1、1210.1 10.1 焊接熱循環(huán)及熔池組織轉(zhuǎn)變焊接熱循環(huán)及熔池組織轉(zhuǎn)變10.2 10.2 焊接熔池的凝固與控制焊接熔池的凝固與控制10.3 10.3 焊接熱影響區(qū)的組織與性能焊接熱影響區(qū)的組織與性能10.4 10.4 熔焊過程溫度場及其影響因素熔焊過程溫度場及其影響因素10.5 10.5 焊接冶金缺陷焊接冶金缺陷主要內(nèi)容310.1 焊接熱循環(huán)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)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點4 焊接接頭示意圖1-焊縫；2-熔合區(qū)；3-熱影響區(qū)；4-母材熔焊時在高溫熱源作用下，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)” 。

2、 4 3 1 2熱影響區(qū)焊接熔池5一、研究焊接熱循環(huán)的意義一、研究焊接熱循環(huán)的意義 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)：在焊接熱源的作用下，焊件上某點的溫度隨時間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。 焊接線能量焊接線能量：熔焊時由焊接熱源輸入給單位長度焊縫上的能量，又稱為線能量。 線能量的計算公式： q = IU/ 式中：I焊接電流 A U電弧電壓 V 焊接速度 cm/s q線能量 J/cm 焊接熱循環(huán)反映了熱源對焊件金屬的熱作用。焊件上距熱源遠近不同的位置，所受到熱循環(huán)的加熱參數(shù)不同，從而會發(fā)生不同的組織與性能變化。6研究焊接熱循環(huán)的意義 找出最佳的焊接熱循環(huán)； 用工藝手段改善焊接熱循環(huán)；l 預測焊接應(yīng)力分布及改善

3、熱影響區(qū)組織與性能。7二、焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征二、焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征 加熱速度加熱速度H 最高加熱溫度最高加熱溫度m 相變溫度以上的停相變溫度以上的停留時間留時間tH 冷卻速度冷卻速度c (或冷卻時間或冷卻時間t8 / 5) 晶粒晶粒大小大小相變相變組織組織8三、焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)三、焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點變特點 與熱處理條件下的組織轉(zhuǎn)變相比，其基本原理與熱處理條件下的組織轉(zhuǎn)變相比，其基本原理相同，又具有與熱處理不同的特點。相同，又具有與熱處理不同的特點。 焊接過程的特殊性焊接過程的特殊性 焊接加熱過程的組織轉(zhuǎn)變焊接加熱過程的組織轉(zhuǎn)變 焊接時冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變焊接時

4、冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變 9（一）焊接過程的特殊性（一）焊接過程的特殊性 五個特點（以低合金鋼為例）： 加熱溫度高 在熔合線附近溫度可達l350l400； 加熱速度快 加熱速度比熱處理時快幾十倍甚至幾百倍； 高溫停留時間短 在AC3以上保溫的時間很短(一般手工電弧焊約為420s，埋弧焊時30l00s) ； 在自然條件下連續(xù)冷卻（個別情況下進行焊后保溫緩冷）； 有熱應(yīng)力作用狀態(tài)下進行的組織轉(zhuǎn)變。10（二）焊接加熱過程的組織轉(zhuǎn)變（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焊接過程的快速加熱，將使各種金屬的相變溫度比起起等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變時大有提高。當鋼中含有較多的碳化物時大有

5、提高。當鋼中含有較多的碳化物形成元素形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等等)時，這一影時，這一影響更為明顯。這是因為碳化物形成元素的擴散速度響更為明顯。這是因為碳化物形成元素的擴散速度很小很小(比碳小比碳小100010000倍倍)，同時它們本身還阻，同時它們本身還阻礙碳的擴散，因而大大地減慢了奧氏體轉(zhuǎn)變過程。礙碳的擴散，因而大大地減慢了奧氏體轉(zhuǎn)變過程。 11鋼種鋼種 相變點相變點平衡狀平衡狀態(tài)態(tài)加熱速度加熱速度H H/ /（SS-1-1）AC1與與AC3的溫差的溫差/68 40502503001400170040502503001400170045鋼鋼AC1730770775790840

6、4560110AC3770820835860950659018040CrAC17407357507708401535105AC3780775800850940257516523MnAC1735750770785830355095AC3830810850890940408013030CrMnSiAC17407407758259203585180AC38207908358909804510019018Cr2WVAC1710800860930100060130200AC38108609301020112070160260表表10.1 加熱速度對相變點加熱速度對相變點Ac1和和Ac3及其溫差的影響及其

