊件上某點(diǎn)溫度由低而高，到達(dá)最高值后，又由高而低隨時(shí)間的變化稱(chēng)為焊接熱循環(huán)。它是描畫(huà)焊接過(guò)程中熱源對(duì)被焊金屬的熱作用。距焊縫不同間隔的各點(diǎn)，

2、所閱歷的熱循環(huán)是不同的，如圖4-3所示。另外，由于焊接方法不同，熱循環(huán)曲線的外形也發(fā)生較大的變化。圖4-3 距焊縫不同間隔各點(diǎn)的熱循環(huán)低碳鋼，板厚20mm,手弧焊圖4-4 不同焊接方法的焊接熱循環(huán)1手弧焊 2埋弧焊 3電渣焊一、焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)1.加熱速度( WH ) 2.加熱的最高溫度( Tm ) 3.在相變溫度以上的停留時(shí)間(tH) 4.冷卻速度(Wc)或冷卻時(shí)間 t8/5 、t8/3 、t100 一 加熱速度(H ) 焊接條件下的加熱速度比熱處置條件下要快的多，并隨加熱速度的提高，那么相變溫度但隨之提高，同時(shí)奧氏體的均質(zhì)化和碳化物的溶解也越不充分。因此，必然會(huì)影響到焊接HAZ冷卻后的

3、組織與性能。 加熱速度與許多要素有關(guān)，例如不同的焊接方法、焊接線能量、板厚及幾何尺寸，以及被焊金屬的熱物理性質(zhì)等。低合金鋼幾種常用的焊接方法的加熱速度、冷卻速度等有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4-l所示。 二加熱的最高溫度Tm 金屬的組織和性能除化學(xué)成分的影響之外,主要與加熱的最高溫度Tm 和冷卻速度c有關(guān)。例如低碳鋼和低合金鋼焊接時(shí)，在熔合線附近的過(guò)熱區(qū)，由于溫度高(13000)，晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大，從而使韌性嚴(yán)重下降。 三在相變溫度以上的停留時(shí)間th 在相變溫度Th以上停留的時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于奧氏體的均質(zhì)化過(guò)程，但溫度太高時(shí)(如1100以上)即使停留時(shí)不長(zhǎng)，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的晶粒長(zhǎng)大。為便于分析研討，把高溫停留時(shí)

4、間th分為加熱過(guò)程的停留時(shí)間t和冷卻過(guò)程的停留時(shí)間t,即th t十t(參見(jiàn)圖4-5)。四冷卻速度(c)和冷卻時(shí)間(t8/5、t8/3、t100) 冷卻速度是決議焊接HAZ組織性能的主要參數(shù)，好像熱處置時(shí)的冷卻速度一樣。該當(dāng)指出，焊接時(shí)的冷卻過(guò)程在不同階段是不同的。這里所討論的是指一定溫度范圍內(nèi)的平均冷卻速度，或者是冷至某一瞬時(shí)溫度Tc的冷卻速度。對(duì)于低合金鋼的焊接來(lái)講，有重要影響的是熔合線附近冷卻過(guò)程中約540的瞬時(shí)冷卻速度(見(jiàn)圖4-5的C點(diǎn))。 近年來(lái)許多國(guó)家為便于分析研討，常采用某一溫度范圍內(nèi)的冷卻時(shí)間來(lái)討論熱影響區(qū)組織性能的變化，如800500的冷卻時(shí)間t8/5 ，800 300的冷卻時(shí)

