[物理]第7章 焊缝及其热影响区的组织和性能

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1、材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 第七章第七章焊缝及其热影响区的组织和性能焊缝及其热影响区的组织和性能材料与冶金学院材料与冶金学院 李伟李伟1第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 主要内容主要内容 7.1 7.1 金属焊接概述金属焊接概述 7.2 7.2 焊接接头成形及其冶金过程焊接接头成形及其冶金过程 7.3 7.3 焊接温度场焊接温度场 7.4 7.4 焊缝金属的组织性能焊缝金属的组织性能 7.5 7.

2、5 焊接热影响区的组织性能焊接热影响区的组织性能2第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 7.1 金属焊接概述金属焊接概述公元前，已出现焊接工艺，铸焊、扩散钎公元前，已出现焊接工艺，铸焊、扩散钎焊（秦始皇陵铜车马等）。焊（秦始皇陵铜车马等）。 19世纪，现代焊接技术得以发展（世纪，现代焊接技术得以发展（C弧、弧、金属弧、电阻热）。金属弧、电阻热）。 20世纪，金属电弧用于金属结构生产，发世纪，金属电弧用于金属结构生产，发明厚药皮焊条。明厚药皮焊条。3第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料

3、成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 4第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 5第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 1921年，第一艘全焊远洋船；年，第一艘全焊远洋船；30年代，大规模制造焊接结构；年代，大规模制造焊接结构；60年代，焊接结构空前普及；年代，焊接结构空前普及；中国：中国：上海金茂大厦；葛洲坝船闸闸门；三峡

4、上海金茂大厦；葛洲坝船闸闸门；三峡水电站船闸闸门；三峡工程水轮机转子；水电站船闸闸门；三峡工程水轮机转子；九江长江大桥、芜湖长江大桥等。九江长江大桥、芜湖长江大桥等。6第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 7第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 8第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Formin

5、g 9第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 7.17.1金属焊接成形概述金属焊接成形概述常见连接成形方法：常见连接成形方法：A 焊接焊接B 胶接胶接使用胶粘剂来连接材料。使用胶粘剂来连接材料。 优点：适应性广、工艺简单，应力变形小，优点：适应性广、工艺简单，应力变形小， 适用于各种材料适用于各种材料 缺点：固化时间长，胶接剂易老化，耐热性差。缺点：固化时间长，胶接剂易老化，耐热性差。C 机械连接机械连接螺纹连接、销钉连接、键连螺纹连接、销钉连接、键连 接和铆钉连接接和铆钉连接 优点：标准件

6、，良好的互换性，选用方便，优点：标准件，良好的互换性，选用方便， 工作可靠，易于工作可靠，易于 检修。检修。 缺点：增加了机械加工工序，结构重量大，缺点：增加了机械加工工序，结构重量大， 密封性差，成本较高。密封性差，成本较高。10第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 焊接焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接的实质焊接的实质用加热或加压等手段，借助于金属原子的结用加热或加压等手段，借助于金属原子的结 合与扩散作用，合与扩散作用，依靠原子间的结合力

7、依靠原子间的结合力使分离使分离 的金属材料牢固地连接起来。的金属材料牢固地连接起来。焊接方法焊接方法熔化焊、压力熔化焊、压力 焊及钎焊。焊及钎焊。应用应用在机械制造业中以在机械制造业中以 熔化焊熔化焊的应用最为的应用最为 广泛。广泛。11第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 熔化焊：熔化焊：将工件局部加热到熔化状态，形成将工件局部加热到熔化状态，形成熔池，冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合熔池，冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合成不可分离的整体。常见有气焊、电弧焊、成不可分离的整体。常见有气焊

8、、电弧焊、电渣焊、等离子焊、电子束焊、激光焊等。电渣焊、等离子焊、电子束焊、激光焊等。压焊：压焊：无论加热与否，均需要加压的焊接方无论加热与否，均需要加压的焊接方法。常见的有电阻焊、摩擦焊、冷压法。常见的有电阻焊、摩擦焊、冷压 焊、扩散焊和爆炸焊等。焊、扩散焊和爆炸焊等。钎焊：钎焊：采用熔点低于被焊金属的钎料熔化以采用熔点低于被焊金属的钎料熔化以后，填充接头间隙，并与被焊金属相互扩散后，填充接头间隙，并与被焊金属相互扩散实现连接。钎焊过程中被焊工件不熔化，一实现连接。钎焊过程中被焊工件不熔化，一般没有塑性变形。般没有塑性变形。焊接的分类：焊接的分类：加热钎钎料料加热加压12第三章 凝固热力学与

9、动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 从冶金角度从冶金角度: 液相焊接：液相焊接：基材和填充材料熔化液相互溶材料间原基材和填充材料熔化液相互溶材料间原子结合。子结合。 固相焊接：固相焊接：压力使连接表面紧密接触表面之间充分扩压力使连接表面紧密接触表面之间充分扩散实现原子结合。散实现原子结合。 固液相焊接：固液相焊接：待接表面不接触，通过两者之间的毛细待接表面不接触，通过两者之间的毛细间隙中的液相金属在固液界面扩散，实现原子结合。间隙中的液相金属在固液界面扩散，实现原子结合。 （钎（钎焊）焊）13第三章 凝固热

10、力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 金属焊接成形概述金属焊接成形概述14第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 金属焊接成形概述金属焊接成形概述15第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 16第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of

11、 Materials Forming 17第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 18第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 焊接的优点：焊接的优点：（1）焊接生金属材料，）焊接生金属材料，结构重量轻结构重量轻。（2）能制造重型、复杂的机械零部件，简化铸造、锻造及）能制造重型、复杂的机械零部件，简化铸造、锻造及 切削加工工艺。切削加工工艺。（3）焊接接头不仅具有）焊接接头不仅具有良好的力学

12、性能良好的力学性能，还具有，还具有良好的密良好的密 封性封性。（4）能够制造）能够制造双金属结构双金属结构，使材料的性能得到充分利用。，使材料的性能得到充分利用。（5）可实现不同材料的连接成型，是不可拆卸的）可实现不同材料的连接成型，是不可拆卸的永久性连永久性连 接接。19第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 焊接的焊接的缺点：缺点：（1）焊接结构不可拆卸，给维修带来不便；）焊接结构不可拆卸，给维修带来不便； （2）焊接结构中存在焊接应力和变形；）焊接结构中存在焊接应力和变形；（3）接头的

13、组织性能往往不均匀，并会产生裂纹、夹渣、）接头的组织性能往往不均匀，并会产生裂纹、夹渣、 气孔等焊接缺陷，从而引起应力集中，降低连接件的气孔等焊接缺陷，从而引起应力集中，降低连接件的 承载能力。承载能力。20第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 7.2 焊接接头成形及其冶金过程焊接接头成形及其冶金过程 熔化焊时焊接接头的形成一般都熔化焊时焊接接头的形成一般都要经历加热、熔化、冶金反应、要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变等过程，最凝固结晶、固态相变等过程，最后形成焊接接头。这一过

14、程可从后形成焊接接头。这一过程可从焊接热过程、焊接化学冶金过程、焊接热过程、焊接化学冶金过程、焊接时的金属凝固和相变过程三焊接时的金属凝固和相变过程三个方面加以学习。个方面加以学习。焊接接头焊接接头 焊接热过程焊接热过程 + 焊接化学冶金焊接化学冶金 + 焊接物理冶金焊接物理冶金21第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 一、焊接热过程1 1、焊接热过程：在焊接过程中，被焊金属及焊接材料由、焊接热过程：在焊接过程中，被焊金属及焊接材料由于热的输入和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性于热的输