7、溫差的影響12（三）焊接冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變 焊接條件下的組織轉(zhuǎn)焊接條件下的組織轉(zhuǎn)變不僅與等溫轉(zhuǎn)變不變不僅與等溫轉(zhuǎn)變不同，也與熱處理條件同，也與熱處理條件下的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)下的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變不同變不同 。 隨冷卻速度增大，平隨冷卻速度增大，平衡狀態(tài)圖上各相變點衡狀態(tài)圖上各相變點和溫度線均發(fā)生偏移。和溫度線均發(fā)生偏移。 共析成分成為一個成分范圍共析成分成為一個成分范圍 13 10.2 焊接熔池的凝固及控制 一、熔池凝固條件二、熔池結(jié)晶特點三、熔池結(jié)晶組織的細化14一、熔池凝固條件及特點一、熔池凝固條件及特點 體積小、冷速快體積小、冷速快 溫差大、過熱度高溫差大、過熱度高 動態(tài)凝固過程動態(tài)凝固過

8、程 液態(tài)金屬對流激烈液態(tài)金屬對流激烈 15（1）熔池金屬的體積小，冷卻速度快）熔池金屬的體積小，冷卻速度快在一般電弧焊條件下，熔池的體積最大也只有在一般電弧焊條件下，熔池的體積最大也只有30cm3 ，重量不超過，重量不超過100g;周圍被冷態(tài)金屬所包圍，所以熔池的冷卻速度周圍被冷態(tài)金屬所包圍，所以熔池的冷卻速度很大，通常可達很大，通常可達4100/s，遠高于一般鑄件，遠高于一般鑄件的冷卻速度的冷卻速度;由于冷卻快，溫度梯度大，致使焊縫中柱狀晶由于冷卻快，溫度梯度大，致使焊縫中柱狀晶得到充分發(fā)展。這也是造成高碳、高合金鋼以得到充分發(fā)展。這也是造成高碳、高合金鋼以及鑄鐵材料焊接性差的主要原因之一。

9、及鑄鐵材料焊接性差的主要原因之一。 16（2）溫差大、過熱溫度高）溫差大、過熱溫度高熔池金屬中不同區(qū)域因加熱與冷卻速度很快，熔池金屬中不同區(qū)域因加熱與冷卻速度很快，熔池中心和邊緣存在較大的溫度梯度熔池中心和邊緣存在較大的溫度梯度，例如，對，例如，對于電弧焊接低碳鋼或低合金鋼，熔池中心溫度高于電弧焊接低碳鋼或低合金鋼，熔池中心溫度高達達21002300，而熔池后部表面溫度只有，而熔池后部表面溫度只有1600左右，熔池平均溫度為左右，熔池平均溫度為1700100。由于過熱溫度高，由于過熱溫度高，非自發(fā)形核的原始質(zhì)點數(shù)大為非自發(fā)形核的原始質(zhì)點數(shù)大為減少減少，這也促使焊縫柱狀晶的發(fā)展。，這也促使焊縫柱

10、狀晶的發(fā)展。17（3）動態(tài)凝固過程）動態(tài)凝固過程處于熱源移動方向前端的母材不斷熔化，連同過渡到熔處于熱源移動方向前端的母材不斷熔化，連同過渡到熔池中的熔融的焊接材料一起在電弧吹力作用下流至熔池池中的熔融的焊接材料一起在電弧吹力作用下流至熔池后部。隨著熱源的離去，熔池后部的液態(tài)金屬立即開始后部。隨著熱源的離去，熔池后部的液態(tài)金屬立即開始凝固。因此，凝固過程是連續(xù)進行并隨熔池前進。凝固。因此，凝固過程是連續(xù)進行并隨熔池前進。熔池在運動狀態(tài)下結(jié)晶熔池在運動狀態(tài)下結(jié)晶18（4）液態(tài)金屬對流激烈）液態(tài)金屬對流激烈熔池中存在許多復雜的熔池中存在許多復雜的作用力作用力，如電弧的機械力、，如電弧的機械力、氣流

