焊接热影响区

nullnull焊接热影响区 的组织和性能 null 本章主要根据低合金高强钢焊接过程中，由于快速不均匀加热和冷却影起热影响区组织性能的变化，进行系统地讨论 一、基本概念：一、基本概念：1.热影响区 （Heat Affected Zone，简称 HAZ） ：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 2.焊接接头:由两个主要部分所组成，焊缝和焊接热影响区 示意 图4-1null第一节 焊接热循环条件下的金属组织转变特点 第一节 焊接热循环条件下的金属组织转变特点 一、HAZ热循环的特点（五点）： 1.加热温度高 2.加热速度快 3.高温停留时间短 4.焊接时，一般都是在自然条件下连续冷却，个别情况下才进行焊后保温或焊后热处理 5.局部加热二、焊接对加热过程组织转变的特点 二、焊接对加热过程组织转变的特点 1. 相变温度升高 ①相变点 A cl和 A c3的温度越高 ②A cl和 A c3之间的温差越大 ③含有碳化物合金元素（Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等）的钢，加热速度对相变温度的影响更大2.奥氏体均质化程度较低（加热速度、高温停留时间）3.晶粒长大速度（最高加热温度）nullnullnull二、焊接时冷却过程组织转变的特点 二、焊接时冷却过程组织转变的特点 1.组织转变过程中热循环特点 ωc大、Tm高、t H短 2.焊接过程组织转变特点：对于一般的低碳钢，焊接时淬硬倾向比热处理时要大;对于合金钢，焊接时比热处理的淬硬倾向要小 3. 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 nullnullnull 45钢在焊接条件下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。 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。nullnull3.原因： （1）碳化物合金元素（如 Cr、 Mo、 V、 Ti、 Nb等）只有充分溶解在奥氏体的内部， 才会增加奥氏体的稳定性（即增加淬硬倾向） （2）热处理条件下，有充分的时间使碳化物合金元素 向奥氏体内部溶解 （3）焊接条件下，加热速度快，高温停留时间短，合 金元素不能充分地溶解在奥氏中，降低了淬硬倾 向 （4）不含碳化物合金元素的钢（如 45钢），一方面 不存在碳化物的溶解过程，另一方面在焊接条件 下，近缝区组织粗化，淬硬倾向比热处理条件下 要大 三、焊接条件下CCT图及其应用 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nullnullnullnull3.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 null 3.峰值温度的影响 （峰值温度越高） a.使过冷奥氏体的稳定性加大 b.促使奥氏体晶粒粗化 c.奥氏体的稳定性增大 ，淬硬倾向增大 4.晶粒粗化的影响 晶粒越粗大，晶界的总面积越少，减少了形核的机会，不利于奥氏体的转变 null5.应力应变的影响 a.有拉伸应力存在时会明显地降低奥氏体的 稳定性，使CCT曲线明显地向左上方偏移 b.应力和应变都会增加奥氏体的内能，加速 扩散过程，有利扩散型相变的进行 c.应力应变影响到马氏体转变，拉伸应力可 促进马氏体转变，即Ms升高和马氏体转变 量增加。切应力也能促进马氏体转变，正 压应力则会阻碍马氏体转变 第二节 焊接热影响区的组织和性能第二节 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。 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 null1-熔合区 2-过热区 3-相变重结晶区 4-不完全重结晶区 5-母材 6-淬火区 7-部分淬火区 8- 回火区null2.过热区 a.温度范围处在固相线以下1100℃左右，金属处于过热状态，奥氏体晶粒发生严重长大现象，冷却之后得到粗大的组织 b.在气焊和电渣焊条件下常出现魏氏组织（见图4－30） c.韧性很低，常在过热粗晶区产生脆化或裂纹nullnull3.相变重结晶区（正火区） a.母材金属加热到Ac3以上的部位，发生重结 晶（即铁素体和珠光体全部转变为奥氏 体），在空气中冷却就会得到均匀而细小 的珠光体和铁素体 b.塑性和韧性都比较好，所处的温度范围约 在A3～1000℃之间 null4.不完全重结晶区 a.处于Ac l～Ac3之间范围内的热影响区处于 b. Ac l～Ac3范围内只有一部分组织发生了相 变重结晶过程，成为晶粒细小的铁素体和 珠光体，另一部分始终未能溶入奥氏体的 铁素体，成为粗大的铁素体 c.