15、入和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性状态）、凝固、固体相变的过程，称之为焊接热过程。状态）、凝固、固体相变的过程，称之为焊接热过程。2 2、焊接热过程的特点、焊接热过程的特点局部性局部性热源的运动性热源的运动性瞬时性瞬时性传热过程的复合性传热过程的复合性22第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 3 3、焊接热过程的作用、焊接热过程的作用热量大小和分布状态决定了熔池的形状和尺寸热量大小和分布状态决定了熔池的形状和尺寸决定了焊接熔池进行冶金反应的程度决定了焊接熔池进行冶金反应的程度影响熔池

16、金属凝固、相变过程影响熔池金属凝固、相变过程不均匀的加热和冷却，造成不均匀的应力状态不均匀的加热和冷却，造成不均匀的应力状态冶金、应力和被焊金属组织的共同影响，可能产生各冶金、应力和被焊金属组织的共同影响，可能产生各种焊接裂纹和其他缺陷种焊接裂纹和其他缺陷影响热影响区金属的组织的转变和性能的变化影响热影响区金属的组织的转变和性能的变化决定母材和焊材的熔化速度，因而影响焊接生产率决定母材和焊材的熔化速度，因而影响焊接生产率23第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 二、焊接化学冶金 熔焊时，焊

17、接区内的各种物质，即液态金属、熔渣和熔焊时，焊接区内的各种物质，即液态金属、熔渣和气相之间在高温下进行的极为复杂的物理化学变化的过气相之间在高温下进行的极为复杂的物理化学变化的过程，称为程，称为焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程。焊接化学冶金过程对焊缝。焊接化学冶金过程对焊缝金属的成分、性能、焊接缺陷（如气孔、裂纹等）以及金属的成分、性能、焊接缺陷（如气孔、裂纹等）以及焊接工艺性能都有重要的影响。焊接工艺性能都有重要的影响。焊接化学冶金的特殊性焊接化学冶金的特殊性焊接区内的气体和焊接熔渣焊接区内的气体和焊接熔渣焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用焊接区内金属、气体与熔渣的相互作用焊缝金属的合金化及

18、其成分控制焊缝金属的合金化及其成分控制包括内容：包括内容：24第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 焊接化学冶金的特点焊接化学冶金的特点：1.1.焊接化学冶金的首要任务就是焊接化学冶金的首要任务就是对金属加强保护对金属加强保护，使其免受空气，使其免受空气中中气体的有害作用气体的有害作用，从而减少焊缝中有害，从而减少焊缝中有害杂质含量杂质含量，减少有益，减少有益合合金元素损失金元素损失，使焊缝金属得到合适的，使焊缝金属得到合适的化学成分化学成分，提高，提高焊接质量焊接质量。2.2.焊接化学冶

19、金过程是焊接化学冶金过程是分区域（或阶段）连续分区域（或阶段）连续进行的，各区的反进行的，各区的反应物应物性质性质和和浓度、温度、反应时间、相接触面积、对流及搅拌运浓度、温度、反应时间、相接触面积、对流及搅拌运动动等反应条件也有着较大的差异。等反应条件也有着较大的差异。反应条件反应条件的差异就影响着反应的差异就影响着反应进行的进行的可能性、方向、速度及限度可能性、方向、速度及限度。不同的。不同的焊接方法焊接方法有不同的有不同的反反应区应区。钨极气体保护焊和电子束焊只有。钨极气体保护焊和电子束焊只有熔池反应区熔池反应区；熔化极气体；熔化极气体保护焊有保护焊有熔滴反应区熔滴反应区和和熔池反应区熔池

20、反应区两个反应区；焊条电弧焊有三两个反应区；焊条电弧焊有三个反应区：个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。25第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 温度变化范围大；温度变化范围大；停留时间短；停留时间短；基本排除了整个系统达到热力学平衡的可能性；基本排除了整个系统达到热力学平衡的可能性；不同条件下焊接冶金反应离平衡的远近程度不同；不同条件下焊接冶金反应离平衡的远近程度不同；利用热力学原理定性分析冶金反应的进行方向和影利用热力学原理定性分析冶金反应的

21、进行方向和影响因素；响因素；3 3、焊接冶金反应分析、焊接冶金反应分析26第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 三、焊接物理冶金过程三、焊接物理冶金过程熔化焊时，熔化焊时，焊接焊接材料材料及母材金属及母材金属在高温热源作用下发生了在高温热源作用下发生了局部熔化，在此过程中发生了冶金反应。当热源离开后，熔局部熔化，在此过程中发生了冶金反应。当热源离开后，熔池开始冷却结晶、凝固及固态相变，最终形成焊缝池开始冷却结晶、凝固及固态相变，最终形成焊缝，这个过，这个过程主要是物理冶金过程程主要是物理冶

22、金过程。靠近熔池的金属，由于经历了焊接高温热源的热循环作用，靠近熔池的金属，由于经历了焊接高温热源的热循环作用，其组织和性能也会发生变化，这一区域称之为其组织和性能也会发生变化，这一区域称之为焊接热影响区焊接热影响区（Heat Affected ZoneHeat Affected Zone，简称，简称HAZHAZ）或近缝区）或近缝区，此区域主要发，此区域主要发生物理冶金过程生物理冶金过程。介于焊缝和热影响区之间的。介于焊缝和热影响区之间的薄层薄层过渡区称过渡区称为为熔合区熔合区。27第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Ma

23、terials Forming 焊接接头主要是由焊缝和热影响区组成的焊接接头主要是由焊缝和热影响区组成的：由于焊接接头各组成部分经历的焊接热循环作用是不同的，所由于焊接接头各组成部分经历的焊接热循环作用是不同的，所以会形成不同的微观组织，有时甚至会产生缺陷，从而影响到以会形成不同的微观组织，有时甚至会产生缺陷，从而影响到整个接头的作用。在很多情况下，焊接热影响区的质量与焊缝整个接头的作用。在很多情况下，焊接热影响区的质量与焊缝质量是同等重要的，有些金属的焊接热影响区存在的问题比焊质量是同等重要的，有些金属的焊接热影响区存在的问题比焊缝更要复杂。缝更要复杂。焊接接头组成示意图1-焊缝 2-熔合区

24、 3-热影响区 4-母材28第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 7.3 焊接温度场焊接温度场1.焊接时热作用的特点焊接时热作用的特点（1）集中性）集中性（2）瞬时性）瞬时性2. 焊接传热基本形式焊接传热基本形式（根据传热学基本理论）（根据传热学基本理论）（1）热传导）热传导 （2）热对流）热对流 （3）热辐射）热辐射 焊接过程中：热源焊接过程中：热源 焊件焊件 ： 对流、辐射为主对流、辐射为主 母材、焊条本身母材、焊条本身 ： 热传导为主热传导为主29第三章 凝固热力学与动力学材料成型原

25、理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 热传导过程的偏微分方程热传导过程的偏微分方程（根据傅立叶公式和能量守恒定律建立）（根据傅立叶公式和能量守恒定律建立） 三维传热三维传热 二维传热二维传热 一维传热一维传热具体求解时需给出热导体的初始条件与边界条件。具体求解时需给出热导体的初始条件与边界条件。初始条件：物体开始导热时的瞬时温度分布初始条件：物体开始导热时的瞬时温度分布边界条件：热导体表面与周围介质间的热交换情况。边界条件：热导体表面与周围介质间的热交换情况。常见的三种边界条件：常见的三种边界条件： 第一类：给定物体表面温度

26、随时间的变化关系第一类：给定物体表面温度随时间的变化关系 第二类：给出通过物体表面的比热流随时间变化的关系第二类：给出通过物体表面的比热流随时间变化的关系 第三类：给出物体周围介质温度以及物体表面与周围介第三类：给出物体周围介质温度以及物体表面与周围介 质的换热系数质的换热系数a。30第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 31第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 3.3.焊接温度场的概