5、間t8/3和從峰值溫度Tm冷至100的冷卻時(shí)間t100 等，這要根據(jù)不同金屬資料所存在的問(wèn)題來(lái)決議。 焊接熱循環(huán)是焊接接頭經(jīng)受熱作用的里程，研討它對(duì)于了解應(yīng)力變形、接頭組織和力學(xué)性能等都是非常重要的，是提高焊接質(zhì)量的重要途徑。二.多層焊熱循環(huán)的特點(diǎn) 在實(shí)踐焊接中,厚板多采用多層焊接,因此,有必要了解多層焊熱循環(huán)作用特點(diǎn)。在單層焊時(shí),由于遭到焊縫截面積的限制,不能在更大的范圍內(nèi)調(diào)整功率和焊速,所以焊接熱循環(huán)的調(diào)整也遭到限制。多層焊比單層焊具有更優(yōu)越的地方,它是由許多單層熱循環(huán)結(jié)合在一同的綜協(xié)作用,同時(shí)相鄰焊層之間彼此具有熱處置性質(zhì).從提高焊接質(zhì)量而言,多層焊往往易到達(dá)要求。在實(shí)踐消費(fèi)中，根據(jù)要求

6、不同，多層焊分為“長(zhǎng)段多層焊和“短段多層焊 一長(zhǎng)段多層焊焊接熱循環(huán) 所謂長(zhǎng)段多層焊，即每道焊縫的長(zhǎng)度較長(zhǎng)(普通1m以上)，這樣在焊完第一層再焊第二層時(shí)，第一層已根本冷至較低的溫度(普通在100200以下)，其焊接熱循環(huán)的變化如圖4-17所示。由圖4-17可以看出，相鄰各層之間有依次熱處置的作用，為防止最后一層淬硬，可多加一層“退火焊道，從而使焊接質(zhì)量有所改善。 該當(dāng)指出，對(duì)于一些淬硬傾向較大的鋼種，不適于長(zhǎng)段多層焊接。由于這些鋼在焊第一層以后，焊接第二層之前，近縫區(qū)或焊縫由于淬硬傾向較大而有產(chǎn)生裂紋的能夠。所以焊接這種鋼時(shí)，應(yīng)特別留意與其他工藝措施的配合，如焊前預(yù)熱、層間溫度控制，以及后熱緩冷

7、等。二短段多層焊焊接熱循環(huán) 所謂短段多層焊，就是每道焊縫長(zhǎng)度較短(約為50 400mm)，在這種情況下，未等前層焊縫冷卻到較低溫度(如Ms點(diǎn))就開(kāi)場(chǎng)焊接下一道焊縫。短段多層焊的熱循環(huán)如圖4-18所示。 由圖4-18看出，近縫區(qū)1點(diǎn)和4點(diǎn)所閱歷的焊接熱循環(huán)是比較理想的。對(duì)于1點(diǎn)來(lái)講，一方面使該點(diǎn)在Ac3以上停留時(shí)間較短，防止了晶粒長(zhǎng)大；另一方面減緩了Ac3 以下的冷卻速度，從而防止淬硬組織產(chǎn)生。對(duì)于4點(diǎn)來(lái)講，預(yù)熱根底上開(kāi)場(chǎng)焊接的，如焊縫的長(zhǎng)度控制適宜，那么Ac3以上停留時(shí)間仍可較短，使晶粒不易長(zhǎng)大。為防止最后一層產(chǎn)生脆硬組織，可多一層退火焊道，以便增長(zhǎng)奧氏體的分解時(shí)間(由tB增至tB)。 由此可

8、見(jiàn)，短段多層焊對(duì)焊縫和熱影響區(qū)組織都具有一定的改善作用，適于焊接晶粒易長(zhǎng)大而又易于淬硬的鋼種。 但是，短段多層焊的操作工藝非常繁瑣，消費(fèi)率低，只需在特殊情況下才采用。第二節(jié) 焊接熱循環(huán)條件下的 金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 特點(diǎn)：2.加熱速度快；幾十倍甚至幾百倍1.加熱溫度高熱處置加熱溫度都不超越Ac3以上100200 4.自然條件下延續(xù)冷卻3.高溫停留時(shí)間短 手弧，420秒；埋弧，30100秒 5.部分加熱一、焊接時(shí)加熱過(guò)程組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) .加熱速度對(duì)相變點(diǎn)的影響焊接時(shí)的加熱速度很快,各種金屬的相變溫度發(fā)生了很大的變化。加熱速度越快，Ac1和Ac3的溫度越高，而且Ac1和Ac3的溫差越大。焊接時(shí),由于采用

