熔化焊接头的组织与性能1.7.1 焊缝金属的组织与性能1.7.2 焊接热影响区的组织与性能 1.7.1 焊缝金属的组织与性能l一、熔池凝固l二、焊缝固态相变l三、焊缝性能的控制 一、熔池凝固1、焊接熔池凝固过程与铸造凝固过程的差别Ø焊接熔池体积小，冷却速度高；Ø平均100 ℃ /s，约为铸造的104冷速大→温度梯度大→裂纹此外→柱状晶发展大，一般焊缝没有等轴晶Ø焊接熔池的液态金属处于过热状态Ø熔池边界的温度梯度比铸造时高103 –104倍焊接温度高合金元素烧损严重，非自发形核质点减少，促使柱状晶发展Ø熔池在运动状态下结晶Ø结晶前沿随热源同步运动Ø液态金属受到力的搅拌运动Ø熔池金属存在对流运动，有利于除气和除渣Ø化学成分不均匀 l2、熔池结晶的一般规律l（1）形核l自发形核和非自发形核l在焊接熔池中，温度达到1600℃，自发形核几乎不可能，非自发形核起主要作用一、熔池凝固在焊接条件下，熔池中存在两种所谓现成表面：一种是合金元素或杂质的悬浮质点表面；另一种是熔合区附近加热到半熔化状态基体金属的晶体表面，非自发形核就依附在这个表面上，并以柱状晶的形态向焊缝中心成长，形成所谓交互结晶（联生结晶）。
在焊接材料中加入一定的合金元素可作为熔池非自发形核的质点，细化晶粒 l2、熔池结晶的一般规律l（2）晶核长大l择优生长ü每一种晶体点阵都存在一个最优结晶取向, 对于立方点阵的金属（Fe, Ni, Cu, Al），最优结晶取向为<001>ü温度梯度大的方向，也是晶粒易于生长的方向与焊接熔池边界垂直的方向温度梯度G最大ü当母材晶粒取向<001>与导热最快的方向一致时，即垂直熔池边界时，晶粒生长最快而优先长大一、熔池凝固焊缝金属柱状晶的择优生长 l3、焊接工艺对一次组织结构的影响l焊接熔池的外形是椭球状的曲面，即结晶的等温面，熔池的散热方向是垂直于结晶等温面，因此晶粒的生长方向也是垂直于结晶等温面由于等温面是曲线，那么晶粒生长的主轴也是弯曲的一、熔池凝固 l3、焊接工艺对一次组织结构的影响一、熔池凝固 ü熔池中不同部位温度梯度和结晶速度不同，成分过冷的分布不同，焊缝各部位出现不同的结晶形态：平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶一、熔池凝固1.焊接速度的影响 焊速大，熔池中心的温度梯度下降很多，使熔池中心的成分过冷加大，在焊缝中心出现大量的等轴晶；而低焊速，在熔合线附近出现胞状树枝晶，在焊缝中心出现较细的胞状树枝晶。
2.焊接电流的影响 焊速一定，焊接电流小得到胞状组织；增加电流，得到胞状树枝晶；电流继续增大，出现粗大的胞状树枝晶 l4.焊缝金属化学成分不均匀性l宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析l（1）宏观偏析l层状偏析、焊缝中心偏析、焊道偏析、弧坑偏析一、熔池凝固 l4.焊缝金属化学成分不均匀性l宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析l（2）微观偏析l柱状晶偏析、树枝晶偏析、胞状晶偏析一、熔池凝固 l4.焊缝金属化学成分不均匀性l宏观偏析、微观偏析、熔合线偏析l（3）熔合线偏析l1）熔合区是母材与熔池的界面，熔合区及其附近微小区域的化学成分）熔合区是母材与熔池的界面，熔合区及其附近微小区域的化学成分与母材和焊缝存在显著不同；与母材和焊缝存在显著不同；l2）碳的偏析）碳的偏析l3）硫磷的偏析）硫磷的偏析一、熔池凝固 二、焊缝固体相变低碳钢焊缝的相变组织低合金钢焊缝的相变组织 1、低碳钢焊缝的相变组织组织：组织：F F＋少量＋少量P P，过热时产生，过热时产生W W改善组织的措施：改善组织的措施：1)1)多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体，多层焊：使焊缝获得细小和少量珠光体， 使柱状晶组织破坏。