27、念焊接温度场的概念焊接温度场焊接温度场某瞬时焊件上各点的温度分布某瞬时焊件上各点的温度分布 T= f(x,y,z,t) 等温线（面）等温线（面）焊件上瞬时温度相同的点连成的线（面）焊件上瞬时温度相同的点连成的线（面） 每条线或面之存在温度差，其大小可以用温度梯度每条线或面之存在温度差，其大小可以用温度梯度来表示：来表示：Grad T32第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （2 2）当恒定热功率的热源固定作用在焊件上时，开始阶段温度场是不）当恒定热功率的热源固定作用在焊件上时，开始阶段温度

28、场是不稳定的，经过一段时间后便达到饱和状态，形成暂时稳定的温度场，这稳定的，经过一段时间后便达到饱和状态，形成暂时稳定的温度场，这种情况称为准稳定温度场。种情况称为准稳定温度场。 （3 3）功率不变的焊接热源，在厚大焊件、薄板或细棒上作匀速直线运动）功率不变的焊接热源，在厚大焊件、薄板或细棒上作匀速直线运动时，温度场是准稳态温度场。温度场与热源作同步运动，可采用移动坐时，温度场是准稳态温度场。温度场与热源作同步运动，可采用移动坐标系，使坐标原点与热源中心重合。标系，使坐标原点与热源中心重合。（1 1）正常焊接条件下，焊接热源是以一定速度沿焊缝移动的。）正常焊接条件下，焊接热源是以一定速度沿焊缝

29、移动的。 33第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 34第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 4.4.数学分析法数学分析法数学解析的简化条件：数学解析的简化条件：1 1）焊接过程中材料的热物理常数不变，初始温度均匀）焊接过程中材料的热物理常数不变，初始温度均匀2 2）三维或二维传热时，各方向传热互不影响）三维或二维传热时，各方向传热互不影响3 3）焊件尺寸和焊接热源可概括为三种类型：）

30、焊件尺寸和焊接热源可概括为三种类型：a)a)半无限大物体半无限大物体 三维传热三维传热 点热源点热源b)b)无限薄物体无限薄物体 二维传热二维传热 线热源线热源c)c)无限长细杆无限长细杆 一维传热一维传热 面热源面热源4 4）边界条件：厚板焊件的热能全部向物体内部传导；薄板或细杆表）边界条件：厚板焊件的热能全部向物体内部传导；薄板或细杆表 面与介质间的热传导忽略不计面与介质间的热传导忽略不计5 5）焊接热源在单位时间内输出的能量保持不变）焊接热源在单位时间内输出的能量保持不变6 6）热源运动过程中所产生的热作用效果，可视为相继作用于不同点）热源运动过程中所产生的热作用效果，可视为相继作用于不

31、同点 的无数集中热源作用的总和，而多个瞬时热源之间互不影响。的无数集中热源作用的总和，而多个瞬时热源之间互不影响。35第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 厚板温度场表达式：厚板温度场表达式：1.1.正常速度运动时的特解：正常速度运动时的特解：2.2.热源高速度运动时的近似解：热源高速度运动时的近似解： 薄板温度场表达式：薄板温度场表达式：1.1.正常速度运动时的特解：正常速度运动时的特解：2.2.热源稿速度运动时的近似解：热源稿速度运动时的近似解：36第三章 凝固热力学与动力学材料成型原

32、理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 37第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming X-Y方向温度场分布/全图38第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 三维温度场分布39第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 40第三

33、章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 实测结果41第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 薄板二维传导，薄板二维传导，板厚方向无温差，板厚方向无温差，近似全熔近似全熔透对接焊透对接焊42第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 5.5.影响温度场的因素影响温度场的因素（1 1）热源的性质）热

34、源的性质（2 2）焊接工艺参数（有效热功率）焊接工艺参数（有效热功率q q 、焊接速度、焊接速度v v） q q一定一定 v v增大增大 等温线的范围变小，热源集中程度增大等温线的范围变小，热源集中程度增大 v v一定一定 q q增大增大 温度场的范围增大温度场的范围增大 grad T grad T q/vq/v一定一定 v v 较大时较大时 grad T grad T （3) 3) 金属的热物理性质（热导率金属的热物理性质（热导率、体积比热容、体积比热容c等等） 热物理性质主要是指热物理性质主要是指 热扩散率热扩散率 = = /c/c 焊接线能量焊接线能量 E E 相同相同 a grad T

35、 a grad T 板厚：其他因素不变，随板厚的减小，板厚：其他因素不变，随板厚的减小， 焊件表面的高温区域焊件表面的高温区域43第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 44第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 45第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 一、熔池凝固一、熔池凝固1 1

36、、焊接熔池凝固过程与铸造凝固过程的差别、焊接熔池凝固过程与铸造凝固过程的差别焊接熔池体积小，冷却速度高；焊接熔池体积小，冷却速度高； 熔池的形状与尺寸熔池的形状与尺寸( (30cm30cm3 3, , 100g)100g)，冷却速度，冷却速度平均平均 达达100/s100/s，约为铸造的约为铸造的10104 4。焊接熔池的液态金属处于过热状态焊接熔池的液态金属处于过热状态 熔池平均温度熔池平均温度 (1770(1770100)100) 钢锭钢锭:1550 :1550 ；熔池；熔池 过热度大，合金元素烧损严重，非自发形核质点减过热度大，合金元素烧损严重，非自发形核质点减 少，促使柱状晶发展。少，

37、促使柱状晶发展。7.4 7.4 焊缝金属的组织与性能焊缝金属的组织与性能46第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 一、熔池凝固一、熔池凝固熔池在运动状态下结晶熔池在运动状态下结晶u结晶前沿随热源同步运动。结晶前沿随热源同步运动。u液态金属受到电弧搅拌力、气流吹液态金属受到电弧搅拌力、气流吹 力、电磁力、熔滴作用力、表面张力、电磁力、熔滴作用力、表面张 力及金属密度差的作用。力及金属密度差的作用。u熔池金属存在对流运动，有利于除气和除渣。熔池金属存在对流运动，有利于除气和除渣。u凝固速度很大

38、，固液界面的推进速度比铸件凝固速度很大，固液界面的推进速度比铸件高高10-100倍。倍。化学成分不均匀化学成分不均匀1、焊接熔池凝固过程差别、焊接熔池凝固过程差别47第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 二、熔池结晶的一般规律二、熔池结晶的一般规律 （1 1）形核）形核 自发形核自发形核 所需能量：所需能量： 其中：其中：新相新相- -液相界面张力液相界面张力 F Fv v 单位体积内固液两相自由能之差单位体积内固液两相自由能之差 非自发形核非自发形核 所需能量：所需能量： =0 =0 E

39、 Ek k =0 =0 现成晶核现成晶核 =180=180 E Ek k = =E Ek k 全自发形核全自发形核 固固- -液界面张力差越小，液界面张力差越小，越小，同时越小，同时越小，故越小，故E Ek k越小越小48第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 二、熔池结晶的一般规律二、熔池结晶的一般规律（1 1）形核）形核 自发形核和非自发形核自发形核和非自发形核在焊接熔池中，温度达到在焊接熔池中，温度达到16001600，自发形核几乎不可能，非自发形自发形核几乎不可能，非自发形核起主要作

40、用。核起主要作用。在焊接条件下，熔池中存在两种在焊接条件下，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，形状晶的形态向焊缝中心成长，形成所谓交互结晶（成所谓交互结晶（联生结晶联生结晶）。）。在焊接材料中加入一定的合金元素可作为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。熔池非自发形核的质点，细化晶粒

