焊接熱影響區(qū)的組織和性能

焊接熱影響區(qū)的組織和性能1第1頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)焊接熱力模擬試驗(yàn)方法的特點(diǎn)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)組織和性能第四章焊接熱影響區(qū)組織和性能2第2頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重點(diǎn)內(nèi)容:

1)焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)、意義2)快速加熱,連續(xù)冷卻的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)3)CCT圖的應(yīng)用4)熱影響區(qū)的劃分方法5)不易淬硬鋼及淬硬鋼的焊接熱影響區(qū)分布和組織轉(zhuǎn)變

3第3頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4第4頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5第5頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§4-1焊接熱循環(huán)

焊接熱循環(huán):在焊接熱流作用時(shí),焊件上某一點(diǎn)P的溫度隨時(shí)間的變化過(guò)程叫作焊接熱循環(huán).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6第6頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.特點(diǎn)

1.加熱溫度高:熱處理加熱溫度以上100-200℃2.加熱速度快:

是熱處理加熱速度的幾十倍甚至幾百倍3.高溫停留時(shí)間短:手工焊以上停留時(shí)間最大20秒,埋弧自動(dòng)焊時(shí)30-100秒。

7第7頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.自然冷卻:

熱處理可根據(jù)要求控制冷卻速度或在冷卻過(guò)程中不同階段進(jìn)行保溫,焊接時(shí),自然條件下冷卻,冷卻速度快。5.局部加熱:

熱處理時(shí),工件是在爐中整體加熱,焊接時(shí),局部集中加熱,隨熱源的移動(dòng),局部加熱地區(qū)的范圍也移動(dòng).由于局部加熱產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力,組織轉(zhuǎn)變是在復(fù)雜應(yīng)力不完成。8第8頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬（一）峰值溫度Tm的計(jì)算（二）相變溫度以上停留時(shí)間tH的計(jì)算（三）瞬時(shí)冷卻速度Wc的計(jì)算（四）冷卻時(shí)間的計(jì)算9第9頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.多層焊熱循環(huán)的特點(diǎn)

在實(shí)際焊接中,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),因?yàn)槭艿胶缚p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)整也受到限制。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)聯(lián)合在一起的綜合作用,同時(shí)相臨焊層之間彼此具有熱處理性質(zhì).從提高焊接質(zhì)量而言,多層焊往往易達(dá)到要求

10第10頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多層焊主要考慮焊道層數(shù)和層間溫度。層間溫度：多層焊時(shí)，開(kāi)始焊接后--焊層時(shí)前--層焊道所具有的最低溫度即為層間溫度。 對(duì)后一焊道面言，前一焊道具有預(yù)熱作用，層間溫度相當(dāng)開(kāi)預(yù)熱溫度；對(duì)前一焊道來(lái)說(shuō)，后一焊道相當(dāng)開(kāi)預(yù)熱溫度；對(duì)前一焊道來(lái)說(shuō)，后一焊道應(yīng)該起后熱作用，產(chǎn)生一定熱處理效果。本節(jié)結(jié)束11第11頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多層焊接熱循環(huán)1.長(zhǎng)段多層焊接熱循環(huán)長(zhǎng)段焊道差不多在1m以上，這樣焊完第一層再焊第二層時(shí)，第一層焊縫基本上冷卻到100-200℃以下12第12頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月13第13頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.短段多層焊接熱循環(huán)（50-400mm）14第14頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§4-2焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)

特點(diǎn)：1.加熱溫度高熱處理加熱溫度以上100～200℃2.加熱速度快:3.高溫停留時(shí)間短4.自然冷卻5.局部加熱15第15頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、快速加熱的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)

１.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。焊接時(shí),由于采用的焊接方法不同,規(guī)范不同,加熱速度可在很大的范圍內(nèi)變化。16第16頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月２.加熱速度對(duì)Ａ均質(zhì)化影響加熱速度不但對(duì)相變點(diǎn)有影響,對(duì)Ａ均質(zhì)化也有影響.３.近縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大在焊接條件下,近縫區(qū)由于強(qiáng)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,韌性產(chǎn)生熱裂紋,冷裂紋.17第17頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.連續(xù)冷卻時(shí)的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)

研究焊熱影響區(qū)的熔全線(xiàn)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,比較焊接條件下和熱處理?xiàng)l件下,在相同的冷卻速度下組織轉(zhuǎn)變的差異.18第18頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月19第19頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)畫(huà)20第20頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.CCT圖的建立:采用焊熱熱模擬試驗(yàn)裝置來(lái)建立某種鋼的CCT圖.2.意義:在大量鋼種出現(xiàn)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(xiàn)能量的依據(jù).3.CCT圖的應(yīng)用:通過(guò)CCT圖可得到在不同的冷卻速度下的組織,即估計(jì)組織.t8-5時(shí)間三.連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用21第21頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月22第22頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月23第23頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響CCT圖的因素有

(一)母材化學(xué)成分(二)冷卻速度（相變溫度；碳化物降低奧氏體的穩(wěn)定）(三)峰值溫度（使過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性加大；晶粒粗化）(四)晶粒粗化（不利于奧氏體的轉(zhuǎn)變）(五)應(yīng)力應(yīng)變（切應(yīng)力促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變）本節(jié)結(jié)束24第24頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月焊接熱影響區(qū)的組織和性能