使柱状晶组织破坏2 )2 )焊后热处理：焊后热处理：A3+20~30℃，，破坏柱状晶破坏柱状晶3 )3 )冷却速度：冷却速度冷却速度：冷却速度↑↑，组织细化，硬度，组织细化，硬度↑↑ 2、低合金钢焊缝的相变组织l铁素体l珠光体l贝氏体l马氏体l焊缝最终组织的构成 1）铁素体）铁素体 先共析铁素体先共析铁素体 (GBF(GBF－－grain boundary ferrite)grain boundary ferrite) 产生温度产生温度770770一一680℃680℃；； 沿原沿原奥氏体晶界析出奥氏体晶界析出的铁素体的铁素体, , 呈呈长条状或块状多边形长条状或块状多边形分布，降低分布，降低焊缝的焊缝的韧性韧性侧板条铁素体（侧板条铁素体（FSPFSP－－ferrite side plateferrite side plate）） 产生温度产生温度700700一一550℃550℃；； 是从是从先共析铁素体的侧面向晶内生长先共析铁素体的侧面向晶内生长的的板条状板条状铁素体，其长宽比在铁素体，其长宽比在2020：１以上，使：１以上，使韧性显著韧性显著降低。
也有人称之为降低也有人称之为““无碳贝氏体无碳贝氏体”” 针状铁素体（针状铁素体（AFAF－－acicular ferriteacicular ferrite）） 产生温度产生温度500℃500℃附近（中等冷速）附近（中等冷速）；； 在在原奥氏体晶内原奥氏体晶内以以针状生长的针状生长的铁素体．常以某些质点为核心放射性生铁素体．常以某些质点为核心放射性生长宽约2μm2μm左右，长宽比多在左右，长宽比多在3:1~5:13:1~5:1的范围内，可改善焊缝的韧性的范围内，可改善焊缝的韧性 细晶铁素体细晶铁素体(FGF(FGF－－fine grain ferritefine grain ferrite）） 产生温度产生温度500℃500℃以下（以下（细化晶粒的元素）；细化晶粒的元素）； 在在原奥氏体内形成晶粒尺寸较小的铁素体原奥氏体内形成晶粒尺寸较小的铁素体一般有细化晶粒元素存在，一般有细化晶粒元素存在，在细晶之间有珠光体和碳化物析出在细晶之间有珠光体和碳化物析出1）铁素体）铁素体 2 2）珠光体）珠光体P = F + FeP = F + Fe3 3C—C—低合金钢在接近平衡状态下，低合金钢在接近平衡状态下， AcAc1 1~550℃ ~550℃ 间发生扩散转变的产物。
间发生扩散转变的产物 根据片层的细密程度分为：根据片层的细密程度分为： 焊接状态下焊接状态下――――属非平衡转变，得到属非平衡转变，得到P P量少；量少； 珠光体珠光体转变量小转变量小，冷速快，，冷速快，铁素体和贝氏体的转变区铁素体和贝氏体的转变区域增大；域增大；若含若含B B 、、TiTi合金元素，合金元素，P P转变全部被抑制转变全部被抑制特点：特点：2 2）珠光体）珠光体 3 3）贝氏体）贝氏体 550℃~Ms 550℃~Ms 间发生扩散间发生扩散——切变型相变的产物切变型相变的产物 分类：分类：上贝氏体：上贝氏体： 形成温度：形成温度：550℃~450℃550℃~450℃之间；之间； 呈羽毛状，呈羽毛状，韧性最差韧性最差 下贝氏体：下贝氏体： 形成温度：形成温度：450℃~Ms450℃~Ms之间；之间； 针状，力学性能优异针状，力学性能优异 粒状贝氏体：粒状贝氏体： 形成温度：形成温度：稍高于上贝氏体转变温度（中等冷速）。