41、。外延结晶示意图49第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 二、熔池结晶的一般规律二、熔池结晶的一般规律 （2 2）晶核长大）晶核长大 择优生长择优生长每一种晶体点阵都存在一个最优每一种晶体点阵都存在一个最优结晶取向结晶取向, , 对于立方点阵的金属对于立方点阵的金属（Fe, Ni, Cu, AlFe, Ni, Cu, Al），最优结晶），最优结晶取向为取向为。温度梯度大的方向，也是晶粒易温度梯度大的方向，也是晶粒易于生长的方向。与焊接熔池边界于生长的方向。与焊接熔池边界垂直的方向温度梯度垂

42、直的方向温度梯度G G最大。最大。当母材晶粒取向当母材晶粒取向与导热最快与导热最快的方向一致时，即垂直熔池边界的方向一致时，即垂直熔池边界时，晶粒生长最快而优先长大时，晶粒生长最快而优先长大焊缝金属柱状晶的择优生长50第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （3 3）焊接工艺对一次组织结构的影响）焊接工艺对一次组织结构的影响 焊接熔池的外形是椭球状的曲面，即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

43、也是垂直于晶等温面，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。生长的主轴也是弯曲的。51第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （3 3）焊接工艺对一次组织结构的影响）焊接工艺对一次组织结构的影响低速焊接条件下：低速焊接条件下： 焊缝的柱状晶朝向焊接方向弯曲并指向焊缝中心，称焊缝的柱状晶朝向焊接方向弯曲并指向焊缝中心，称 为为“偏向晶偏向晶”。高速焊接条件下：高速焊接条件下： 柱状晶成长方向可柱状晶成长方向可

44、垂直于焊缝边界，一垂直于焊缝边界，一直长到焊缝中心，称直长到焊缝中心，称“定向晶定向晶”。低熔点杂。低熔点杂质偏析于焊缝中心，质偏析于焊缝中心，易出现纵向裂纹。易出现纵向裂纹。52第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 原因：高速移动，熔池原因：高速移动，熔池变成细长条，最快散热变成细长条，最快散热方向垂直于焊缝轴线。方向垂直于焊缝轴线。53第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 三、熔池

45、结晶线速度三、熔池结晶线速度 1.1.晶粒主轴生长线速度晶粒主轴生长线速度( (V Vc c) )分析分析 晶粒生长线速度分析图晶粒生长线速度分析图 54第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming coscos值的确定值的确定 厚大件：厚大件： 薄件：薄件： 对对V Vc c的讨论的讨论 =0=0时，时，V Vc c=V =V ，焊缝中心处，焊缝中心处 =90=90时，时，V Vc c=0=0，焊缝边界处，焊缝边界处 V V ，生长越垂直于焊缝中心，易形成脆弱的结，生长越垂直于焊缝中心，易形成脆

46、弱的结 合线，产生纵向裂纹合线，产生纵向裂纹 V VV Vc c ，所以焊易裂材料时，不能用大的焊速所以焊易裂材料时，不能用大的焊速56第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 四、熔池结晶的形态四、熔池结晶的形态 （1 1）分类）分类 （2 2）纯金属的结晶形态）纯金属的结晶形态 正的温度梯度：平面晶，生正的温度梯度：平面晶，生 长缓慢（主要）长缓慢（主要） 负的温度梯度：生长速度快，负的温度梯度：生长速度快， 除主轴外，还有分枝，生成除主轴外，还有分枝，生成 树枝晶（较少）树枝晶（较少）5

47、7第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （3 3）固溶体的结晶形态）固溶体的结晶形态温度过冷温度过冷: :结晶潜热所结晶潜热所致固相前部温度高，液致固相前部温度高，液相温度低。相温度低。成分过冷：先结晶温度成分过冷：先结晶温度高，后结晶温度低，快高，后结晶温度低，快速结晶时，易出现树枝速结晶时，易出现树枝晶。晶。58第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （4 4）成分过冷对结晶形态的影

48、响）成分过冷对结晶形态的影响 平面结晶：平面结晶： GTGT，多见于高纯金属焊缝或溶质含量低，多见于高纯金属焊缝或溶质含量低的液态合金，在熔合线附件温度梯度很高而结晶速度很小的液态合金，在熔合线附件温度梯度很高而结晶速度很小的边界层中。的边界层中。59第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 综合综合 当结晶速度当结晶速度R R和温度梯度和温度梯度G G不变时，随合金中溶质浓度不变时，随合金中溶质浓度 的提高，则成分过冷增加，从而使结晶形态由平面晶变的提高，则成分过冷增加，从而使结晶形态由平面

49、晶变 为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、最后到等轴晶为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、最后到等轴晶 当合金中溶质的浓度当合金中溶质的浓度C C0 0一定时，结晶速度一定时，结晶速度R R越快，成分越快，成分 过冷的程度越大，结晶形态也可由平面品过渡到胞状过冷的程度越大，结晶形态也可由平面品过渡到胞状 晶、树枝状晶，最后到等轴晶晶、树枝状晶，最后到等轴晶 当合金中溶质浓度当合金中溶质浓度C C0 0和结晶速度和结晶速度R R一定时，随液相温度一定时，随液相温度 梯度的提高，成分过冷的程度减小，因而结晶形态的演梯度的提高，成分过冷的程度减小，因而结晶形态的演 变方向恰好相反，由等轴晶、树枝品逐步演变到

50、平面晶变方向恰好相反，由等轴晶、树枝品逐步演变到平面晶 64第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 熔池中不同部位温度梯度和结晶速度不同，成分过冷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、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。胞状晶、树枝状晶、等轴晶。（5 5）焊缝各部位晶粒形态的变化）焊缝各部位晶粒形态的变化66第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Pri

51、nciple of Materials Forming 理论上理论上: : 熔合线处：熔合线处：G G最大、最大、R R最小最小平面晶平面晶 中心处：中心处：G G最小、最小、R R最大最大等轴晶等轴晶 实际上（主要是柱状晶和少量的等轴晶）实际上（主要是柱状晶和少量的等轴晶）: : 成分成分 板厚和接头形式板厚和接头形式 焊接速度焊接速度 v vR R , ,熔合线处熔合线处G G , ,焊缝中心处焊缝中心处G G出现大量等轴出现大量等轴 晶晶 （否则出现胞状晶或树枝晶）（否则出现胞状晶或树枝晶） 焊接电流焊接电流 I IG G , ,胞状晶胞状晶粗大树枝状晶粗大树枝状晶67第三章 凝固热力学

52、与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 五、焊缝的化学不均匀性五、焊缝的化学不均匀性 1.1.焊缝中的化学不均匀性焊缝中的化学不均匀性 显微偏析：显微偏析： 先结晶先结晶C C0 0低，后结晶低，后结晶C C0 0高，即晶粒中心高，即晶粒中心C C0 0高，边缘低高，边缘低 原因：冷却速度快，来不及均匀化原因：冷却速度快，来不及均匀化 要求细晶化，降低偏析要求细晶化，降低偏析 区域偏析区域偏析 熔池中心部位聚集较多低熔点杂质，柱状晶结晶的结果熔池中心部位聚集较多低熔点杂质，柱状晶结晶的结果 层状偏析层状偏析

53、结晶（熔滴过渡）的周期性所致结晶（熔滴过渡）的周期性所致68第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 2.2.熔合区的化学不均匀性熔合区的化学不均匀性 熔合区的形成熔合区的形成 母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区 熔合区熔化不均（传热、晶粒散热）熔合区熔化不均（传热、晶粒散热） 熔合区成分分布熔合区成分分布 在液相中的溶解度在液相中的溶解度 在固相中的溶解度在固相中的溶解度 故：固相浓度故：固相浓度 界面界面 液相浓度液相浓度 C C0 0