晶粒大小不一，组织不均匀，力学性能不 均匀 5.母材 处于A1以下null（二）易淬火钢 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null 2.不完全淬火区 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null3.回火区（低于Acl以下的区域） a .母材在焊前是调质状态 b. 焊前调质时的回火温度为Tt ，低于此温度的部位，其组织性能不发生变化，热影响区高于此温度的部位，组织性能将发生变化，出现软化现象 4.母材null以低碳钢为例，可以把热影响区各部分所经受的焊接热循环，对照铁碳合金状态图的组织转变归纳如图 4－34所示 焊接热影响区的划分方法新的建议，具体划分 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 如图4－35所示 nullnullnull以低碳钢为例 ，热影响区各部分的组织特征归纳如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 4－11所示 焊接热影响区各部位的名称及其所包括的范围如表4－12所示nullnull第三节、焊接热影响区（HAZ）的性能第三节、焊接热影响区（HAZ）的性能（一）焊接热影响区的硬化 1.淬硬：成分对淬硬倾向的影响 （1）碳当量 （表4-14） a.简称Ceq或CE，反映钢中化学成分对硬化程度的影响，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b.国际焊接学会推荐的CEПW 和日本焊接协会的Ceq（WES） 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 b.国际焊接学会推荐的CEПW 和日本焊接协会的Ceq（WES）公式 nullnull 2.随钢种碳当量（Pcm、CE（IIW））的增加， 硬度也随之增加，即淬硬倾向增加 3.t8/5越大，淬硬倾向越小 图4-39 4.硬度分布图 图4-40 null计算C当量？nullnull5．焊接HAZ最高硬度的计算公式 （1）国产钢硬度计算公式 HAZ的最大硬度H max与P cm和t 8／5的关系建立 的硬度计算公式 ： a.当t 8/5<τM100时 H max=292+812C b.当 t 8／5＞τM100时 H max ＝ 52.0＋ 147.0Pcm- 81lg t 8／5 c.对于国产低合金钢，作为粗略估算，可采用下面 的公式 ： Hmax(HV10)=140+1089Pcm-8.2t8/5 null（2）铃木公式 引根据日本的低合金高强钢，研究不同冷却时间t 8／5对H max的影响，建立了如下的公式： null（二）焊接热影响区脆化 1．过热区脆化 （1）M－A组元脆化 a. M－A组元：某些低合金钢的焊接HAZ处于中温 上贝氏体的转变区间，先析出含碳很低的铁素体，并且逐渐扩大，而使碳大部分集富到被铁素体包围的岛状残余奥氏体中去。当连续冷却到 400～ 350℃时，残余奥氏体的碳浓度可达 0． 5％～0． 8％，随后这些高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残余奥氏体的混合物 ，这种组织即M－A组元 b. M－A组元是焊接低合金高强钢时在中等冷却速度条件下形成的，出现在焊缝、HA null（2）高碳马氏体脆化 （3）魏氏组织脆化 （4）上贝氏体脆化 （5）遗传组织脆化 null2.析出脆化 （1）在时效或回火过程中，从非稳态固溶体 中沿晶界析出碳化物、氮化物 、金属间化合物及其他亚稳定的中间相等，对于一般低合金钢来讲主要是析出碳（氮）化物 （2）新相的析出，使金属或合金的强度、硬 度和脆性提高 null3.遗传脆化 （1）厚板结构多层焊时，第一焊道的 HAZ粗晶区 位于第二焊道的正火区（相变重结晶区）保留 粗晶组织和结晶学的位向关系，这种现象称为 “组织遗传” （2）组织遗传而引起的脆化称为“遗传脆化” （3）遗传组织脆化条件 a. 有淬硬倾向的调质钢中 b.原始组织为非平衡组织 c.快速加热或冷却 d.晶界上出现细小等轴晶null4.粗晶脆化 （1）焊接过程中由于受热的影响程度不同， 在HAZ靠近熔合线附近和过热区将发生 严重的晶粒粒化 （2）晶粒越粗，脆性转变温度越高，脆性增加 （3）淬硬倾向较小的钢，粗晶脆化主要是晶 粒长大所致，而易淬火钢，主要是产生 脆性组织所造成（如孪晶马氏体、非平 衡态的粒状贝氏体，以及组织遗传等） null5.氢脆 6.石墨脆化 在400~600°C加热时间较长，不常出现 如：钼铬钢焊接时HAZ淬火区，由于M游离出石墨，发生脆化null7.