稍高于上贝氏体转变温度（中等冷速） M-AM-A组元组元以粒状分布在块状以粒状分布在块状F F上所得的组织；上所得的组织；条状贝氏体：条状贝氏体： 形成温度：形成温度：稍高于上贝氏体转变温度和中等冷速稍高于上贝氏体转变温度和中等冷速 M-AM-A组元以条状分布在块状组元以条状分布在块状F F上所得的组织；上所得的组织；块状块状F中，中，富碳富碳A在一定合金成分和冷却速度下，在一定合金成分和冷却速度下，转变为转变为富碳富碳M和残余奥氏体和残余奥氏体3 3）贝氏体）贝氏体 4 4）马氏体）马氏体Ms Ms 以下温区发生切变型相变的产物当焊缝金属含碳量偏高以下温区发生切变型相变的产物当焊缝金属含碳量偏高或合金元素较多时，在快速冷却条件下，将得到马氏体或合金元素较多时，在快速冷却条件下，将得到马氏体 分类：分类： 板条板条M M----又称为低碳又称为低碳M M或位错或位错M M ；； 特征：特征：奥氏体晶粒内形成奥氏体晶粒内形成M M板条，束与束之间有一定交角板条，束与束之间有一定交角 ――――强度好，韧性高；强度好，韧性高； 是综合力学性能最好的是综合力学性能最好的M M。
一般低碳低合金钢焊缝中出现的一般低碳低合金钢焊缝中出现的M M主要是低碳马氏体主要是低碳马氏体 片状片状M M：：C≥0C≥0．．4 4％％------又称为高碳又称为高碳M M或孪晶或孪晶M M；； 特征：特征：马氏体片不相互平行，初始形成的马氏体片不相互平行，初始形成的M M片较大，往片较大，往 往贯穿往贯穿A A晶粒 －－硬度高、脆；－－硬度高、脆； 易导致冷裂纹易导致冷裂纹对于中高碳合金钢焊接时，甚至采用奥氏体焊条在含碳较高的焊对于中高碳合金钢焊接时，甚至采用奥氏体焊条在含碳较高的焊接热影响区，在预热温度不足情况下才会出现孪晶马氏体接热影响区，在预热温度不足情况下才会出现孪晶马氏体4 4）马氏体）马氏体 5 5）焊缝最终组织的构成）焊缝最终组织的构成焊缝成分焊缝成分冷却速度冷却速度 三、焊缝性能控制l1、焊缝金属的固溶强化和变质处理l2、调整焊接工艺改善焊缝的性能 1、焊缝金属的固溶强化和变质处理l硅和锰l矾和铌l钛和硼l钼l稀土 1 1）锰和硅的作用）锰和硅的作用最常用的合金化元素；最常用的合金化元素；脱氧和提高强度（固溶强化）；脱氧和提高强度（固溶强化）；比例合适，可提高韧性比例合适，可提高韧性－－改变焊缝组织形态而影响－－改变焊缝组织形态而影响 焊缝的韧焊缝的韧性。
性 2）矾和铌lNb和V在低合金钢焊缝中可固溶，推迟冷却时奥氏体向铁素体转变，抑制焊缝中先共析铁素体析出，而激发细小的AF组织另外还可以固定焊缝中的N，提高韧性l但氮化物如以微细共格沉淀相存在则降低韧性，可通过正火处理，消除共格关系，提高韧性 3 3）钛和硼）钛和硼 Ti Ti 和和 B B同时存在－可细化晶粒－提高焊缝韧性同时存在－可细化晶粒－提高焊缝韧性 Ti：： +硼、氧、氮－－形成小颗粒的化合物硼、氧、氮－－形成小颗粒的化合物－－结晶过程中－－非自发形核的质点－－细化晶粒－－结晶过程中－－非自发形核的质点－－细化晶粒－－－－δ－－Fe→γ－－Fe → α －－Fe的转变过程中，阻碍晶的转变过程中，阻碍晶 粒长大，得到细小晶粒粒长大，得到细小晶粒存在最佳的含量范围存在最佳的含量范围硼：硼： 高温时可抑制高温时可抑制A→FA→F的转变－－促进针状的转变－－促进针状F F的形成－－的形成－－细化组织－－提高韧性细化组织－－提高韧性 4 4）钼的作用）钼的作用 低合金钢中加低合金钢中加MoMo－－－－A A转化温度转化温度↓――↓――抑制粗大的先抑制粗大的先 共析共析F――F――强度和韧强度和韧性性↑↑。