54、 - C- C C C0 0 + C+ C 分配取决于扩散系数和分配系数，特别是分配取决于扩散系数和分配系数，特别是 S S、P P、C C、B B、O O、N N等等 熔合区还存在物理不均匀（组织、性能）熔合区还存在物理不均匀（组织、性能）69第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 六、焊缝固态相变六、焊缝固态相变 1 1、低碳钢焊缝、低碳钢焊缝 组织特征：组织特征：A PA P，形成，形成F+F+少量少量P,AP,A晶界析出晶界析出F F，有时有时F F 呈魏氏组织形态。呈魏氏组织形态。

55、 魏氏组织特征：铁素体在奥氏体晶界呈网状析出，魏氏组织特征：铁素体在奥氏体晶界呈网状析出， 也可从奥氏体晶粒内部沿一定方向析出，具有长短也可从奥氏体晶粒内部沿一定方向析出，具有长短 不一的针状或片条状，可直接插入珠光体晶粒之中不一的针状或片条状，可直接插入珠光体晶粒之中 冷速不同，组织不同：冷速增加，冷速不同，组织不同：冷速增加，P P增多，增多，F F减少，减少， 硬度升高硬度升高71第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 2、低合金钢、低合金钢 （1）多以多以F+P为主，有时出现为主，有

56、时出现B及及M,与焊材及工艺有关。与焊材及工艺有关。 （2）铁素体（）铁素体（F）转变转变 粒界粒界F（高温转变高温转变900-700）：为先共析）：为先共析F,由奥氏由奥氏 体晶界析出向晶内生长，呈块状体晶界析出向晶内生长，呈块状 侧板条侧板条F（700-550）：）：由奥氏体晶界形核，以板由奥氏体晶界形核，以板 条状向晶内生长（由于条状向晶内生长（由于F形成温度较高，形成温度较高，F内含碳极内含碳极 低，故又称为无碳贝氏体）低，故又称为无碳贝氏体） 针状针状F（500附近）：大都非自发形核，在奥实体附近）：大都非自发形核，在奥实体 内形成内形成 细晶细晶F （500以下）：奥氏体晶内形成，

57、有细晶元素以下）：奥氏体晶内形成，有细晶元素（Ti、B）出现时，晶界有出现时，晶界有Fe3C出现，接近上贝氏体。出现，接近上贝氏体。72第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （3 3）珠光体（）珠光体（P P）转变转变 一般情况不出现一般情况不出现P P，只有在缓冷时，才会出现片状或只有在缓冷时，才会出现片状或 粒状的珠光体粒状的珠光体 原因：焊接过程是一个不平衡过程，冷却速度快，原因：焊接过程是一个不平衡过程，冷却速度快，C C 扩散受到抑制，很难出现扩散受到抑制，很难出现F/FeF/F

58、e3 3C C片状结构片状结构（4 4）贝氏体（）贝氏体（B B）转变转变 上贝氏体（上贝氏体（B B下下）转变）转变 形成温度：形成温度：450-550450-550 形态：羽毛状形态：羽毛状 形成机理形成机理：切变：切变- -扩散型扩散型73第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 下贝氏体（下贝氏体（B下下）转变）转变 转变温度：转变温度：450-Ms 形态：针状铁素体和针状渗碳体机械混合，针与形态：针状铁素体和针状渗碳体机械混合，针与 针之间呈一定的角度针之间呈一定的角度 形成机理形成

59、机理 粒状贝氏体（粒状贝氏体（B粒粒） 形成温度高于上贝氏体形成温度高于上贝氏体 形态：无碳铁素体包围着富碳物质形态：无碳铁素体包围着富碳物质 转变产物：转变产物：F + Cm、M-A组织或残余奥氏体组织或残余奥氏体 74第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （5 5）马氏体）马氏体(M)(M)转变转变 低碳马氏体（板条马氏体）低碳马氏体（板条马氏体） 转变温度：转变温度：M MS S温度以下温度以下 形态：在奥氏体晶粒的内部形成细条状马氏体板形态：在奥氏体晶粒的内部形成细条状马氏体板 条

60、，条与条之间有一定的交角条，条与条之间有一定的交角 形成机理：位错形成机理：位错 高碳马氏体（片状马氏体）高碳马氏体（片状马氏体） 形态：形态：马氏体较粗大，往往贯穿整个奥氏体晶马氏体较粗大，往往贯穿整个奥氏体晶 粒，使以后形成的马氏体片受到阻碍粒，使以后形成的马氏体片受到阻碍 形成机理：孪晶形成机理：孪晶75第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 1.1.凝固组织形态对性能的影响凝固组织形态对性能的影响 生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、夹杂、热裂生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、

61、夹杂、热裂都有影响都有影响2.2.焊缝金属的性能的改善措施焊缝金属的性能的改善措施固溶、细晶等强化和变质处理固溶、细晶等强化和变质处理 加入加入MoMo、V V、TiTi、ZrZr、AlAl、B B、N N、稀土稀土TeTe等等 振动结晶振动结晶 机械振动、高频超声振动、电磁振动机械振动、高频超声振动、电磁振动 焊接工艺焊接工艺 焊后处理、热处理、多层焊、锤击、跟踪回火等。焊后处理、热处理、多层焊、锤击、跟踪回火等。七、改善焊缝组织的途径七、改善焊缝组织的途径76第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Fo

62、rming 熔焊熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧一定范围内发时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧一定范围内发生组织和性能变化的区域称为生组织和性能变化的区域称为“焊接热影响区焊接热影响区” 。 图10-1 焊接接头示意图1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材7.5 7.5 焊接热影响区的组织与性能焊接热影响区的组织与性能77第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 1 1、研究焊接热循环的意义、研究焊接热循环的意义 在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的在焊接热源的作用下，焊件上某

63、点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环变化过程称为焊接热循环。 焊接热循环反映了热源对焊件金属的热作用。焊接热循环反映了热源对焊件金属的热作用。焊件焊件上距热源远近不同的位置，所受到热循环的加热参数上距热源远近不同的位置，所受到热循环的加热参数不同不同，从而会发生不同的组织与性能变化。，从而会发生不同的组织与性能变化。 研究焊接热循环的意义为：研究焊接热循环的意义为： 找出最佳的焊接热循环；找出最佳的焊接热循环； 用工艺手段改善焊接热循环；用工艺手段改善焊接热循环； 预测焊接应力分布及改善热影响区组织与性能。预测焊接应力分布及改善热影响区组织与性能。一、一、 焊接热循环焊接热循环78第三章 凝

64、固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 2、焊接热循环的参数及特征、焊接热循环的参数及特征 加热速度加热速度H 最高加热温度最高加热温度m 相变温度以上相变温度以上 的停留时间的停留时间tH 冷却速度冷却速度C (或冷却时间或冷却时间t8 / 5) 晶粒晶粒大小大小相变相变组织组织79第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 3、焊接热循环参数的计算、焊接热循环参数的计算 主要介绍焊接热源高速运动时厚

65、板和薄板的热循主要介绍焊接热源高速运动时厚板和薄板的热循环参数的计算（推导过程略）：环参数的计算（推导过程略）： 峰值温度峰值温度m m的计算的计算 相变温度以上的停留时间相变温度以上的停留时间t tH H 的计算的计算 冷却速度冷却速度C C和冷却时间的计算和冷却时间的计算 80第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 点热源（厚板）点热源（厚板） 线热源（薄板）线热源（薄板） 由两式可以看出，当焊接线能量由两式可以看出，当焊接线能量E（ 单位长度上的焊接热单位长度上的焊接热输入量，输入量，