11、吹力、電磁力，以及液態(tài)金屬中密度差，使氣流吹力、電磁力，以及液態(tài)金屬中密度差，使熔池金屬熔池金屬產(chǎn)生強烈的攪拌和對流產(chǎn)生強烈的攪拌和對流，在熔池上部其，在熔池上部其方向一般從熔池頭部向尾部流動，而在熔池底部方向一般從熔池頭部向尾部流動，而在熔池底部的流動方向與之正好相反，這一點有利于熔池金的流動方向與之正好相反，這一點有利于熔池金屬成分分布的均勻化與純凈化。屬成分分布的均勻化與純凈化。19二、熔池結(jié)晶特征二、熔池結(jié)晶特征 聯(lián)生結(jié)晶聯(lián)生結(jié)晶 柱狀晶生長方向與速度的變化柱狀晶生長方向與速度的變化 熔池凝固組織形態(tài)的多樣性熔池凝固組織形態(tài)的多樣性 20（1）聯(lián)生結(jié)晶 在熔池中存在兩種現(xiàn)成固相表在熔池

12、中存在兩種現(xiàn)成固相表面：一種是合金元素或雜質(zhì)的面：一種是合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點（在正常情況下所起懸浮質(zhì)點（在正常情況下所起作用不大）；另一種就是熔池作用不大）；另一種就是熔池邊界未熔母材晶粒表面，非自邊界未熔母材晶粒表面，非自發(fā)形核就依附在這個表面，在發(fā)形核就依附在這個表面，在較小的過冷度下以柱狀晶的形較小的過冷度下以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心生長，稱為聯(lián)生態(tài)向焊縫中心生長，稱為聯(lián)生結(jié)晶結(jié)晶(也稱外延生長也稱外延生長)。 21（2）柱狀晶生長方向與速度的變化 典型的焊接熔池形狀像不典型的焊接熔池形狀像不標準的半橢球。熔池標準的半橢球。熔池的形狀和大小，受母的形狀和大小，受母材的熱物理性質(zhì)、尺材的

13、熱物理性質(zhì)、尺寸和焊接方法以及工寸和焊接方法以及工藝參數(shù)等因素的影響。藝參數(shù)等因素的影響。焊接速度增大焊接速度增大, L增加增加, Bmax減小減小. 22 熔池的最大散熱方向是液相等溫線的法線方向,晶體生長方向與最大散熱方向正好相反, 因此在生長過程中不斷改變方向,形成彎曲狀柱狀晶。生長速度R與焊接速度滿足關(guān)系式 : cosR23 焊接速度大時，焊接熔池長度增加焊接速度大時，焊接熔池長度增加, 柱狀晶趨向垂直于柱狀晶趨向垂直于焊縫中心線生長焊縫中心線生長 ; 焊接速度越慢焊接速度越慢, 柱狀晶越彎曲。柱狀晶越彎曲。焊接速度快焊接速度快 焊接速度慢焊接速度慢最后結(jié)晶的低熔點夾雜物易被推移到焊縫

14、中心區(qū)域，形成脆弱的結(jié)合面，因此垂直于焊縫中心線的柱狀晶，易導致縱向熱裂紋的產(chǎn)生。24（3）熔池凝固組織形態(tài)的多樣性）熔池凝固組織形態(tài)的多樣性在熔池兩側(cè)翼邊界，由于結(jié)晶速度在熔池兩側(cè)翼邊界，由于結(jié)晶速度R R非常小，溫度梯度非常小，溫度梯度G G較大，較大，G/R G/R 則則很大，成分過冷接近于零，滿足平面晶生長的條件。很大，成分過冷接近于零，滿足平面晶生長的條件。凝固界面向焊縫中心推進凝固界面向焊縫中心推進, , 結(jié)晶速度結(jié)晶速度R R逐漸增大，而溫度梯度逐漸增大，而溫度梯度G G減小減小, , G/R G/R 逐步減小，成分過冷逐漸增大，平面生長將轉(zhuǎn)為胞狀生長；逐步減小，成分過冷逐漸增大

15、，平面生長將轉(zhuǎn)為胞狀生長；成分過冷進一步加大，樹枝晶生長的方式逐漸占主導地位，在到達熔成分過冷進一步加大，樹枝晶生長的方式逐漸占主導地位，在到達熔池尾端結(jié)束凝固時，成分過冷度最大，有可能形成等軸樹枝晶區(qū)。池尾端結(jié)束凝固時，成分過冷度最大，有可能形成等軸樹枝晶區(qū)。25三、熔池結(jié)晶組織的細化三、熔池結(jié)晶組織的細化 通過提高形核率和抑制晶粒長大兩個方面通過提高形核率和抑制晶粒長大兩個方面 1變質(zhì)處理變質(zhì)處理 通過焊接材料向熔池加入一定量的合金元素通過焊接材料向熔池加入一定量的合金元素(如如B、Mo、V、Ti、Nb等等) , 作為熔池中非自發(fā)晶核的質(zhì)點作為熔池中非自發(fā)晶核的質(zhì)點,從從而使焊縫晶粒細化。