存在最佳的含量范围存在最佳的含量范围 5 5）稀土元素的作用）稀土元素的作用存在最佳的含量范围存在最佳的含量范围化学活性强化学活性强――――与合金元素作用与合金元素作用――――改善焊缝的组改善焊缝的组织和夹杂物的形态和分布织和夹杂物的形态和分布――――提高焊缝的韧性提高焊缝的韧性 如脱氢、脱氧、脱氮；硅酸盐夹杂物成球形如脱氢、脱氧、脱氮；硅酸盐夹杂物成球形 l采用微量元素改善焊缝金属的组织和韧性是一项十分复杂的问题，特别是不同合金体系最佳韧化效果的合适微量元素，有时很难解释但最终都能改善焊缝的微观组织对于低合金钢来讲，就是增加焊缝金属中的针状铁素体，抑制先共析铁素体，这是最重要的韧化机制 2、调整焊接工艺改善焊缝的性能焊接工艺优化焊接工艺优化 振动结晶与锤击处理振动结晶与锤击处理焊后热处理焊后热处理 1 1）焊接工艺优化）焊接工艺优化 工艺参数调整工艺参数调整控制焊接热输入控制焊接热输入－得到晶粒细小的组织－得到晶粒细小的组织――――强度和韧性强度和韧性↑↑；；控制冷却速度控制冷却速度――控制固态相变过程及相变组织；控制固态相变过程及相变组织；多层焊多层焊降低热输入降低热输入――减少熔池的过热，改善结晶条件，细化晶粒；减少熔池的过热，改善结晶条件，细化晶粒； 附加热处理作用附加热处理作用－改善组织。
－改善组织 2 2）振动结晶与锤击处理）振动结晶与锤击处理振动结晶振动结晶――――利用机械、超声振动或电磁振动等方法，利用机械、超声振动或电磁振动等方法，破破 坏大晶粒，增大非自发形核的质点，细化坏大晶粒，增大非自发形核的质点，细化组织锤击处理锤击处理――――指锤击焊道，指锤击焊道，破碎晶粒，细化组织破碎晶粒，细化组织；； ――――降低残余应力，降低残余应力，提高焊缝的韧性及疲劳性提高焊缝的韧性及疲劳性能 3 3）焊后热处理）焊后热处理跟踪热处理跟踪热处理――――每焊完一道焊缝，立即用火焰加热焊每焊完一道焊缝，立即用火焰加热焊 道表面进行热处理；道表面进行热处理； 可改善焊缝组织，提高性能可改善焊缝组织，提高性能整体或局部热处理整体或局部热处理――――消除残余应力，改善焊缝和整个接消除残余应力，改善焊缝和整个接头的组织和性能。
头的组织和性能 焊缝热影响区的组织与性能l1.焊接热影响区的组织转变l2.焊接热影响区的组织分布l3.焊接热影响区的性能 l（1）焊接过程的特殊性：l加热速度快 比热处理时快几十倍甚至几百倍；l加热温度高 在熔合线附近温度可达1350～1400℃；l高温停留时间短 在AC3以上保温的时间很短(一般手工电弧焊约为4～20s，埋弧焊时30～100s) ；l自然条件下连续冷却，冷却速度快；l加热的局部性和移动性；l在应力状态下进行组织转变在应力状态下进行组织转变1.焊接热影响区的组织转变 l（2）焊接加热过程组织转变组织转变向高温推移；组织转变向高温推移； A均质化程度降低，部分晶粒严重长大；均质化程度降低，部分晶粒严重长大； 1.焊接热影响区的组织转变 1）组织转变向高温推移）组织转变向高温推移l焊接过程的快速加热，使各种金属的相变温度比起等温转变时大有提高l原因：l F 或P→ A－扩散重结晶－需要孕育期；碳化物形成元素－－减慢A的进程 2）） A A 均质化程度降低，部分晶粒严重长大；均质化程度降低，部分晶粒严重长大； 高温停留时间短，不利于扩散－－均质化↓ 熔合区附近的热影响区－－温度高，晶粒严重长大。
l（3）焊接冷却过程的组织转变特点l组织转变向低温推移，可形成非平衡组织；lM转变临界冷速发生变化 1.焊接热影响区的组织转变 1）组织转变向低温推移，可形成非平衡组织 A A条件相同时：条件相同时： 冷却速度冷却速度↑↑，各相变点和温度线均发生偏移各相变点和温度线均发生偏移4545钢在焊接条件下比热处理条件下的钢在焊接条件下比热处理条件下的CCTCCT曲线稍向右移，说明在相同曲线稍向右移，说明在相同冷却条件下，焊接时比热处理时的淬硬倾向大冷却条件下，焊接时比热处理时的淬硬倾向大 40Cr40Cr的的CCTCCT曲线则向左移，即淬硬倾向小曲线则向左移，即淬硬倾向小奥氏体奥氏体→铁素体或珠光体：由扩散过程控制的铁素体或珠光体：由扩散过程控制的 2 2））M M转变临界冷速发生变化 转变临界冷速发生变化 晶粒粗大－晶粒粗大－A A稳定性稳定性↑↑－淬硬倾向－淬硬倾向↑↑；； 碳化物－碳化物－A A稳定性稳定性↓↓－淬硬倾向－淬硬倾向↓↓；；M M转变临转变临界温度界温度影响影响碳化物合金元素要全部溶解在奥氏体中才能增加其稳定性，增加淬硬倾向。
45钢不存在碳化物溶解过程，在焊接时近逢区组织粗大，奥氏体稳定 （（4 4））HAZHAZ组织的确定方法组织的确定方法焊接CCT曲线 Q 345钢的钢的CCT曲线曲线实际上代表钢的淬硬倾向 1）影响因素a）母材成分除钴之外所有元素使曲线右移，增加淬硬倾向，并降低Ms点 b) 热循环峰值温度： 峰值温度对峰值温度对CCT的影响的影响 温度↑－－ A晶粒粗化↑－ 稳定性↑－ 淬硬倾向↑ →→ CCT曲线右移 （（4 4））HAZHAZ组织的确定方法组织的确定方法 加热速度对加热速度对CCT的影响的影响加热速度↑，高温停留时间↓，碳化物在A中溶解不充分，A稳定性↓，淬硬性↓，→CCT曲线左移4 4））HAZHAZ组织的确定方法组织的确定方法1）影响因素c)加热速度和冷却速度： 2））CCT曲线的应用曲线的应用一：预测给定工艺条件下接头的组织性能；一：预测给定工艺条件下接头的组织性能；二：根据接头组织性能的要求制定相应的焊接工艺二：根据接头组织性能的要求制定相应的焊接工艺（（4 4））HAZHAZ组织的确定方法组织的确定方法 不易淬火钢HAZ的组织分布2 2、、HAZ的组织分布的组织分布易淬火钢易淬火钢HAZHAZ的组织分布的组织分布 （1）不易淬火钢HAZ的组织分布低碳钢和某些低合金钢低碳钢和某些低合金钢 （1）不易淬火钢HAZ的组织分布1）HAZ尺寸如下表所示： 2）不易淬火钢HAZ的构成HAZHAZ＝过热区＝过热区 + + 完全重结晶区完全重结晶区 + + 不完全重结晶区不完全重结晶区 + + 再结晶区再结晶区热轧态母材热轧态母材冷轧态母材冷轧态母材HAZHAZ＝过热区＝过热区 + + 完全重结晶区完全重结晶区 + + 不完全重结晶区不完全重结晶区 冷轧态低碳钢冷轧态低碳钢HAZ的组织分布及温度区间的组织分布及温度区间过热区：过热区： 紧靠熔合区紧靠熔合区加热温度：加热温度： 1100℃1100℃～～1490℃1490℃组织：组织： 粗大的粗大的F F和和P P。
特点：特点： 宽度为宽度为1 1～～3mm3mm，塑，塑性和韧性下降性和韧性下降完全重结晶区：完全重结晶区： 紧靠着过热区紧靠着过热区加热温度：加热温度： 900℃900℃～～1100℃1100℃组织：组织： 均匀细小的均匀细小的F F和和P P（近（近似于正火组织）似于正火组织）特点：特点： 宽度约～，力学性能宽度约～，力学性能优于母材优于母材不完全重结晶区：不完全重结晶区：加热温度：加热温度： ACAC1 1～～ACAC3 3之间之间组织：组织： F+P (FF+P (F粗、细不均粗、细不均) )特点：特点：部分组织发生相变，晶部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能差粒不均匀，力学性能差再结晶区再结晶区：：冷作硬化的母材冷作硬化的母材加热温度加热温度：： 500℃500℃～～AcAc1 1组织：组织： 等轴等轴F F晶粒；晶粒；特点：特点： 塑性和韧性提高，强度塑性和韧性提高，强度和硬度低于母材和硬度低于母材 不易淬火钢焊接热影响区的组织分布不易淬火钢焊接热影响区的组织分布 （2）易淬火钢HAZ的组织分布HAZHAZ＝完全淬火区＝完全淬火区 + + 不完全淬火区不完全淬火区 + + 回火区回火区退火或正火态母材退火或正火态母材调质态母材调质态母材HAZHAZ＝完全淬火区＝完全淬火区 + + 不完全淬火区不完全淬火区低碳调质钢、中碳低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢钢、中碳调质钢 1） 完全淬火区l温度： Ac3以上（与不易淬火钢的过热区、正火区对应）。