9、的焊接方法不同,規(guī)范不同,加熱速度可在很大的范圍內(nèi)變化。.加熱速度對(duì)均質(zhì)化影響 加熱速度不但對(duì)相變點(diǎn)有影響,對(duì)均質(zhì)化也有影響.由于均質(zhì)化屬分散過(guò)程。在快速加熱條件下，來(lái)不及完成分散過(guò)程。.近縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大 在焊接條件下,近縫區(qū)由于劇烈過(guò)熱使晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大,影響焊接接頭塑性,韌性,產(chǎn)生熱裂紋,冷裂紋.二.焊接時(shí)冷卻過(guò)程組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 研討焊熱影響區(qū)的熔合線附近的情況,這一區(qū)域是焊接接頭的薄弱地帶。以45鋼、40Cr為例,比較焊接條件和熱處置條件這兩種不同熱過(guò)程組織轉(zhuǎn)變的差別. 焊接和熱處置時(shí)，加熱及冷卻過(guò)程如圖4-20所示。其中兩種情況的冷卻曲線1、2、3彼此具有各自一樣的冷卻速度。 根據(jù)上述的

10、實(shí)驗(yàn)條件、采用公用的焊接熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)和快速相變儀，得到了兩種鋼在焊接和熱處置條件下延續(xù)冷卻的組織轉(zhuǎn)變圖(即CCT圖)，如圖4 -21和圖4 -22所示。鋼種冷卻速度組 織 （%）鐵素體馬氏體珠光體及中間組織45鋼41830605(10)1(3)1(1)0(00（0）90（27）92（69）98（98）95（90）9（70）7（30）2（2）40Cr41422361（0）0（0）0（0）0（0）75（95）90（98）95（100）100（100）24（5）10（2）5（0）0（0）表4-9 焊接及熱處置條件下的組織百分比 表4-9是45鋼和40Cr鋼在焊接和熱處置時(shí)同樣冷卻速度條件下的組織百分

11、比。由圖 4-21、圖4-22和表4-9可以看出，45鋼在焊接條件比在熱處置條件下的CCT曲線稍向右移(主要思索Ms附近)。闡明在一樣冷卻速度條件下，焊接時(shí)比熱處置時(shí)的淬硬傾向大。如冷卻速度為30s，焊接時(shí)可得到92馬氏體，而熱處置時(shí)只得到69馬氏體。 相反，40Cr鋼在焊接條件下的CCT曲線比熱處置條件下的CCT曲線向左挪動(dòng)，也就是在同樣冷卻速度下焊接時(shí)比熱處置時(shí)的淬硬傾向小。例如，焊接條件下當(dāng)冷卻速度為36s時(shí)，可得到l00的馬氏體，而熱處置條件下只需22s即可得到l00馬氏體。 根據(jù)金屬學(xué)原理可以知道，碳化物合金元素(如Cr、Mo、V、Ti、Nb等)只需它們充分溶解在奧氏體的內(nèi)部，才會(huì)添

12、加奧氏體的穩(wěn)定性(即添加淬硬傾向)。很顯然在熱處置條件下，可以有充分的時(shí)間使碳化物合金元素向奧氏體內(nèi)部溶解。而在焊接條件下，由于加熱速度快，高溫停留時(shí)間短，所以這些合金元素不能充分地溶解在奧氏體中，因此降低了淬硬傾向。至于不含碳化物合金元素的鋼(如45鋼)，一方面不存在碳化物的溶解過(guò)程，另一方面在焊接條件下，由于近縫區(qū)組織粗化，故淬硬傾向比熱處置條件下要大。1.CCT圖的建立:采用焊熱熱模擬實(shí)驗(yàn)安裝來(lái)建立某種鋼的CCT圖.2.意義:在新鋼種投產(chǎn)之前,可預(yù)先估計(jì)熱影響區(qū)的組織性能,或作為制定工藝,焊接線能量的根據(jù).3.CCT圖的運(yùn)用: 經(jīng)過(guò)CCT圖可得到在不同的冷卻速度下的組織,即估計(jì)組織及預(yù)測(cè)

