焊縫及其熱影響區(qū)的組織與性能

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1、第七章焊縫及其熱影響區(qū)的組織與性能主講教師:易劍1第十章焊接熱影響區(qū)的組織與性能熔焊時(shí)在高溫?zé)嵩醋饔孟?，靠近焊縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域稱為“焊接熱影響區(qū)”。圖7-1焊接接頭示意圖1-焊縫；2-熔合區(qū)；3-熱影響區(qū)；4-母材2第一節(jié)焊接熱循環(huán)第二節(jié)焊接熱循環(huán)下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)第三節(jié)焊接熱影響區(qū)的組織與性能3第一節(jié)焊接熱循環(huán)一、研究焊接熱循環(huán)的意義二、焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征三、焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算4一、研究焊接熱循環(huán)的意義在焊接熱源的作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。焊接熱循環(huán)反映了熱源對焊件金屬的熱作用。焊件上距熱

2、源遠(yuǎn)近不同的位置，所受到熱循環(huán)的加熱參數(shù)不同，從而會(huì)發(fā)生不同的組織與性能變化。研究焊接熱循環(huán)的意義為：①找出最佳的焊接熱循環(huán)；②用工藝手段改善焊接熱循環(huán)；③預(yù)測焊接應(yīng)力分布及改善熱影響區(qū)組織與性能。5二、焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征加熱速度ωH最高加熱溫度Ｔm相變溫度以上的停留時(shí)間tH冷卻速度Ωc(或冷卻時(shí)間t8/5)晶粒大小相變組織6三、焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算主要介紹焊接熱源高速運(yùn)動(dòng)時(shí)厚板和薄板的熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算（推導(dǎo)過程略）：峰值溫度Ｔm的計(jì)算相變溫度以上的停留時(shí)間tH的計(jì)算冷卻速度ωC和冷卻時(shí)間的計(jì)算7點(diǎn)熱源（厚板）線熱源（薄板）由兩式可以看出，當(dāng)焊接線

3、能量E（單位長度上的焊接熱輸入量，E=IU/v)一定，焊件上某點(diǎn)離開熱源軸心距離越遠(yuǎn)，最高溫度Ｔm越低；而對焊件上某一定點(diǎn)，隨著線能量E的提高，其Ｔm增高，焊接熱影響區(qū)的寬度增大。峰值溫度的高低還受預(yù)熱溫度與焊件熱物理性質(zhì)的影響。8點(diǎn)熱源（厚板）線熱源（薄板）由公式可以看出，在其它條件不變的情況下，提高線能量E，高溫停留時(shí)間tH延長，也就是說發(fā)生粗晶脆化的可能性增大。提高初始溫度T0（預(yù)熱溫度），也會(huì)在一定程度上延長高溫停留時(shí)間tH。9冷卻速度：厚板薄板冷卻時(shí)間：厚板薄板冷卻速度ωc隨著線能量E和初始溫度T0的提高而降低，冷卻時(shí)間隨著線能量E和初始溫度

4、T0的提高而延長。母材的熱物理性質(zhì)、焊件的形狀、尺寸、接頭型式、焊道的長度及層數(shù)都會(huì)影響焊接熱循環(huán)參數(shù)，10第二節(jié)焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)與熱處理?xiàng)l件下的組織轉(zhuǎn)變相比，其基本原理相同，又具有與熱處理不同的特點(diǎn)。焊接過程的特殊性焊接加熱過程的組織轉(zhuǎn)變焊接時(shí)冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變11一、焊接過程的特殊性五個(gè)特點(diǎn)（以低合金鋼為例）：加熱溫度高在熔合線附近溫度可達(dá)l350～l400℃；加熱速度快加熱速度比熱處理時(shí)快幾十倍甚至幾百倍；高溫停留時(shí)間短在AC3以上保溫的時(shí)間很短(一般手工電弧焊約為4～20s，埋弧焊時(shí)30～l00s)；在自然條件下連續(xù)冷卻（個(gè)

5、別情況下進(jìn)行焊后保溫緩冷）；有熱應(yīng)力作用狀態(tài)下進(jìn)行的組織轉(zhuǎn)變。12二、焊接加熱過程的組織轉(zhuǎn)變焊接過程的快速加熱，將使各種金屬的相變溫度比起等溫轉(zhuǎn)變時(shí)大有提高。當(dāng)鋼中含有較多的碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等)時(shí)，這一影響更為明顯。這是因?yàn)樘蓟镄纬稍氐臄U(kuò)散速度很小(比碳小1000～10000倍)，同時(shí)它們本身還阻礙碳的擴(kuò)散，因而大大地減慢了奧氏體轉(zhuǎn)變過程。13圖7-4焊接快速加熱對Ac1、Ac3和晶粒長大的影響（CCT圖）d—晶粒的平均直徑；A—奧氏體；P—珠光體；F—鐵素體；K—碳化物45鋼40CrωH：1—1400℃/s；2—27

6、0℃/s；3—35℃/s；4—7.5℃/s)ωH：1—1600℃/s；2—300℃/s；4—42℃/s；5—7.2℃/s14鋼　種相變點(diǎn)平衡狀態(tài)加熱速度ωH/（℃·S-1）AC1與AC3的溫差/℃/℃6~840~50250~3001400~170040~50250~3001400~170045鋼AC17307707757908404560110AC3770820835860950659018040CrAC17407357507708401535105AC3780775800850940257516523MnAC173575077078583035509

7、5AC3830810850890940408013030CrMnSiAC17407407758259203585180AC38207908358909804510019018Cr2WVAC1710800860930100060130200AC38108609301020112070160260表7-1加熱速度對相變點(diǎn)Ac1和Ac3及其溫差的影響15三、焊接冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變焊接條件下的組織轉(zhuǎn)變不僅與等溫轉(zhuǎn)變不同，也與熱處理?xiàng)l件下的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變不同。隨冷卻速度增大，平衡狀態(tài)圖上各相變點(diǎn)和溫度線均發(fā)生偏移。共析成分成為一個(gè)成分范圍16通過進(jìn)行焊接熱模

8、擬試驗(yàn)，研究各種材料熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變，建立“模擬焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖SH-CCT”