焊接物理冶金_第四章 热影响区

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1、第四章焊接热影响区第一节 概述（基本特点）一、焊接热影响区的形成 在焊接过程中，在形成焊缝的同时使其附近的母材经受了一次特殊的热处理，形成了一个组织和性能极不均匀的热影响区，可能成为整个接头的最薄弱环节。 焊接热过程特点（局部性、瞬时性、运动性）决定了热影响区热处理的特殊性： （1）加热、冷却速度极快使与扩散有关的过程很难充分进行 加热 P（非均匀）; 冷却B、 M（非平衡相） （2）温度场极不均匀不同位置经历了不同的热循环，距焊缝愈 近，峰值温度越高，冷却速度愈大。 二、影响焊接热影响区的主要因素 1、被焊接金属与合金系统的特点 例如: 被焊接金属在焊接加热和冷却过程中有无固态相变，有相变的

2、材料其热影响区较复杂，反之较简单。 2、焊前母材的原始状态 例如: 材料焊前冷作硬化或热处理强化，焊后热影响区出现软化；易淬火材料焊前退火，焊后出现淬火的硬化区。 3、焊接方法和工艺参数 焊接方法（热源能量密度）和工艺参数（线能量、板厚）影响加热速度、高温停留时间、冷却速度等。图图41 41 不同焊接工艺下钢材单道焊时热影响区的热循环曲线不同焊接工艺下钢材单道焊时热影响区的热循环曲线1 CO2气体保护焊（板厚气体保护焊（板厚=1.5mm） 2埋弧焊（板厚埋弧焊（板厚=8mm）3埋弧焊（板厚埋弧焊（板厚=15mm） 4电渣焊（板厚电渣焊（板厚=100mm）第二节 固态无相变材料的焊接热影响区特点

3、无固态相变材料包括： 纯金属：Al Mg Cu Ni Mo W 等 单相固溶合金： Al - Mg Cu - Ni 等热影响区组织和性能特点与母材原始状态有关： 1. 焊前母材为冷轧（冷作硬化）状态 组织：过热区（粗晶）， 再结晶区（等轴晶） 性能：过热区脆化，再结晶区软化 2. 焊前母材为热轧或冷轧后退火状态 组织：过热区（粗晶） 性能：过热区脆化 主要焊接性问题：接头过热区脆化图图42 42 固态无相变金属和合金的焊接热影响区特点固态无相变金属和合金的焊接热影响区特点I 过热区过热区 II 再结晶区再结晶区图图43 X43 X形坡口纯镍焊接热影响区过热组织形坡口纯镍焊接热影响区过热组织a)

4、 焊接接头示意图焊接接头示意图b) 二次过热区（二次过热区（a中中1区）组织区）组织c) 一次过热区（一次过热区（a中中1区）组织区）组织图图45 45 冷轧纯铜焊接热影响区组织冷轧纯铜焊接热影响区组织a）过热区组织）过热区组织 b）再结晶区组织）再结晶区组织 c）冷轧状态的母材组织）冷轧状态的母材组织图图44 44 热轧纯铜焊接热影响区组织热轧纯铜焊接热影响区组织a）过热区组织）过热区组织 b）热轧状态的母材组织）热轧状态的母材组织第三节 固态有相变材料的焊接热影响区特点一、有同素异构转变的纯金属和单相合金的焊接热影响区特 点 只有晶体结构变化，无化学成分变化引起的第二相析出，例如： Fe、

5、 Ti 、Mn、 Co 纯金属及单相合金。1、冷轧状态 纯金属：过热区、 重结晶区、 再结晶区 单相合金：过热区、 重结晶区、不完全重结晶区、 再结晶区2、热轧或冷轧退火状态 纯金属：过热区、 重结晶区 单相合金：过热区、 重结晶区、不完全重结晶区图图46 46 有同素异构转变的纯金属和单相合金的焊接热影响区组织特点有同素异构转变的纯金属和单相合金的焊接热影响区组织特点I过热区过热区 II重结晶区重结晶区 II不完全重结晶区不完全重结晶区 再结晶区再结晶区 IV母材母材图图47 47 工业纯钛工业纯钛TA2TA2等离子弧焊时的等离子弧焊时的 热影响区组织特点热影响区组织特点a）过热区组织）过热