13、性能. 三.焊接條件下CCT圖的建立及其運(yùn)用 圖4-23是16Mn鋼的CCT圖及組織和硬度的變化。 由圖4-23可以看出，只需知道在焊接條件下熔合區(qū)附近(Tm13000)t8/5冷卻時(shí)間，就可以在此圖上查出相應(yīng)的組織和硬度。這樣就可以預(yù)先判別出在這種焊接條件下的接頭性能，也可以預(yù)測(cè)此鋼種的淬硬傾向及產(chǎn)生冷裂紋的能夠性。同時(shí)也可以作為調(diào)理焊接工藝參數(shù)和改良工藝(預(yù)熱、后熱及焊后熱處置等)的根據(jù)。 因此，建立焊接條件下的CCT圖和t8/5與組織硬度的分布圖對(duì)于焊接性分析和提高焊接接頭的質(zhì)量具有非常重要的意義影響CCT圖的要素有 (一)母材化學(xué)成分 (二)冷卻速度 (三)峰值溫度 (四)晶粒粗化 (

14、五)應(yīng)力應(yīng)變 一母材化學(xué)成分的影響 焊接條件下的CCT曲線的外形(實(shí)踐上是代表鋼種的淬硬傾向)，從根本上來(lái)說(shuō)取決于母材的成分，這一點(diǎn)與熱處置條件下的CCT圖是一致的。 除鈷之外，一切固溶于奧氏體的合金元素都使S曲線向右移，即添加淬便傾向，并降低Ms點(diǎn)，其中以碳的影響為最大。由金屬學(xué)原理可知，由于成分不同，在同一冷卻速度下，那么得到不同的組織，因此硬度也不同。二冷卻速度的影響 高溫構(gòu)成的奧氏體，因冷卻速度不同，可得到不同的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。冷卻速度對(duì)相變的影響，隨著冷卻速度的增高，對(duì)于Fe-C合金來(lái)講，A1、A3 、 Acm均移向更低的溫度。同時(shí)共析成分也由C083%轉(zhuǎn)為C0408，也就是說(shuō)在快速冷卻條

15、件下，C04的鋼就可以得到全部為珠光體的組織(偽共析組織)。 在焊接條件下，加熱和冷卻都比較快，對(duì)相變必然會(huì)有較大的影響。因此，CCT圖形有變動(dòng)，有時(shí)為了改善焊接熱影響區(qū)的組織，適當(dāng)調(diào)整焊接線能量和采用預(yù)熱及后熱等措施，以降低冷卻速度。該當(dāng)指出當(dāng)鋼中含有碳化物或氮化物構(gòu)成元素時(shí)，只需它們固溶于奧氏體之后，才干添加奧氏體的穩(wěn)定性。焊接時(shí)，加熱速度很快，碳化物或氮化物并未溶解于奧氏體中，因此在快速冷卻條件下，反而會(huì)降低奧氏體的穩(wěn)定性，使奧氏體提早轉(zhuǎn)變。 最新的研討闡明，冷卻速度增大時(shí)，Ms有所上升，并且會(huì)改動(dòng)馬氏體的形狀。由于增大冷卻速度使馬氏體增大滑移的抗力，不均勻切變就會(huì)以孿晶方式進(jìn)展，馬氏體

16、就由條狀變?yōu)槠瑺睢?三峰值溫度的影響 峰值溫度越高，一方面使過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性加大，另一方面也會(huì)促使奧氏體晶粒粗化，這兩方面的作用都會(huì)影響CCT圖的形狀。峰值溫度不同對(duì)16Mn鋼CCT圖的影響如圖4-25所示。由圖可看出，加熱溫度高的 CCT圖(Tm1300)比加熱溫度低的CCT圖(Tm 900)要向右移，闡明奧氏體的穩(wěn)定性增大。但是在焊接條件下，由于加熱速度快高溫停留時(shí)間短，比起爐中緩慢加熱時(shí)的影響要小些。四晶粒粗化的影響焊接條件下，近縫區(qū)由于劇烈地過(guò)熱而使晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大，這不僅影響焊接接頭的性能，同時(shí)也增大了產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)性。 根據(jù)幾種鋼在焊接熱循環(huán)條件下晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)的研討可知，峰值溫

17、度附近晶粒長(zhǎng)大的速度最快，當(dāng)溫度開(kāi)場(chǎng)下降時(shí)，晶粒長(zhǎng)大的趨勢(shì)并不減弱，不斷冷卻到1100以下略有下降，到達(dá)一定尺寸之后就不再繼續(xù)長(zhǎng)大。 由此可知，在焊接條件下，奧氏體晶粒不但在加熱過(guò)程中長(zhǎng)大，而且在冷卻過(guò)程也在長(zhǎng)大，即所謂晶粒長(zhǎng)大的“熱慣性 晶粒粗化對(duì)奧氏體的分解轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形狀有很大的影響。晶粒越粗大，晶界的總面積越少，也就減少了形核的時(shí)機(jī)，也就不利于奧氏體的轉(zhuǎn)變。五應(yīng)力應(yīng)變的影響 焊接時(shí)不可防止地會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力、組織應(yīng)力，以及拘謹(jǐn)應(yīng)力，這樣就會(huì)引起彈性和塑性變形，對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變具有重要影響。拉伸應(yīng)力對(duì)CCT曲線的影響如圖4-28所示，由圖看出，有拉伸應(yīng)力存在時(shí)會(huì)明顯地降低奧氏體的穩(wěn)定性，

18、使CCT曲線明顯地向左上方偏移。應(yīng)力和應(yīng)變都會(huì)添加奧氏體的內(nèi)能，從而加速分散過(guò)程，有利于分散型相變的進(jìn)展。此外，應(yīng)力應(yīng)變同樣也影響到馬氏體轉(zhuǎn)變，拉伸應(yīng)力可促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變，即Ms升高和馬氏體轉(zhuǎn)變量添加。此外，切應(yīng)力也能促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變，正壓應(yīng)力那么會(huì)妨礙馬氏體轉(zhuǎn)變。第三節(jié) 焊接熱影響區(qū)的組織和性能 一.焊接熱影響區(qū)的組織分布 焊接構(gòu)造鋼根據(jù)熱處置特性不同分為兩類(lèi):淬火鋼,不易淬火鋼,分別講述淬火鋼和不易淬火鋼的組織分布. 1.不易淬火鋼:如低碳鋼,某些不易淬硬的低合金鋼,如16Mn.15MoV.15MnTi等 熱影響區(qū)的組織分布 1).熔合區(qū) 2).過(guò)熱區(qū) 3).相變重結(jié)晶區(qū) 4).不完全重結(jié)晶區(qū)