66、E = IU/v ) 一定，焊件上某点离开热源轴心距离越一定，焊件上某点离开热源轴心距离越远，最高温度远，最高温度m越低；而对焊件上某一定点，随着线能量越低；而对焊件上某一定点，随着线能量E 的提高，其的提高，其m增高，焊接热影响区的宽度增大。峰值温度增高，焊接热影响区的宽度增大。峰值温度的高低还受预热温度与焊件热物理性质的影响。的高低还受预热温度与焊件热物理性质的影响。81第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 点热源（厚板）点热源（厚板） 线热源（薄板）线热源（薄板） 由公式可以看出，在

67、其它条件不变的情况下，提高线能由公式可以看出，在其它条件不变的情况下，提高线能量量 E，高温停留时间，高温停留时间 tH 延长，也就是说发生粗晶脆化的延长，也就是说发生粗晶脆化的可能性增大。提高初始温度可能性增大。提高初始温度 T0（预热温度），也会在一（预热温度），也会在一定程度上延长高温停留时间定程度上延长高温停留时间 tH。82第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 冷却速度：冷却速度： 厚板厚板 薄板薄板冷却时间：冷却时间： 厚板厚板 薄板薄板 冷却速度冷却速度c随着线能量随着线能量

68、E和初始温度和初始温度T0的提高而降低，冷却的提高而降低，冷却时间随着线能量时间随着线能量E和初始温度和初始温度T0的提高而延长。母材的热物的提高而延长。母材的热物理性质、焊件的形状、尺寸、接头型式、焊道的长度及层数理性质、焊件的形状、尺寸、接头型式、焊道的长度及层数都会影响焊接热循环参数，都会影响焊接热循环参数， 83第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 二、二、 焊接热循环条件下的金属组织转变特点焊接热循环条件下的金属组织转变特点 与热处理条件下的组织转变相比，其基本原理相同，又与热处

69、理条件下的组织转变相比，其基本原理相同，又具有与热处理不同的特点。具有与热处理不同的特点。 焊接过程的特殊性焊接过程的特殊性 焊接加热过程的组织转变焊接加热过程的组织转变 焊接时冷却过程的组织转变焊接时冷却过程的组织转变 84第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 1、焊接过程的特殊性、焊接过程的特殊性 五个特点（以低合金钢为例）：五个特点（以低合金钢为例）：加热温度高加热温度高 在熔合线附近温度可达在熔合线附近温度可达l350l400；加热速度快加热速度快 加热速度比热处理时快几十倍甚至几

70、百倍；加热速度比热处理时快几十倍甚至几百倍；高温停留时间短高温停留时间短 在在AC3以上保温的时间很短以上保温的时间很短(一般手工电一般手工电弧焊约为弧焊约为420s，埋弧焊时，埋弧焊时30l00s) ；在自然条件下连续冷却在自然条件下连续冷却（个别情况下进行焊后保温缓冷）；（个别情况下进行焊后保温缓冷）；有热应力作用状态下进行的组织转变有热应力作用状态下进行的组织转变。85第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 2 2、焊接加热过程的组织转变、焊接加热过程的组织转变 焊接过程的快速加热，将

71、使各种金属的相变温度比起焊接过程的快速加热，将使各种金属的相变温度比起等等温转变温转变时大有提高。当钢中含有较多的碳化物形成元素时大有提高。当钢中含有较多的碳化物形成元素(Cr(Cr、W W、MoMo、V V、TiTi、NbNb等等) )时，这一影响更为明显。这是时，这一影响更为明显。这是因为碳化物形成元素的扩散速度很小因为碳化物形成元素的扩散速度很小( (比碳小比碳小100010001000010000倍倍) )，同时它们本身还阻碍碳的扩散，因而大大地减慢了，同时它们本身还阻碍碳的扩散，因而大大地减慢了奥氏体转变过程。奥氏体转变过程。 86第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连

72、接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 图图10-4 焊接快速加热对焊接快速加热对Ac1、Ac3和晶粒长大的影响（和晶粒长大的影响（CCT图图）d晶粒的平均直径；晶粒的平均直径；A奥氏体；奥氏体；P珠光体；珠光体；F铁素体；铁素体；K碳化物碳化物45钢钢40Cr40CrH ： 11400/s；2270/s； 335/s； 47.5/s)H ：11600/s；2300/s； 442/s； 57.2/s87第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming

73、 钢钢种种相相变变点点平衡状平衡状态态加加热热速度速度H H/ /（SS-1-1）AC1与与AC3的温差的温差/684050 250300 14001700 4050 250300 1400170045钢钢AC17307707757908404560110AC3770820835860950659018040CrAC17407357507708401535105AC3780775800850940257516523MnAC1735750770785830355095AC3830810850890940408013030CrMnSiAC17407407758259203585180AC38207

74、908358909804510019018Cr2WVAC1710800860930100060130200AC38108609301020112070160260表表10-1 加热速度对相变点加热速度对相变点Ac1和和Ac3及其温差的影响及其温差的影响88第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 3、焊接冷却过程中的组织转变、焊接冷却过程中的组织转变 焊接条件下的组织焊接条件下的组织转变不仅与等温转转变不仅与等温转变不同，也与热处变不同，也与热处理条件下的连续冷理条件下的连续冷却组织转变不同却

75、组织转变不同 。随冷却速度增大，随冷却速度增大，平衡状态图上各相平衡状态图上各相变点和温度线均发变点和温度线均发生偏移。生偏移。 共析成分成为一个成分范围共析成分成为一个成分范围 89第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 通过进行焊接热模拟试验，研究各种材料热影响区通过进行焊接热模拟试验，研究各种材料热影响区的组织转变，建立的组织转变，建立“模拟焊接热影响区连续冷却组模拟焊接热影响区连续冷却组织转变图织转变图SH-CCT” 技术资料数据库，它可以比较技术资料数据库，它可以比较方便地预测焊接

76、热影响区的组织和性能，同时也能方便地预测焊接热影响区的组织和性能，同时也能作为选择焊接线能量、预热温度和制定焊接工艺的作为选择焊接线能量、预热温度和制定焊接工艺的依据。有关典型钢种的依据。有关典型钢种的CCT图及组织的变化可参图及组织的变化可参阅有关焊接手册。阅有关焊接手册。90第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 1、焊接热影响区的组织分布、焊接热影响区的组织分布 接头不同部位，经历的焊接热循环不同，便有不同接头不同部位，经历的焊接热循环不同，便有不同的组织特点。按照热循环过程特点，将接

77、头进行分的组织特点。按照热循环过程特点，将接头进行分区研究。区研究。三、焊接热影响区的组织与性能三、焊接热影响区的组织与性能 91第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 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熔合区熔合区： 又称半熔化区，是焊缝与又称半熔化区，是焊缝与母材的交界区。母材的交界区。加热温度加热温度：14901530（固、液相线之间）（固、液相线之间）组织组织：（未熔化但因过热而：（未熔化但因过热而长大的）粗晶组织和（部分新长大的）粗晶组织和（部分新凝固

78、的）铸态组织。凝固的）铸态组织。特点特点：该区很窄，组织不均：该区很窄，组织不均匀，强度下降，塑性很差，是匀，强度下降，塑性很差，是裂纹及局部脆断的发源地。裂纹及局部脆断的发源地。过热区过热区：紧靠熔合区紧靠熔合区加热温度加热温度： 11001490（1100固相线）固相线）组织组织： 粗大的过热组织。粗大的过热组织。特点特点： 宽度为宽度为13mm，塑性和，塑性和韧性下降。韧性下降。相变重结晶区相变重结晶区(正火区正火区)： 紧靠着过热区紧靠着过热区加热温度加热温度： 8501100 （AC3至至1100）组织组织： 均匀细小的铁素体和珠光均匀细小的铁素体和珠光体组织（近似于正火组织）体组织