16、而使焊縫晶粒細化。2振動結(jié)晶振動結(jié)晶 采用振動的方法來打斷正在成長的柱狀晶，增采用振動的方法來打斷正在成長的柱狀晶，增大晶粒游離傾向，達到細化晶粒的目的。振動方式主要有機大晶粒游離傾向，達到細化晶粒的目的。振動方式主要有機械振動、超聲振動和電磁攪拌。械振動、超聲振動和電磁攪拌。3焊接工藝焊接工藝 采用恰當?shù)暮附庸に嚧胧?，也可改善熔池凝固采用恰當?shù)暮附庸に嚧胧?，也可改善熔池凝固結(jié)晶。主要方法是結(jié)晶。主要方法是小線能量、多層焊小線能量、多層焊和和錘擊焊道表面錘擊焊道表面等。等。2610.3 焊接熱影響區(qū)的組織與性能 焊接熱影響區(qū)的組織分布 焊接熱影響區(qū)的性能27不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)的組織分布不易

17、淬火鋼焊接熱影響區(qū)的組織分布熔合區(qū)熔合區(qū)： 又稱半熔化區(qū)，是焊縫與又稱半熔化區(qū)，是焊縫與母材的交界區(qū)。母材的交界區(qū)。加熱溫度加熱溫度：14901530（固、液相線之間）（固、液相線之間）組織組織：（未熔化但因過熱而：（未熔化但因過熱而長大的）粗晶組織和（部分長大的）粗晶組織和（部分新凝固的）鑄態(tài)組織。新凝固的）鑄態(tài)組織。特點特點：該區(qū)很窄，組織不均：該區(qū)很窄，組織不均勻，強度下降，塑性很差，勻，強度下降，塑性很差，是裂紋及局部脆斷的發(fā)源地。是裂紋及局部脆斷的發(fā)源地。過熱區(qū)過熱區(qū)：緊靠熔合區(qū)緊靠熔合區(qū)加熱溫度加熱溫度： 11001490（1100固相線）固相線）組織組織： 粗大的過熱組織。粗大的

18、過熱組織。特點特點： 寬度為寬度為13mm，塑性和，塑性和韌性下降。韌性下降。相變再結(jié)晶區(qū)相變再結(jié)晶區(qū)(正火區(qū)正火區(qū))： 緊靠著過熱區(qū)緊靠著過熱區(qū)加熱溫度加熱溫度： 8501100 （AC3至至1100）組織組織： 均勻細小的鐵素體和珠光均勻細小的鐵素體和珠光體組織（近似于正火組織）體組織（近似于正火組織）特點特點： 寬度約寬度約1.24.0mm，力，力學性能優(yōu)于母材。學性能優(yōu)于母材。不完全再結(jié)晶區(qū)不完全再結(jié)晶區(qū)：加熱溫度加熱溫度： AC1AC3之間之間組織組織： F+P (F粗、細不粗、細不均均)特點特點： 部分組織發(fā)生相部分組織發(fā)生相變，晶粒不均勻，變，晶粒不均勻，力學性能差。力學性能差。

19、一、焊接熱影響區(qū)的組織分一、焊接熱影響區(qū)的組織分布布281-熔合區(qū)；熔合區(qū)；2-過熱區(qū)；過熱區(qū)；3-相變再結(jié)晶區(qū)；相變再結(jié)晶區(qū)；4-不完全再結(jié)晶區(qū)；不完全再結(jié)晶區(qū)；5-母材；母材；6-完全淬火區(qū)；完全淬火區(qū)；7-不完全淬火區(qū)；不完全淬火區(qū)；8-回火軟化區(qū)回火軟化區(qū)焊接熱影響區(qū)的組織分布特征不易不易淬火鋼淬火鋼易淬易淬火鋼火鋼29（1）完全淬火區(qū) 焊接時處于焊接時處于Ac3以上的區(qū)域，與不易淬火鋼的過熱以上的區(qū)域，與不易淬火鋼的過熱區(qū)、正火區(qū)對應(yīng)。加熱時鐵素體、珠光體全部轉(zhuǎn)變區(qū)、正火區(qū)對應(yīng)。加熱時鐵素體、珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻時很容易得到淬火組織。在緊靠焊為奧氏體，冷卻時很容易得到淬火組織

