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1、第四章 焊接热影响区组织和性能第四章 焊接热影响区组织 和性能1第四章 焊接热影响区组织和性能第四节 焊接热力模拟试验方法的特点第一节 焊接热循环 第二节 焊接热循环条件下的金属组织转变特点 第三节 热影响区组织和性能第四章 焊接热影响区组织和性能2第四章 焊接热影响区组织和性能重点内容:1)焊接热循环的主要参数、意义2)快速加热,连续冷却的金属组织转变特点3)CCT图的应用4)热影响区的划分方法5)不易淬硬钢及淬硬钢的焊接热影响区分 布和组织转变 3第四章 焊接热影响区组织和性能4第四章 焊接热影响区组织和性能5第四章 焊接热影响区组织和性能4-1 焊接热循环焊接热循环:在焊接热流作用时,焊
2、件上某 一点P的温度随时间的变化过程叫作焊接 热循环.一.焊接热循环的主要参数 1.加热速度( WH ) 2.加热的最高温度( Tm ) 3.在相变温度以上的停留时间(tH) 4.冷却速度(Wc)或冷却时间6第四章 焊接热影响区组织和性能二.特点 1.加热温度高:热处理加热温度以上100- 200 2.加热速度快: 是热处理加热速度的几十 倍甚至几百倍 3.高温停留时间短:手工焊以上停留时间 最大20秒,埋弧自动焊时30-100秒。 7第四章 焊接热影响区组织和性能4.自然冷却 : 热处理可根据要求控制 冷却速度或在冷却过程中不同阶段进行 保温,焊接时,自然条件下冷却,冷却速度 快。 5.局部
3、加热: 热处理时,工件是在炉中 整体加热,焊接时,局部集中加热,随热源 的移动,局部加热地区的范围也移动.由于 局部加热产生复杂应力,组织转变是在复 杂应力不完成。8第四章 焊接热影响区组织和性能二、焊接热循环参数的数值模拟（一）峰值温度Tm的计算 （二）相变温度以上停留时间tH的计算 （三）瞬时冷却速度Wc的计算 （四）冷却时间的计算9第四章 焊接热影响区组织和性能三.多层焊热循环的特点 在实际焊接中,厚板多采用多层焊接,因 此,有必要了解多层焊热循环作用特点。在单层焊时,因为受到焊缝截面积的限 制,不能在更大的范围内调整功率和焊速, 所以焊接热循环的调整也受到限制。 多层焊比单层焊具有更优
4、越的地方,它是 由许多单层热循环联合在一起的综合作用, 同时相临焊层之间彼此具有热处理性质.从 提高焊接质量而言,多层焊往往易达到要求 10第四章 焊接热影响区组织和性能双道焊和多层焊HAZ组织示意图11第四章 焊接热影响区组织和性能多层焊主要考虑焊道层数和层间温度。 层间温度：多层焊时，开始焊接后-焊层 时前-层焊道所具有的最低温度即为层间 温度。 对后一焊道面言，前一焊道具有预 热作用，层间温度相当开预热温度；对前 一焊道来说，后一焊道相当开预热温度； 对前一焊道来说，后一焊道应该起后热作 用，产生一定热处理效果。本节结束12第四章 焊接热影响区组织和性能4-2 焊接热循环条件下的 金属组
5、织转变特点 特点：1.加热温度高热处理加热温度以上100200 2.加热速度快: 3.高温停留时间短 4.自然冷却 5.局部加热 13第四章 焊接热影响区组织和性能一、快速加热的金属组织转变特点 .加热速度对相变点的影响焊接时的加热速度很快,各种金属的 相变温度发生了很大的变化。焊接时,由于采用的焊接方法不同,规 范不同,加热速度可在很大的范围内 变化。14第四章 焊接热影响区组织和性能.加热速度对均质化影响加热速度不但对相变点有影响,对均质 化也有影响.近缝区的晶粒长大在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使晶 粒发生严重长大,影响焊接接头塑性,韧性 ,韧性产生热裂纹,冷裂纹.15第四章 焊接热影
6、响区组织和性能二.连续冷却时的金属组织转变特点 研究焊热影响区的熔全线附近的情况 ,这一区域是焊接接头的薄弱地带。以45钢、40Cr为例,比较焊接条件 下和热处理条件下,在相同的冷却 速度下组织转变的差异.16第四章 焊接热影响区组织和性能17第四章 焊接热影响区组织和性能18第四章 焊接热影响区组织和性能1.CCT图的建立:采用焊热热模拟试验装置来 建立某种钢的CCT图. 2.意义:在大量钢种出现之前,可预先估计热 影响区的组织性能,或作为制定工艺,焊接线 能量的依据. 3.CCT图的应用: 通过CCT图可得到在不同的 冷却速度下的组织,即估计组织. 三.连续冷却组织转变图的应用19第四章
7、焊接热影响区组织和性能20第四章 焊接热影响区组织和性能21第四章 焊接热影响区组织和性能影响CCT图的因素有 (一)母材化学成分 (二)冷却速度 (三)峰值温度 (四)晶粒粗化 (五)应力应变 本节结束22第四章 焊接热影响区组织和性能4-3 焊接热影响区的组织和 性能 一.焊接热影响区的组织分布 焊接结构钢根据热处理特性不同分为两类 :淬火钢,不易淬火钢,分别讲述淬火钢和 不易淬火钢的组织分布. 1.不易淬火钢:如低碳钢,某些不易淬硬的 低合金钢,如16Mn.15MoV.15MnTi等 23第四章 焊接热影响区组织和性能热影响区的组织分布 1).熔全区 2).过热区 3).相变重结晶区 4