组织：M 相当于过热区的部位－－粗大的马氏体； 相当于正火区的部位－－细小的马氏体性能：硬度大，塑性、韧性较低2）易淬火钢HAZ的组织分布 2） 不完全淬火区l温度： Ac1～～Ac3 之间；（与不易淬火钢的不完全重结晶区对应）组织：M + F（粗大） 加热时，F很少溶入A－－冷却成粗大F； 加热P、B变为A－－冷却成M性能：脆性较大，韧性较低 3）回火区（调质态母材）l温度： 调质回火温度～Ac1之间；l组织和性能： 变化的程度决定于焊前调质的回火温度Ｔt ： Ｔt ↓，回火区↑，组织和性能变化↑ 回火区经历的峰值温度↑，软化程度↑，强度↓ 不易不易淬火钢淬火钢（热轧）（热轧）易淬易淬火钢火钢不同类型母材的热影响区的组织分布不同类型母材的热影响区的组织分布ⅠⅠ过热区；过热区；Ⅱ Ⅱ 完全重结晶区；完全重结晶区；Ⅲ Ⅲ 不完全重结晶区；不完全重结晶区；Ⅶ 母材；母材；Ⅳ Ⅳ 完全淬火区；完全淬火区；Ⅴ Ⅴ 不完全淬火区；不完全淬火区；Ⅵ Ⅵ 回火区回火区 l（1）焊缝热影响区的硬化l（2）焊缝热影响区的脆化l（3）焊缝热影响区的韧化l（4）焊缝热影响区的软化3、焊接热影响区的性能 影响硬度的因素最高硬度最高硬度最低硬度 （1）焊缝热影响区的硬化 1）影响硬度的因素a) 母材的淬硬倾向（内因）母材的淬硬倾向（内因）取决于化学成分取决于化学成分材料淬硬倾向的评价指标 — 碳当量。
它是把钢中合金元素（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））HAZ的冷却速度（外因）的冷却速度（外因）取决于焊接规范取决于焊接规范 焊接热影响区焊接热影响区 Hmax 与与 t8/5 的关系的关系板厚板厚20mm，成分：，成分：C=0.12%，，Mn=1.4%，，Si=0.48%，，Cu=0.15% 2)最高硬度 图图3-33 不易淬火钢（不易淬火钢（20Mn））HAZ硬度分布硬度分布 熔合线附近 图图3-33 易淬火调质钢的易淬火调质钢的HAZ硬度分布硬度分布 l不易淬火钢： 与母材相接处；l易淬火钢（调质态）： 在Ac1附近的区域；3)最低硬度 （2）焊接热影响区的脆化 脆化脆化: 脆性脆性↑或韧性或韧性↓; －－接头的一个薄弱环节－－接头的一个薄弱环节1）粗晶脆化2）组织脆化 3）时效脆化 2. 焊接热影响区的脆化1）粗晶脆化lHAZ因晶粒粗大发生韧性降低的现象 晶粒↑，晶界结构越疏松，抗冲击↓，韧性↓ l化学成分---碳、氮化物形成元素--阻碍晶界 迁移--防止晶粒长大。
l热源和热输入--能量密度↑-热输入↓-晶粒↓措施：应用热量集中的热源+较低的热输入影响因素：影响因素： 2）组织脆化l焊接焊接HAZHAZ中中由于出现脆硬组织而产生的由于出现脆硬组织而产生的脆化称之组织脆化脆化称之组织脆化片状片状M脆化脆化M-A组元组元 a) 片状片状M脆化脆化 材质材质――――低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢低碳调质钢、中碳钢、中碳调质钢；；影响因素影响因素――――冷却速度冷却速度↑↑，片状，片状M↑M↑，脆性倾向，脆性倾向↑↑ 