20、。在緊靠焊縫相當于低碳鋼過熱區(qū)的部位，得到粗大的馬氏體，縫相當于低碳鋼過熱區(qū)的部位，得到粗大的馬氏體，而相當于正火區(qū)的部位則得到細小的馬氏體。當焊而相當于正火區(qū)的部位則得到細小的馬氏體。當焊件母材的淬硬性不是太高時，還會出現(xiàn)貝氏體、索件母材的淬硬性不是太高時，還會出現(xiàn)貝氏體、索氏體等正火組織與馬氏體共存的混合組織。氏體等正火組織與馬氏體共存的混合組織。30（2）不完全淬火區(qū) 母材被加熱到母材被加熱到Ac1Ac3溫度之間的熱影響溫度之間的熱影響區(qū)區(qū)(不完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū))。在快速加熱條件下，。在快速加熱條件下，鐵素體很少溶入奧氏體，而珠光體、貝氏體、鐵素體很少溶入奧氏體，而珠光體、貝氏體

21、、索氏體等轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后快冷時，奧索氏體等轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后快冷時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，原鐵素體保持不變，并氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，原鐵素體保持不變，并有不同程度的長大，最后形成馬氏體加鐵素有不同程度的長大，最后形成馬氏體加鐵素體的混合組織。體的混合組織。31（3）回火軟化區(qū) 如母材焊前是如母材焊前是調(diào)質(zhì)狀態(tài)調(diào)質(zhì)狀態(tài)，焊接熱影響區(qū)的組織分，焊接熱影響區(qū)的組織分布除存在完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)外，還存在布除存在完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)外，還存在一個一個回火軟化區(qū)回火軟化區(qū)。 在回火區(qū)內(nèi)組織和性能發(fā)生變化的程度決定于在回火區(qū)內(nèi)組織和性能發(fā)生變化的程度決定于焊焊前調(diào)質(zhì)的回火溫度前調(diào)質(zhì)的回火溫度t

22、：熱循環(huán)溫度低于：熱循環(huán)溫度低于t 的部位，的部位，其組織性能不發(fā)生變化，而其組織性能不發(fā)生變化，而高于高于t 的部位，將發(fā)的部位，將發(fā)生軟化現(xiàn)象生軟化現(xiàn)象； 若若焊前為淬火態(tài)焊前為淬火態(tài)，則，則可獲得不同的回火組織可獲得不同的回火組織。緊。緊靠靠Ac1的部位，相當于瞬時高溫回火，得到回火索的部位，相當于瞬時高溫回火，得到回火索氏體；離焊縫較遠的區(qū)域，獲得回火馬氏體。氏體；離焊縫較遠的區(qū)域，獲得回火馬氏體。32二、 焊接熱影響區(qū)的性能 問題的嚴重性：焊縫可以通過化學成分的調(diào)整再配合適當?shù)暮附庸に噥肀ＷC性能的要求，而熱影響區(qū)性能只能通過控制焊接熱循環(huán)作用來改善。焊接熱影響區(qū)的硬化焊接熱影響區(qū)的硬

23、化焊接熱影響區(qū)的脆化焊接熱影響區(qū)的脆化焊接熱影響區(qū)的軟化焊接熱影響區(qū)的軟化焊接熱影響區(qū)的性能控制焊接熱影響區(qū)的性能控制33（1）焊接熱影響區(qū)的硬化）焊接熱影響區(qū)的硬化 HAZ的硬度的硬度 高低取決于高低取決于母材的淬硬傾向母材的淬硬傾向（內(nèi)因）（內(nèi)因）HAZ的冷卻速度的冷卻速度（外因）（外因）化學成分化學成分焊接規(guī)范焊接規(guī)范焊接熱影響區(qū)的焊接熱影響區(qū)的最高硬度最高硬度Hmax： Hmax= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 8 / 534材料淬硬傾向的評價指標材料淬硬傾向的評價指標 碳當量碳當量碳當量（Carbon Equivalent）是反映鋼中化學成分對硬化程度的影響，它是把鋼中