79、（近似于正火组织）特点特点： 宽度约宽度约1.24.0mm，力，力学性能优于母材。学性能优于母材。不完全重结晶区不完全重结晶区：加热温度加热温度： AC1AC3之间之间组织组织： F+P (F粗、细不均粗、细不均)特点特点： 部分组织发生相变，部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性晶粒不均匀，力学性能差。能差。92第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 1-熔合区；熔合区；2-过热区；过热区；3-相变重结晶区；相变重结晶区；4-不完全重结晶区；不完全重结晶区；5-母材；母材；6-完全淬火区完全

80、淬火区；7-不完全淬火区不完全淬火区；8-回火软化区回火软化区焊接热影响区的组织分布特征不易不易淬火钢淬火钢易淬易淬火钢火钢93第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 1、 完全淬火区 焊接时处于焊接时处于Ac3以上的区域，与不易淬火钢的过热以上的区域，与不易淬火钢的过热区、正火区对应。加热时铁素体、珠光体全部转变区、正火区对应。加热时铁素体、珠光体全部转变为奥氏体，冷却时很容易得到淬火组织。在紧靠焊为奥氏体，冷却时很容易得到淬火组织。在紧靠焊缝相当于低碳钢缝相当于低碳钢过热区的部位，得到粗

81、大的马氏体，过热区的部位，得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位则得到细小的马氏体而相当于正火区的部位则得到细小的马氏体。当焊。当焊件母材的淬硬性不是太高时，还会出现贝氏体、索件母材的淬硬性不是太高时，还会出现贝氏体、索氏体等正火组织与马氏体共存的混合组织。氏体等正火组织与马氏体共存的混合组织。94第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 2、 不完全淬火区 母材被加热到母材被加热到Ac1Ac3温度之间的热影响区，相温度之间的热影响区，相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。在快速加热条当于不易淬火

82、钢的不完全重结晶区。在快速加热条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体。在随后快冷时，奥氏体转索氏体等转变为奥氏体。在随后快冷时，奥氏体转变为马氏体，原铁素体保持不变，并有不同程度的变为马氏体，原铁素体保持不变，并有不同程度的长大，最后形成马氏体加铁素体的混合组织。如含长大，最后形成马氏体加铁素体的混合组织。如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，奥氏碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，奥氏体也可能转变成索氏体或珠光体。体也可能转变成索氏体或珠光体。95第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连

83、接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 3、回火软化区如母材焊前是如母材焊前是调质状态调质状态，焊接热影响区的组织分布除存在，焊接热影响区的组织分布除存在完全淬火区和不完全淬火区外，还存在一个完全淬火区和不完全淬火区外，还存在一个回火软化区回火软化区。在回火区内组织和性能发生变化的程度决定于在回火区内组织和性能发生变化的程度决定于焊前调质的焊前调质的回火温度回火温度t ：热循环温度低于：热循环温度低于t 的部位，其组织性能不的部位，其组织性能不发生变化，而发生变化，而高于高于t 的部位，将发生软化现象的部位，将发生软化现象；若若焊前为淬火态焊前为淬火

84、态，则，则可获得不同的回火组织可获得不同的回火组织。紧靠。紧靠Ac1的部的部位，相当于瞬时高温回火，得到回火索氏体；离焊缝较远位，相当于瞬时高温回火，得到回火索氏体；离焊缝较远的区域，获得回火马氏体。的区域，获得回火马氏体。96第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 2、焊接热影响区的性能、焊接热影响区的性能 问题的严重性：焊缝可以通过化学成分的调问题的严重性：焊缝可以通过化学成分的调整再配合适当的焊接工艺来保证性能的要求，整再配合适当的焊接工艺来保证性能的要求，而热影响区性能只能通过控制焊

85、接热循环作用而热影响区性能只能通过控制焊接热循环作用来改善。来改善。n焊接热影响区的硬化焊接热影响区的硬化n焊接热影响区的脆化焊接热影响区的脆化n焊接热影响区的软化焊接热影响区的软化n焊接热影响区的性能控制焊接热影响区的性能控制97第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （1 1）焊接热影响区的硬化）焊接热影响区的硬化 HAZ的硬度的硬度 高低取决于高低取决于母材的淬硬倾向母材的淬硬倾向（内因）（内因）HAZ的冷却速度的冷却速度（外因）（外因）化学成分化学成分焊接规范焊接规范焊接热影响区的焊

86、接热影响区的最高硬度最高硬度Hmax： Hmax（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 8 / 598第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 材料淬硬倾向的评价指标材料淬硬倾向的评价指标 碳当量碳当量钢中含碳量显著影响奥氏体的稳定性，对淬硬倾向影响最大。钢中含碳量显著影响奥氏体的稳定性，对淬硬倾向影响最大。含碳量越高，越容易得到马氏体组织，且马氏体的硬度随含含碳量越高，越容易得到马氏体组织，且马氏体的硬度随含碳量的增高而增大。碳量的增高而增大。合金元素的影响与其所处的形态

87、有关。溶于奥氏体时提高淬合金元素的影响与其所处的形态有关。溶于奥氏体时提高淬硬性硬性( (和淬透性和淬透性) )；而形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为；而形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为非马氏体相变形核的核心，促进细化晶粒，使淬硬性下降。非马氏体相变形核的核心，促进细化晶粒，使淬硬性下降。碳当量（碳当量（Carbon EquivalentCarbon Equivalent）是反映钢中化学成分对硬化）是反映钢中化学成分对硬化程度的影响，它是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬程度的影响，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。（包括冷裂、脆化等）的

88、影响程度折合成碳的相当含量。 99第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 国际焊接学会国际焊接学会推荐的推荐的CE(IIW)，用于，用于中等强度的非调质中等强度的非调质低合金钢低合金钢（ b400700MPa）：）：20世纪世纪60年代以后，发展了年代以后，发展了低碳微量多合金元素的低低碳微量多合金元素的低合金高强钢合金高强钢。日本的伊藤等人采用形坡口对接裂纹。日本的伊藤等人采用形坡口对接裂纹试验对试验对200多个低合金钢进行研究，建立了多个低合金钢进行研究，建立了Pcm公式：公式：100第

89、三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 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%101第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （2 2）焊接热影响区的脆化）焊接热影响区的脆化 粗晶脆化粗晶脆化 组织转变脆化组织转变脆化 析出脆化析出脆化 热应变时效脆化热应变时效脆化 氢脆

90、以及石墨脆化氢脆以及石墨脆化 不同材料的焊接热影响区及不同材料的焊接热影响区及热影响区热影响区的不同部位都会的不同部位都会发生程度不同的材料脆化。发生程度不同的材料脆化。102第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 粗晶脆化在热循环的作用下，熔合线附近和过热区将发生在热循环的作用下，熔合线附近和过热区将发生晶粒粗化晶粒粗化。粗化程度受钢种的。粗化程度受钢种的化学成分、组织状化学成分、组织状态、加热温度和时间态、加热温度和时间的影响。如：的影响。如：钢中含有碳、氮钢中含有碳、氮化物形成元素，就

91、会阻碍晶界迁移，防止晶粒长大化物形成元素，就会阻碍晶界迁移，防止晶粒长大。例如例如18CrWV钢，晶粒显著长大温度可达钢，晶粒显著长大温度可达1140之之高，而不含碳化物元素的高，而不含碳化物元素的23Mn和和45号钢，超过号钢，超过1000晶粒就显著长大。晶粒就显著长大。 103第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 组织转变脆化焊接焊接HAZHAZ中中由于出现脆硬组织而产生的脆由于出现脆硬组织而产生的脆化称之组织脆化化称之组织脆化。对于常用的低碳低合金高强钢，焊接对于常用的低碳低合金高强