预防措施提高焊接热输入，冷却速度提高焊接热输入，冷却速度↓↓，但，但↑↑↑↑，，→→粗晶脆化粗晶脆化 采用缓冷、预热采用缓冷、预热 b) M - A 组元* 形成条件形成条件* 危害危害* 影响因素影响因素* 预防措施预防措施 b) M - A 组元l焊接低碳低合金钢；l先析出F→残余A的碳浓度增高；l高碳A →高碳M+残余A，即M-A组元 * 形成条件：形成条件： * 危害危害M-A中的中的M----高碳高碳M（片状），（片状）， 增加脆性增加脆性M-A：数量：数量↑，脆性转，脆性转变温度变温度↑，，HAZ脆化脆化↑。
* 影响因素影响因素•钢材的合金成分、合金化程度：钢材的合金成分、合金化程度：即：低碳低合金钢即：低碳低合金钢+ +中等冷速中等冷速------M-A------M-A组元成分简单、合金化程度较小：成分简单、合金化程度较小： A稳定性小，不形成稳定性小，不形成M-A组元含碳量和合金成分高：含碳量和合金成分高： 片状片状M，不形成，不形成M-A组元• 冷却速度：图冷却速度：图3-37b 冷速较大冷速较大—片状片状M；冷速较小；冷速较小—F和碳化物；和碳化物；中等冷速中等冷速—易形成 * 预防措施预防措施 焊后低温（焊后低温（<250℃<250℃）或中温（）或中温（450450~500℃500℃）回火：）回火： M-A M-A 分解，降低脆性；分解，降低脆性； 控制控制焊接热输入焊接热输入+ +预热、缓冷预热、缓冷: : 提高韧性，降低脆性提高韧性，降低脆性 3）时效脆化指指HAZ在在AC1以下的一定温度范围内以下的一定温度范围内 碳、氮原子的聚集碳、氮原子的聚集或析出碳、氮的化合物沉淀相或析出碳、氮的化合物沉淀相一定时间的时效一定时间的时效脆化脆化 a) 热应变时效脆化HAZ焊缝焊缝封头封头原因原因: 200-400℃: 200-400℃的温度范围内－－热应变的温度范围内－－热应变→碳、氮原碳、氮原子聚集到位错的周围子聚集到位错的周围→对位错产生钉扎和阻塞作用对位错产生钉扎和阻塞作用→→使使材料脆化。
材料脆化 b) 相析出时效脆化 原因：原因： 400-600℃400-600℃的区域内，快速冷却的区域内，快速冷却→→碳、氮过饱和；碳、氮过饱和； 经过时效，在晶界析出碳化物和氮化物的经过时效，在晶界析出碳化物和氮化物的沉淀相沉淀相，阻，阻 碍位错运动碍位错运动→→导致脆化导致脆化若析出物以若析出物以弥散的细颗粒弥散的细颗粒分布于晶内，分布于晶内，→改善韧性改善韧性若析出物分布于若析出物分布于晶界并聚集晶界并聚集或以或以膜状膜状分布分布→材料脆化材料脆化 3、力学性能的分布l不易淬火钢HAZ的力学性能l易淬火钢HAZ的力学性能 l不易淬火钢HAZ的力学性能总体上力学性能分布不均总体上力学性能分布不均特点：特点： 能量集中的热源，降低焊接热输入能量集中的热源，降低焊接热输入+ +预热、缓冷：预热、缓冷： →→→→HAZHAZ宽度宽度↓↓，晶粒粗化，晶粒粗化↓,↓,冷速冷速↓――↓――综合力学综合力学 性能性能↑↑ σσs mins min――不完全重结晶区；不完全重结晶区； σσbmaxbmax、、σσsmaxsmax－过热区－过热区: : δ δ min 、、ψ ψ min －过热区；－过热区； 冷速冷速↑↑――σ――σb b、、σσs s↑↑，， δ ↓ δ ↓ 、、ψ ↓ψ ↓特点特点措施：措施： 易淬火钢易淬火钢HAZHAZ的力学性能的力学性能图图3-35 30CrMnSiA钢钢HAZ的强度分布的强度分布 能量集中的热源，降低焊接热输入。
能量集中的热源，降低焊接热输入 σσb b－变化范围大－变化范围大: : σbmax－－－－完全淬火区，完全淬火区， σbmin－－－－Ac1Ac1附近的回火区附近的回火区 特点特点措施：措施： 。