24、合金元素（包括碳）按其對淬硬（包括冷裂、脆化等）的影響程度折合成碳的相當含量。 35國際焊接學會國際焊接學會推薦的推薦的CE(IIW)，用于，用于中等強度的中等強度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼非調(diào)質(zhì)低合金鋼（ b400700MPa）：）：20世紀世紀60年代以后，發(fā)展了年代以后，發(fā)展了低碳微量多合金元低碳微量多合金元素的低合金高強鋼素的低合金高強鋼。日本的伊藤等人采用試驗。日本的伊藤等人采用試驗對對200多個低合金鋼進行研究，建立了多個低合金鋼進行研究，建立了Pcm公式：公式：5Mo156Mn)(VCrNiCuCIIWCEBVMoNiCrCuMnSiC51015602030Pcm36焊接熱影響區(qū)焊接熱影響

25、區(qū) Hmax 與與 t8/5 的關(guān)系的關(guān)系板厚板厚20mm，成分：，成分：C=0.12%，Mn=1.4%，Si=0.48%，Cu=0.15%37（2）焊接熱影響區(qū)的脆化 粗晶脆化粗晶脆化 組織轉(zhuǎn)變脆化組織轉(zhuǎn)變脆化 析出脆化析出脆化 熱應(yīng)變時效脆化熱應(yīng)變時效脆化 氫脆以及石墨脆化氫脆以及石墨脆化 不同材料的焊接熱影響區(qū)及熱影響區(qū)的不同不同材料的焊接熱影響區(qū)及熱影響區(qū)的不同部位都會發(fā)生程度不同的材料脆化。部位都會發(fā)生程度不同的材料脆化。38（3）焊接熱影響區(qū)的軟化經(jīng)冷作強化的金屬經(jīng)冷作強化的金屬經(jīng)熱處理強化的金屬經(jīng)熱處理強化的金屬再結(jié)晶軟化再結(jié)晶軟化過時效軟化過時效軟化焊接熱循焊接熱循環(huán)作用環(huán)作用

26、39圖圖8.5 調(diào)質(zhì)鋼焊接調(diào)質(zhì)鋼焊接HAZ的硬度分布的硬度分布A 焊前淬火焊前淬火+低溫回火；低溫回火；B焊前淬火焊前淬火+高溫回火；高溫回火；C焊前退火焊前退火 1淬火區(qū)；淬火區(qū)；2部分淬火；部分淬火；3回火區(qū)回火區(qū)40（4）焊接熱影響區(qū)的性能控制）焊接熱影響區(qū)的性能控制控制焊接工藝過程控制焊接工藝過程改善母材的焊接性能改善母材的焊接性能41 針對不同母材焊接熱影響區(qū)的性能變化分針對不同母材焊接熱影響區(qū)的性能變化分析，合理制定焊接工藝，包括：析，合理制定焊接工藝，包括： 選擇焊接線能量選擇焊接線能量 預熱與緩冷預熱與緩冷 焊后熱處理（正火、調(diào)質(zhì)、退火）焊后熱處理（正火、調(diào)質(zhì)、退火）控制焊接控

27、制焊接熱循環(huán)熱循環(huán)控制控制HAZ組織組織42 采用采用低碳微合金化鋼低碳微合金化鋼：利用微量元素彌散強化、：利用微量元素彌散強化、固溶強化，提高固溶強化，提高材料的熱穩(wěn)定性材料的熱穩(wěn)定性（控制析出相的（控制析出相的尺寸及母材晶粒尺寸）。尺寸及母材晶粒尺寸）。 采用采用控軋工藝控軋工藝得到得到細晶粒鋼細晶粒鋼。 近年來在國際上大力發(fā)展了冶金精煉技術(shù)，使鋼近年來在國際上大力發(fā)展了冶金精煉技術(shù)，使鋼中的雜質(zhì)含量極低中的雜質(zhì)含量極低 ( O、N 、H、S、P 等雜質(zhì)元等雜質(zhì)元素總和小于素總和小于50PPM ) ，得到，得到高純凈鋼高純凈鋼，使鋼材的，使鋼材的韌性大為提高，也提高了焊接熱影響區(qū)的韌性。韌