92、钢，焊接HAZ的组的组织脆化主要是织脆化主要是M-A组元组元、上贝氏体、粗大的、上贝氏体、粗大的魏魏氏组织氏组织等所造成。但对含碳量较高的钢（一般等所造成。但对含碳量较高的钢（一般0.2），则组织脆化主要是），则组织脆化主要是高碳马氏体高碳马氏体。104第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming M - A 组元M-A组元组元是焊接高强钢时在一定冷却速度下形成的。它是焊接高强钢时在一定冷却速度下形成的。它不仅出不仅出现在热影响区，也出现在焊缝中现在热影响区，也出现在焊缝中。粗大的奥氏体冷却过程中

93、先形成铁素体，粗大的奥氏体冷却过程中先形成铁素体，而使残余奥氏体的而使残余奥氏体的碳浓度增高碳浓度增高，随后这种高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残，随后这种高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残余奥氏体的混合物，即余奥氏体的混合物，即M-A组元。组元。 M-A组元分布在组元分布在粗大铁素体基底上的组织称为粗大铁素体基底上的组织称为粒状贝氏体粒状贝氏体。M-A组元组元只在生成上贝氏体的冷却条件下才能观察到，只在生成上贝氏体的冷却条件下才能观察到，冷速太冷速太快和太慢都不能产生快和太慢都不能产生M-A组元组元。 焊缝和焊缝和HAZ有有M-A组元存在时，会组元存在时，会降低接头韧性降低接头韧性。105第三章

94、 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 析出脆化析出脆化由于焊接过程的快速加热与冷却，其由于焊接过程的快速加热与冷却，其热影响区组热影响区组织处于非平衡态织处于非平衡态。在。在时效或回火时效或回火过程过程中，中，其过饱其过饱和固溶体中将和固溶体中将析出碳化物析出碳化物、氮化物氮化物、金属间化合金属间化合物物及其它亚稳定的中间相等，使材料的强度、硬及其它亚稳定的中间相等，使材料的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。 析出脆化的机理目前认为是由于析出物出现以

95、后，析出脆化的机理目前认为是由于析出物出现以后，阻碍了位错运动阻碍了位错运动，使塑性变形难以进行。若析出物，使塑性变形难以进行。若析出物以以弥散的细颗粒弥散的细颗粒分布于晶内或晶界，将有利于改善分布于晶内或晶界，将有利于改善韧性。韧性。但以但以块状块状或沿晶界以或沿晶界以薄膜状薄膜状分布的析出物分布的析出物会会造成材料脆化。造成材料脆化。106第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 热应变时效脆化热应变时效脆化在制造过程中要对焊接结构进行一系列冷、热加工，如在制造过程中要对焊接结构进行一系列

96、冷、热加工，如下料、剪切、弯曲成型、气割等。若加工引起的局部应下料、剪切、弯曲成型、气割等。若加工引起的局部应变、塑性变形的部位在随后又经历焊接热循环作用（处变、塑性变形的部位在随后又经历焊接热循环作用（处于于HAZ 内）便会引起材料脆化，称为热应变时效脆化。内）便会引起材料脆化，称为热应变时效脆化。 冷成形冷成形 静应变时效脆化静应变时效脆化热成形热成形 动应变时效脆化动应变时效脆化（特别是在特别是在200400的预应变的预应变 ）产生应变时效脆化的原因产生应变时效脆化的原因, 主要是由于应变引起位错增主要是由于应变引起位错增殖，焊接热循环时，碳、氮原子析集到这些位错的周围殖，焊接热循环时，

97、碳、氮原子析集到这些位错的周围形成所谓形成所谓Cottrell气团，对位错产生钉扎和阻塞作用而使气团，对位错产生钉扎和阻塞作用而使材料脆化。材料脆化。 明显产生热应变时效脆化的部明显产生热应变时效脆化的部位是位是HAZ的熔合区和的熔合区和Ar1以下的以下的亚临界亚临界HAZ（200600） 107第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （3 3）焊接热影响区的软化）焊接热影响区的软化经冷作强化的金属经冷作强化的金属经热处理强化的金属经热处理强化的金属再结晶软化再结晶软化过时效软化过时效软化焊

98、接热循焊接热循环作用环作用108第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 图图10-10 调质钢焊接调质钢焊接HAZ的硬度分布的硬度分布焊前淬火焊前淬火+低温回火；低温回火；B焊前淬火焊前淬火+高温回火；高温回火；C焊前退火焊前退火 1淬火区；淬火区；2部分淬火；部分淬火；3回火区回火区109第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 图图10-11 LD2铝合金铝合金HAZ的软化现象的软化现象

99、( (HR为表面洛氏硬度为表面洛氏硬度) () (自动自动TIG焊焊) )110第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming （4 4）焊接热影响区的性能控制）焊接热影响区的性能控制控制焊接工艺过程控制焊接工艺过程改善母材的焊接性能改善母材的焊接性能111第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 针对不同母材焊接热影响区的性能变化分针对不同母材焊接热影响区的性能变化分析，合理制定焊接工艺，包括：析

100、，合理制定焊接工艺，包括： 选择焊接线能量选择焊接线能量 预热与缓冷预热与缓冷 焊后热处理（正火、调质、去应力退火）焊后热处理（正火、调质、去应力退火）控制焊接控制焊接热循环热循环控制控制HAZ组织组织112第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 采用采用低碳微合金化钢低碳微合金化钢：利用微量元素弥散强化、：利用微量元素弥散强化、固溶强化，提高固溶强化，提高材料的热稳定性材料的热稳定性（控制析出相的尺（控制析出相的尺寸及母材晶粒尺寸）。寸及母材晶粒尺寸）。 采用采用控轧工艺控轧工艺得到得到细

101、晶粒钢细晶粒钢。 近年来在国际上大力发展了冶金精炼技术，使钢近年来在国际上大力发展了冶金精炼技术，使钢中的杂质含量极低中的杂质含量极低 ( O、N 、H、S、P 等杂质元等杂质元素总和小于素总和小于50PPM ) ，得到，得到高纯净钢高纯净钢，使钢材的，使钢材的韧性大为提高，也提高了焊接热影响区的韧性。韧性大为提高，也提高了焊接热影响区的韧性。113第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 图图10-8 低碳调质钢焊条电弧焊完全淬火区组织低碳调质钢焊条电弧焊完全淬火区组织 400a) 过热区过

102、热区(粗大马氏体粗大马氏体) b) 细晶区细晶区(细小马氏体细小马氏体)114第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 800 / 800h800 / 1452h800 / 12h焊焊 态态G102G102G102G102115第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming Fe-C相图中的3个恒温转变在在1495发生的包晶转变：发生的包晶转变：LB HYJ转变产物是奥氏体转变产物是奥氏体在在114

103、8发生的共晶转变：发生的共晶转变：Lc E+Fe3C，转变产物是奥氏，转变产物是奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体；体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体；在在727发生共析转变：发生共析转变： s P+Fe3C，转变产物是铁素体与渗，转变产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体。碳体的机械混合物，称为珠光体。共析转变温度称为共析转变温度称为Al温度温度奥氏体奥氏体铁素体转变温度称为铁素体转变温度称为A3温度温度116第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming X60管线钢管线钢HAZ在不同

104、冷速下组织在不同冷速下组织117第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming HAZ脆化118第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming HAZ硬度分布119第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 45120第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 40Cr121第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 122第三章 凝固热力学与动力学材料成型原理材料成型原理连接成形连接成形连接成形连接成形Principle of Materials Forming 123第三章 凝固热力学与动力学