19、 相變重結(jié)晶區(qū)焊縫金屬母材熔合區(qū)過(guò)熱 區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)16 Mn鋼 焊接熱影響區(qū)1).熔合區(qū) 即焊縫與母材相鄰的部位，又稱(chēng)半熔化區(qū)(溫度處于固液相線之間)，這個(gè)區(qū)的微觀行為非常復(fù)雜，焊縫與母材的不規(guī)那么結(jié)合，構(gòu)成了參差不齊的分界面。此區(qū)的范圍雖然很窄，但由于在化學(xué)成分上和組織性能上都有較大的不均勻性，所以對(duì)焊接接頭的強(qiáng)度、韌性都有很大的影響。在許多情況下熔合區(qū)是產(chǎn)生裂紋、脆性破壞的發(fā)源地，因此引起了普通的注重。2).過(guò)熱區(qū) 此區(qū)的溫度范圍是處在固相線以下到1100左右，金屬是處于過(guò)熱的形狀，奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重的長(zhǎng)大景象，冷卻之后便得到粗大的組織(普通對(duì)于低碳鋼來(lái)講，焊后晶粒度都在12級(jí))；在氣

20、焊和電渣焊的條件下常出現(xiàn)魏氏組織(見(jiàn)圖4-30)。 此區(qū)的韌性很低，通常要降低20-30，因此，焊接剛度較大的構(gòu)造時(shí)，常在過(guò)熱粗晶區(qū)產(chǎn)生脆化或裂紋。過(guò)熱區(qū)的大小與焊接方法、焊接線能量和母材的板厚等有關(guān)。3).相變重結(jié)晶區(qū)正火區(qū) 焊接時(shí)母材金屬被加熱到Ac3以上的部位，將發(fā)生重結(jié)晶(即鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體)，然后在空氣中冷卻就會(huì)得到均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體相當(dāng)于熱處置時(shí)的正火組織。此區(qū)的塑性和韌性都比較好，所處的溫度范圍約在A31000 之間。4).不完全重結(jié)晶區(qū) 焊接時(shí)處于Ac1Ac3之間范圍內(nèi)的熱影響區(qū)就是屬于不完全重結(jié)晶區(qū)。由于處于Ac1Ac3范圍內(nèi)只需一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)

21、晶過(guò)程，成為晶粒細(xì)小的鐵素體和珠光體，而另-部分是一直未能溶入奧氏體的鐵素體，成為粗大的鐵素體。所以此區(qū)特點(diǎn)是晶粒大小不一，組織不均勻，因此力學(xué)性能也不均勻。2.易淬火鋼 此類(lèi)鋼熱影響區(qū)的組織分布與母材焊前熱處置有關(guān)焊前熱處置.退火,正火,調(diào)質(zhì) 1).完全淬火區(qū) 2).不完全淬火區(qū) 3).對(duì)于調(diào)質(zhì)處置的鋼(母材焊前處于調(diào)質(zhì)形狀)回火區(qū)以下,發(fā)生不同程度的回火處置回火區(qū).組織性能變化取決于焊前調(diào)質(zhì)形狀的溫度.1).完全淬火區(qū) 焊接時(shí)熱影響區(qū)處于Ac3以上的區(qū)域，由于這類(lèi)鋼的淬硬傾向較大，故焊后將得到淬火組織(馬氏體)。在接近焊縫附近(相當(dāng)于低碳鋼的過(guò)熱區(qū))，由于晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，故得到粗大的馬氏體，

22、而相當(dāng)于正火區(qū)的部位得到細(xì)小的馬氏體。根據(jù)冷卻速度和線能量的不同，還能夠出現(xiàn)貝氏體，從而構(gòu)成了與馬氏體共存的混合組織。這個(gè)區(qū)在組織特征上都是屬同一類(lèi)型(馬氏體)，只是粗細(xì)不同，因此統(tǒng)稱(chēng)為完全淬火區(qū)。2).不完全淬火區(qū) 母材被加熱到Ac1Ac3溫度之間的熱影響區(qū)，在快速加熱條件下，鐵素體很少溶入奧氏體，而珠光體、貝氏體、索氏體等轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，在隨后快冷時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。原鐵素體堅(jiān)持不變，并有不同程度的長(zhǎng)大，最后構(gòu)成馬氏體-鐵素體的組織，故稱(chēng)不完全淬火區(qū)。如含碳量和合金元素含量不高或冷卻速度較小時(shí)，也能夠出現(xiàn)索氏體和珠光體。 對(duì)于調(diào)質(zhì)處置的鋼(母材焊前處于調(diào)質(zhì)形狀)回火區(qū)以下,發(fā)生不同程度的