一.焊接熱影響區(qū)的組織分布

焊接結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)熱處理特性不同分為兩類(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25第25頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月26第26頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月27第27頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱影響區(qū)的組織分布

1).熔合區(qū)（產(chǎn)生裂紋）2).過(guò)熱區(qū)（真空電子束、激光焊該區(qū)?。?).相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)1100-Ac3，細(xì)小的珠光體和鐵素體，塑韌性好）4).不完全重結(jié)晶區(qū)（Ac1-Ac3之間,部分重結(jié)晶，部分未能融入奧氏體的鐵素體，成為粗大的鐵素體。晶粒大小不一，組織不均勻）對(duì)于低碳鋼,一些淬硬傾向不大的鋼(16Mn.15MnTi等)除過(guò)熱區(qū)外其它各區(qū)組織基本相同.

低碳鋼過(guò)熱區(qū)主要是魏氏組織W28第28頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月16Mn鋼焊接熱影響區(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)29第29頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月30第30頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.易淬火鋼30CrMnSi18MnMoNb45

此類(lèi)鋼熱影響區(qū)的組織分布與母材焊前熱處理有關(guān)焊前熱處理.退火,正火,調(diào)質(zhì)(淬火+高回火)1).完全淬火區(qū)(Ac3以上)2).不完全淬火區(qū)（Ac1-Ac3，馬氏體-鐵素體的組織）

3).對(duì)于調(diào)質(zhì)處理的鋼(母材焊前處于調(diào)質(zhì)狀態(tài))（低于Ac1）回火區(qū)以下,發(fā)生不同程度的回火處理─回火區(qū).組織性能變化取決于焊前調(diào)質(zhì)狀態(tài)的溫度.例如，焊前調(diào)質(zhì)時(shí)的回火溫度為T(mén)1，低于此溫度的部位不發(fā)生變化，而高于此溫度的部位，組織性能將發(fā)生變化，出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。31第31頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.注意問(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.32第32頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.焊接熱影響區(qū)的性能

硬度

為了方便起見(jiàn),常常用硬度的變化來(lái)判定熱影響區(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因素。33第33頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月冷卻時(shí)間t8/5與HAZ最高硬度Hmax的關(guān)系34第34頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月35第35頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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

<tM100Hmax=292+812C

當(dāng)t8/5

>tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm–81lgt8/5(2)鈴木公式Hmax(HV10)=140+1089Pcm–8.2t8/536第36頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(二)焊接熱影響區(qū)的脆化1)粗晶脆化產(chǎn)生原因:合金因素對(duì)于不易淬火鋼,主要是晶粒長(zhǎng)大,形成粗大魏氏組織(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。37第37頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月組織脆化（1）M-A組元脆化（2）析出脆化（3）熱應(yīng)變脆化

靜應(yīng)變時(shí)效脆化動(dòng)應(yīng)變時(shí)效脆化38第38頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月39第39頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）.HAZ的熱應(yīng)變時(shí)效脆化(1)靜應(yīng)變時(shí)效脆化(2)動(dòng)應(yīng)變時(shí)效脆化(三)焊接熱影響區(qū)的韌化1、母材的原始組織2、韌化處理40第40頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）調(diào)質(zhì)鋼焊接HAZ的軟化1、調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí) HAZ的軟化41第41頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、熱處理強(qiáng)化合金焊接HAZ的軟化42第42頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（五）焊接HAZ力學(xué)性能

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)HAZ力學(xué)性能的研究主要是從兩方面進(jìn)行：

一方面是研究HAZ不同部位的力學(xué)性能另一方面專(zhuān)門(mén)研究熔合區(qū)附近的性能.

對(duì)于淬硬傾向不大的鋼種(如16Mn鋼)采用焊接熱模擬技術(shù)，HAZ不同部位常規(guī)力學(xué)性能如下圖43第43頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本節(jié)結(jié)束44第44頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§4-4焊接熱力模擬試驗(yàn)方法的特點(diǎn)一、焊接模擬技術(shù)發(fā)展的背景二、焊接模擬技術(shù)發(fā)展的過(guò)程及其現(xiàn)狀三、焊接模擬試驗(yàn)的基本方法點(diǎn)及意義45第45頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月焊接模擬試驗(yàn)的主要參數(shù)1.加熱速度(WH)或加熱時(shí)間2.加熱的峰值溫度(Tmax)3.在高溫的停留時(shí)間(tH)4.冷卻速度(Wc)或冷卻時(shí)間（t8/5）46第46頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章小節(jié) 本章主要根據(jù)低合金高強(qiáng)鋼焊接過(guò)程中，由于快速不均勻加熱和冷卻引起熱影響區(qū)組織性能的變化，進(jìn)行了系統(tǒng)地討論，以及對(duì)于焊接熱循環(huán)和熱力模擬試驗(yàn)方法的特點(diǎn)介紹。47第47頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題1、焊接熱循環(huán)對(duì)被焊金屬近縫區(qū)的組織、性能有何影響？2、低合金鋼焊接時(shí)，HAZ粗晶區(qū)奧氏體的均質(zhì)化程度對(duì)冷卻時(shí)相變有何影響？3、探討低合金