8、).不完全重结晶区 对于低碳钢,一些淬硬倾向不大的钢 (16Mn.15MnTi等)除过热区外其它各 区组织基本相同.低碳钢过热区主要是魏氏组织W 24第四章 焊接热影响区组织和性能16Mn钢焊接热 影响区焊缝金属 母材熔合区过热 区不完全重结晶区25第四章 焊接热影响区组织和性能26第四章 焊接热影响区组织和性能2.易淬火钢 此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热 处理有关焊前热处理.退火,正火,调质(淬 火+高回火)1).完全淬火区 2).不完全淬火区 3).对于调质处理的钢(母材焊前处于调质状 态)回火区以下,发生不同程度的回火处理 回火区.组织性能变化取决于焊前调质 状态的温度.27第四章
9、 焊接热影响区组织和性能3.注意问题 1).热影响区中熔合区,过热区晶粒严重 长大,是焊接接头的薄弱地带. 2).低碳钢的不完全重结晶区,在急冷急 热的条件下,会表现出高碳钢的行为. 3).成分偏析严重,C.P.S高时易产生淬硬 组织,裂纹. 28第四章 焊接热影响区组织和性能二.焊接热影响区的性能 (一)HAZ的硬化硬度为了方便起见,常常用硬度的变化来判定 热影响区的性能变化,硬度高的区域,强度 也高,塑性.韧性下降,测定热影响区的硬 度分布可以间接来估计热影响区的强度, 塑性和裂纹倾向影响硬度的因素。 29第四章 焊接热影响区组织和性能1)碳当量（Carbon Equivalent)国际焊
10、接学会日本焊接学会近年来常用的公式30第四章 焊接热影响区组织和性能2)碳当量及冷却时间t8/5 与HAZ最高硬度 Hmax 的关系31第四章 焊接热影响区组织和性能32第四章 焊接热影响区组织和性能3）焊接HAZ最高硬度的计算公式(1)国产钢硬度计算公式当t8/5 tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm 81lg t8/5(2)铃木公式Hmax(HV10)=140+1089Pcm 8.2t8/533第四章 焊接热影响区组织和性能(二)焊接热影响区的脆化1)粗晶脆化 产生原因:合金因素对于不 易淬火钢,主要是晶粒长大, 形成粗大魏氏组织(W),易淬 火钢,产生脆硬的孪晶M.此 区处在
11、焊缝与母材的过渡地 带,物理化学的不均匀性 。34第四章 焊接热影响区组织和性能2)组织组织 脆化 （1）M-A组元脆化 （2）析出脆化 （3）遗传脆化35第四章 焊接热影响区组织和性能36第四章 焊接热影响区组织和性能3）.HAZ的热应变时效脆化(1)静应变时效脆化 (2)动应变时效脆化(三)焊接热影响区的韧化1、母材的原始组织2、韧化处理37第四章 焊接热影响区组织和性能（四）调质钢焊接HAZ的软化1、调质钢焊接时 HAZ的软化38第四章 焊接热影响区组织和性能2、热处理强化合金焊接HAZ的软化39第四章 焊接热影响区组织和性能（五）焊接HAZ力学性能一般来说，对HAZ力学性能的研究主要
12、是从两方面进行：一方面是研究HAZ不同部位的力学性能另一方面专门研究 熔合区附近的性能.对于淬硬倾向不大的钢种(如16Mn钢) 采用焊接热模拟技术，HAZ不同部位常 规力学性能如下图40第四章 焊接热影响区组织和性能本节结束41第四章 焊接热影响区组织和性能4-4 焊接热力模拟试验方 法的特点一、焊接模拟技术发展的背景 二、焊接模拟技术发展的过程及其现状 三、焊接模拟试验的基本方法点及意义42第四章 焊接热影响区组织和性能焊接模拟试验的主要参数1.加热速度(WH)或加热时间 2.加热的峰值温度(Tmax) 3.在高温的停留时间(tH) 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（t8/5 ）43第四章 焊
13、接热影响区组织和性能本章小节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 冷却引起热影响区组织性能的变 化，进行了系统地讨论，以及对 于焊接热循环和热力模拟试验方 法的特点介绍。44第四章 焊接热影响区组织和性能思考题1、焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、 性能有何影响？ 2、低合金钢焊接时，HAZ粗晶区奥氏体的 均质化程度对冷却时相变有何影响？ 3、探讨低合金钢焊接HAZ受应力应变时对 相变的影响 4、焊接条件下组织转变与热处理条件下组 织转变有何不同？45第四章 焊接热影响区组织和性能5、建立低合金钢HAZ最大硬度计算公式有 可意义？ 6、何谓HAZ的热应变时脆性？在焊接工艺 上如何防止？ 7.如何提高焊接HAZ的韧化？在焊接工艺上 如何防止？ 8.何谓“组织遗传”？受哪些因素影响？如何 改善？ 9.中碳调质钢焊接HAZ软化的机制？应如何 改善和控制？46第四章 焊接热影响区组织和性能本章结束谢谢观看47