23、回火處置回火區(qū).組織性能變化取決于焊前調(diào)質(zhì)形狀的溫度.3.留意問(wèn)題 1).熱影響區(qū)中熔合區(qū),過(guò)熱區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大,是焊接接頭的薄弱地帶.2).低碳鋼的不完全重結(jié)晶區(qū),在急冷急熱的條件下,會(huì)表現(xiàn)出高碳鋼的行為. 3).成分偏析嚴(yán)重,C.P.S高時(shí)易產(chǎn)生淬硬組織,裂紋. 二.焊接熱影響區(qū)的性能 (一)焊接熱影響區(qū)的硬化 硬度 為了方便起見(jiàn),經(jīng)常用硬度的變化來(lái)斷定熱影響區(qū)的性能變化,硬度高的區(qū)域,強(qiáng)度也高,塑性.韌性下降,測(cè)定熱影響區(qū)的硬度分布可以間接來(lái)估計(jì)熱影響區(qū)的強(qiáng)度,塑性和裂紋傾向影響硬度的要素。 1)碳當(dāng)量Carbon Equivalent)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)日本焊接協(xié)會(huì)碳含量0.18%以上的鋼種主

24、要適用于碳含量C0.17%以上的鋼種近年來(lái)常用的公式碳含量范圍： 0.034% 0.254%2)碳當(dāng)量及冷卻時(shí)間t8/5 與HAZ最高硬度Hmax 的關(guān)系3焊接HAZ最高硬度的計(jì)算公式(1)國(guó)產(chǎn)鋼硬度計(jì)算公式當(dāng)t8/5 tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm 81lg t8/5國(guó)產(chǎn)低合金鋼(2)鈴木公式日本低合金高強(qiáng)鋼Hmax(HV10)=140+1089Pcm 8.2t8/5(二)焊接熱影響區(qū)的脆化1)粗晶脆化產(chǎn)生緣由:合金要素對(duì)于不易淬火鋼,主要是晶粒長(zhǎng)大,構(gòu)成粗大魏氏組織(W),易淬火鋼,產(chǎn)生脆硬的孿晶M.此區(qū)處在焊縫與母材的過(guò)渡地帶,物理化學(xué)的不均勻性 。組織脆化1M-A組元

25、脆化2析出脆化3遺傳脆化1 M-A組元脆化 M-A組元是焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)在一定冷卻速度條件下構(gòu)成的，它不僅出如今焊縫，也出如今HAZ。M-A組元的構(gòu)成是某些低合金鋼的焊接HAZ處于中溫上貝氏體的轉(zhuǎn)變區(qū)間，先析出含碳很低的鐵素體，并且逐漸擴(kuò)展，而使碳大部分集富到被鐵素體包圍的島狀剩余奧氏體中去。當(dāng)延續(xù)冷卻到400350時(shí)，剩余奧氏體的碳濃度可達(dá) 0.5 0.8，隨后這些高碳奧氏體可轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛捡R氏體與剩余奧氏體的混合物，即M-A組元。 M-A組元的構(gòu)成溫度是在上貝氏體的溫度范圍內(nèi)，因奧氏體的含碳量高，在較大速度下會(huì)全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺铖R氏體(孿晶)；而冷速緩慢時(shí)，奧氏體又會(huì)分解為鐵素體和滲碳體，構(gòu)成M

26、-A組元只在中等的冷卻速度最易產(chǎn)生如圖4-46a所示。由圖4-46b可以看出，隨M-A組元的增多，脆性轉(zhuǎn)變溫度顯著升高，使焊接HAZ脆化。 除冷卻條件之外，影響M-A組元的構(gòu)成還有合金化程度。合金化程度較高時(shí)，穩(wěn)定性較大，因此不易分解構(gòu)成M-A組元 實(shí)際證明，低溫回火(250)可以有助于M-A組元的分解而改善韌性，(450500)改善的效果更為顯著。但改善的程度與初始M-A組元的含量有關(guān)。 綜上所述，焊接HAZ有M-A組元存在時(shí)會(huì)添加脆性。根據(jù)研討，M-A組元脆化的緣由，在于剩余奧氏體增碳后在焊接冷卻條件下易于構(gòu)成孿晶馬氏體，并在界面上產(chǎn)生顯微裂紋沿M-A組元的邊境擴(kuò)展。因此，有M-A組元存在

27、時(shí)，成為潛在的裂源，并起到吸氫和應(yīng)力集中的作用。 有關(guān)M-A組元的構(gòu)成機(jī)理及引起脆化的緣由尚處深化研討的階段。2析出脆化 某些金屬或合金的焊接區(qū)是處于非平衡態(tài)的組織，化學(xué)上和物理上都有很明顯的不均勻性。在時(shí)效或回火過(guò)程中，從非穩(wěn)態(tài)固溶體中沿晶界析出碳化物、氮化物、金屬間化合物及其他亞穩(wěn)定的中間相等，對(duì)于普通低合金鋼來(lái)講主要是析出碳(氮)化物。由于這些新相的析出，而使金屬或合金的強(qiáng)度、硬度和脆性提高，這種景象稱(chēng)為析出脆化。 應(yīng)指出，強(qiáng)度和硬度提高并不一定發(fā)生脆化(如時(shí)效馬氏體鋼等)但發(fā)生脆化必然伴隨強(qiáng)度和硬度的提高。 關(guān)于析出脆化的機(jī)理，目前以為是由于析出產(chǎn)物出現(xiàn)以后，妨礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而且析出產(chǎn)物

28、并不是均勻的，常有偏析和聚集存在，從而使金屬的強(qiáng)度和硬度提高。 根據(jù)HACottrell等人的研討，曾用位錯(cuò)實(shí)際解釋析出脆化的機(jī)理。他們以為，從固溶體中析出的間隙原子(如C、N)時(shí)，常陳列在位錯(cuò)的周?chē)?，?gòu)成所謂“科氏氣團(tuán)(Cottrellatomospher)，那么析出物(碳、氮化物或其他金屬間化合物等)同樣也會(huì)構(gòu)成“科氏氣團(tuán)，從而妨礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)析出物從固溶體中析出時(shí)，質(zhì)點(diǎn)比較小(阻力不大)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)可以比較自在地穿過(guò)析出物的間距(見(jiàn)圖4-47a)，所以此時(shí)金屬(HAZ)尚未脆化，仍具有較好的韌性。隨時(shí)效時(shí)間的增長(zhǎng)，析出的質(zhì)點(diǎn)除進(jìn)一步增多之外，尚發(fā)生聚集，阻力增大，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)發(fā)生困難。當(dāng)A入0時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力最大，金屬的硬度(脆化)可達(dá)最大值(見(jiàn)圖4-47b)。 以后，隨時(shí)效時(shí)間的進(jìn)一步增長(zhǎng)，新的析出物逐漸減少，而原有析出物進(jìn)一步發(fā)生聚集，使析出物之間的間隔增大，從而使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)得以恢復(fù)。這時(shí)韌性又有所提高，而脆性有所減弱。不同類(lèi)型的析出，當(dāng)間距入0 (2550)10-8cm(原子間距)時(shí)，可達(dá)最大的脆化傾向。 此外，析出物的分布、形狀和尺寸對(duì)脆化都有影響。3遺傳脆化 厚板構(gòu)造多層焊時(shí)，假設(shè)第一焊道的HAZ粗晶區(qū)位于第二焊道