时效脆化 （1）静应变时效（Static Strain Aging） 钢中存在碳、氮自由间隙原子时才会产生这种现象 （2）动应变时效（Dynamic Strain Aging） 200～400℃温度范围，多发生在低碳钢的Ar1以下HAZ，多道焊则发生在熔合区null（三）焊接热影响区的韧化 1. 通过母材的合金化方式和组织状态提高 HAZ的韧性 2.采用焊后热处理来改善HAZ的韧性 3.控制焊接线能量null（四）调质钢焊接HAZ的软化问题 1.调质钢焊接时HAZ的软化 软化的原因： 焊接加热温度超过工件原始调质温度。 软化或失强最大的部位是在峰值温度为Acl附近 2.热处理强化合金焊接HAZ的软化 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 null1、一般认为，焊接接头是由焊缝、（ ）和（ ）三个部分组成的。 2、焊缝金属的组织和性能除受化学成分的影响之外，主要与（ ）和（ ）有关。 3、多层焊时，前一层焊道对后一层可起到（ ）作用，而后一层焊道对前一层则起到了（ ）作用，即相邻各层之间有依次热处理的作用。 4、多层焊时，为防止最后一层焊缝金属因冷速过（ ）而淬硬，可多加一层“（ ）焊道”，从而使焊接质量有所改善。 5、多层焊焊接淬硬倾向较大钢时，应特别注意与其他工艺 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 的配合，如预热、控制（ ），以及后热、（ ）等。 6、多层焊工艺中，每道焊缝长度为（ ）mm时，称为短段多层焊。 7、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（ ）而又易于（ ）的钢种。 8、 45钢在焊接条件下比在热处理条件下的CCT曲线稍向（ ）移动，40Cr钢在焊接条件下的CCT曲线比热处理条件下CCT曲线向（ ）移动。null9、不易淬火钢的焊接热影响区主要由（ ）区、完全重结晶区、不完全重结晶区组成。 10、焊接热影响区的大小受许多因素的影响，例如（焊接方法）、板厚、（线能量），以及不同的施工工艺等。 11、不易淬火钢的焊接热影响区中，过热区的组织特征是晶粒粗大的（ ）和珠光体，甚至形成（ ）组织。 12、焊接热影响区中的完全重结晶区又称（正 ）区或（ ）区，具有较高的力学性能，甚至优于母材本身。 13、对于易淬火钢，当母材为（ ）状态时，热影响区由完全淬火区、不完全淬火区和（ ）区组成。null14、对于易淬火钢，当母材为（ ）或（ ）状态时，热影响区只由完全淬火区和不完全淬火区组成。 15、焊接热影响区中，完全淬火区的组织特征是粗细不同的（马氏体）与少量（贝氏体）的混合组织。 16、易淬火钢焊接热影响区中，不完全淬火区的组织特征是（马氏体）、（铁素体）以及中间体构成的混合组织。 17、焊接热影响区的硬度主要决定于被焊钢材的（化学成分）和（冷却条件），它是评价钢种淬硬倾向的重要指标。 18、为降低焊接热影响区的软化程度，应采用能量密度（高）的焊接方法，同时尽量（降低）焊接热输入。 19、碳钢和低合金钢接头的熔合区宽度为（0.13～0.50） cm，而奥氏体钢接头的熔合区宽度只有（0.06～0.12） cm。null三、判断 1、在研究焊接接头的组织变化时，是按最高加热温度对HAZ划分区域的。 2、所谓长段多层焊，是指每道焊缝的长度在1 m以上的多层焊。 3、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。 4、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。 5、同样板厚的V形坡口对接接头与角接头相比，后者的冷却速度要比前者大得多。 6、在接头形式与焊接条件相同时，焊道越短，其冷却速度越大。 7、焊接时加热过程组织转变的特点是：（一）组织转变向高温推移；（二）奥氏体均质化程度降低，部分晶粒严重长大。 null8、焊接时冷却过程组织转变的特点是：（一）组织转变向低温推移；（二）马氏体转变临界冷却速度发生变化。 9、不完全重结晶区又称部分相变区或不完全正火区，该区的力学性能也不均匀，其冲击韧度低于完全重结晶区。 10、如果焊前母材为未经过冷作变形的热轧态或退火态的钢板，那么在热影响区中就不会出现再结晶区。 11、完全淬火区是易淬火钢焊接接头中性能较差、易于出现焊接缺陷的一个薄弱环节。 12、从工艺角度出发，应采取能量集中的热源，并降低焊接热输入，必要时还可采取适当的预热措施，这样能减小热影响区的宽度以及晶粒的粗化程度。 13、化学成分严重不均匀是熔合区最大的特征，从而引起熔合区组织和性能的不均匀，甚至导致焊接缺陷的产生。 14、熔合区常常是热裂纹、冷裂纹及脆性相的发源地，从而成为焊接接头的最薄弱环节。