6、区组织b）重结晶区组织）重结晶区组织c）母材组织）母材组织 二、有同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点 有晶体结构变化，也有化学成分变化引起的第二相析出。以Fe-C合金为例，焊接热影响区的组织和性能特点与材料的淬火倾向有关。1.不易淬火钢焊接热影响区特点（低碳钢）（1）过热区（粗晶区）温度：1100-1490, 组织：粗大魏氏组织，性能: 脆化（2）重结晶区（正火区或细晶区）温度：Ac3 - 1100, 组织：晶粒细化，性能: 力学性能高（3）不完全重结晶区（不完全正火区或部分相变区）温度： Ac1 - Ac3, 组织：组织不均匀，性能: 低于重结晶区（4）再结晶区（冷作硬化）温度： 50

7、0 - Ac3, 组织：等轴晶，性能: 软化图图48 48 低碳钢的焊接热影响区特点低碳钢的焊接热影响区特点I过热区；过热区；II重结晶区（即正火区）；重结晶区（即正火区）；III不完全重结晶区不完全重结晶区IV再结晶区；再结晶区； V母材（冷轧状态）母材（冷轧状态） 图图419 419 不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图I过热区；过热区；II正火区；正火区；III不完全重结晶区；不完全重结晶区；IV淬火区；淬火区；V不完全淬火区；不完全淬火区；VI回火区回火区图图49 Q235A49 Q235A钢焊接热影响区的组织特点钢焊接热影响区的组织特点a) 过热区

8、组织；过热区组织；b) 重结晶区（正火区）组织；重结晶区（正火区）组织；c) 不完全重结晶区（不完全正火区）组织；不完全重结晶区（不完全正火区）组织；d) 母材组织母材组织图图410 410 焊接方法对过热区高温停留时间和晶粒大小的影响焊接方法对过热区高温停留时间和晶粒大小的影响1焊条电弧焊（板厚焊条电弧焊（板厚10mm）；）；2埋弧焊（板厚埋弧焊（板厚1525mm）；）；3电渣焊（板厚电渣焊（板厚100200mm）图图411 411 等温和连续加热时珠光体转变为奥氏体的示意图等温和连续加热时珠光体转变为奥氏体的示意图T1：珠光体转变为奥氏体的开始温度：珠光体转变为奥氏体的开始温度T2：珠光体

9、转变为奥氏体的结束温度：珠光体转变为奥氏体的结束温度T3：碳化物溶解完了的温度：碳化物溶解完了的温度T4：均匀化的加热速度：均匀化的加热速度vH1、vH2、vH3：不同的加热速度：不同的加热速度图图412 Q235A412 Q235A钢焊接热影响区的组织钢焊接热影响区的组织a) 过热区组织；过热区组织；b) 重结晶区组织；重结晶区组织；c) 不完全重结晶区组织；不完全重结晶区组织；d) 母材组织母材组织图图413 20413 20钢焊接热影响区组织钢焊接热影响区组织a) 过热区组织；过热区组织；b) 重结晶区重结晶区c) 不完全重结晶区组织不完全重结晶区组织d) 母材组织母材组织图图414 4

10、14 低碳钢焊接接头各区的低碳钢焊接接头各区的V V形缺口夏比冲击值的分布示意图形缺口夏比冲击值的分布示意图I过热区；过热区；II正火区（重结晶区）；正火区（重结晶区）；III不完全重结晶区；不完全重结晶区；IV脆化区脆化区2. 易淬火钢焊接热影响区特点（低合金高强钢）易淬火钢：热轧钢、正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢、 高碳钢等（在焊接条件下）。易淬火钢的实质是奥氏体稳定，奥氏体连续冷却曲线CCT右移，淬透性提高（淬硬性）。 合金元素奥氏体稳定性淬透性（易淬火） 加热温度奥氏体稳定性淬透性（易淬火） 加热速度奥氏体稳定性淬透性 奥氏体晶粒尺寸奥氏体稳定性淬透性 冷却速度易淬火表2-1 几种热轧

11、和正火钢的成分和性能图图415 415 不同奥氏体化温度的不同奥氏体化温度的CCTCCT图图(钢材钢材w (C) 0.17%和和w (Mn) 1.34%)a) 900奥氏体化（炉中缓慢连续加热）奥氏体化（炉中缓慢连续加热）b) 1300奥氏体化（炉中缓慢连续加热）奥氏体化（炉中缓慢连续加热）图图416 416 模拟焊接条件下不同加热速度时的模拟焊接条件下不同加热速度时的CCTCCT图图实线实线升温速度升温速度910/s，由，由Ac3加热到加热到1350的时间的时间40s虚线虚线升温速度升温速度150/s，由，由Ac3加热到加热到1350的时间的时间4.5s（45钢，钢，Tmax =1350）图