28、性大為提高，也提高了焊接熱影響區(qū)的韌性。43圖圖8.4 低碳調(diào)質(zhì)鋼焊條電弧焊完全淬火區(qū)組織低碳調(diào)質(zhì)鋼焊條電弧焊完全淬火區(qū)組織 400a) 過熱區(qū)過熱區(qū)(粗大馬氏體粗大馬氏體) b) 細晶區(qū)細晶區(qū)(細小馬氏體細小馬氏體)44Fe-C相圖中的3個恒溫轉(zhuǎn)變在在1495發(fā)生的包晶轉(zhuǎn)變：發(fā)生的包晶轉(zhuǎn)變：LB HYJ轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是奧氏體在在1148發(fā)生的共晶轉(zhuǎn)變：發(fā)生的共晶轉(zhuǎn)變：Lc E+Fe3C，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是奧氏體，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是奧氏體和滲碳體的機械混合物，稱為萊氏體；和滲碳體的機械混合物，稱為萊氏體；在在727發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：發(fā)生共析轉(zhuǎn)變： s P+Fe3C，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是鐵素體與滲，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是鐵素體

29、與滲碳體的機械混合物，稱為珠光體。碳體的機械混合物，稱為珠光體。共析轉(zhuǎn)變溫度稱為共析轉(zhuǎn)變溫度稱為Al溫度溫度奧氏體奧氏體鐵素體轉(zhuǎn)變溫度稱為鐵素體轉(zhuǎn)變溫度稱為A3溫度溫度45464710.4 熔焊過程溫度場熔焊過程溫度場一、一、 焊接溫度場的一般特征焊接溫度場的一般特征二、二、 影響溫度場的因素影響溫度場的因素48一、一、 焊接溫度場的一般特征焊接溫度場的一般特征l 若建立與熱源移動速度相若建立與熱源移動速度相同并取熱源作用點為坐標原點同并取熱源作用點為坐標原點的的動坐標系動坐標系，則動坐標系中各，則動坐標系中各點的溫度不隨時間而變。點的溫度不隨時間而變。 移動熱源移動熱源焊接過程中，焊件上各點

30、溫度隨時間及空間而焊接過程中，焊件上各點溫度隨時間及空間而變化（變化（不穩(wěn)定溫度場不穩(wěn)定溫度場），但經(jīng)過一段時間后，達到），但經(jīng)過一段時間后，達到準穩(wěn)定準穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài)（移動熱源周圍的溫度場不隨時間改變）。（移動熱源周圍的溫度場不隨時間改變）。49 焊接溫度場的數(shù)學表達式：焊接溫度場的數(shù)學表達式： T = f ( x , y , z , t ) 為了研究方便，一般按照焊件的幾何特征將焊件為了研究方便，一般按照焊件的幾何特征將焊件溫度場簡化為三種類型見下圖。溫度場簡化為三種類型見下圖。 無限大長桿，面狀熱源無限大長桿，面狀熱源半無限大物體，點狀熱源半無限大物體，點狀熱源無限大薄板，線狀熱源無限大薄

31、板，線狀熱源50二、二、 影響焊接溫度場的因素影響焊接溫度場的因素 焊件尺寸焊件尺寸 焊件熱物理性能焊件熱物理性能 焊接規(guī)范焊接規(guī)范 多層焊多層焊51 當固定熱源分當固定熱源分別作用在厚大件、別作用在厚大件、薄板和細長桿上時，薄板和細長桿上時，假設(shè)焊件從熱源獲假設(shè)焊件從熱源獲得的瞬時熱能相等，得的瞬時熱能相等，可以比較三種情況可以比較三種情況下焊件的溫度變化下焊件的溫度變化速率。速率。3tT012r = 0 x = 0R = 0 三種情況下熱源直接作用部位的三種情況下熱源直接作用部位的 溫度隨時間的變化曲線溫度隨時間的變化曲線 1厚大件厚大件 2薄板薄板 3細桿細桿l 厚大件對電弧厚大件對電弧

32、加熱部位的冷卻加熱部位的冷卻作用最強作用最強，接頭，接頭溫度下降速度最溫度下降速度最快。其次是薄板，快。其次是薄板，而細桿的散熱速而細桿的散熱速度最慢。度最慢。52異種鋼接頭的有限元模型異種鋼接頭的有限元模型溫度場的計算結(jié)果溫度場的計算結(jié)果535455 焊接工藝參數(shù)對溫度場的影響56575810.5 焊接冶金缺陷焊接冶金缺陷10.5.1 焊接變形焊接變形一、焊接變形的分類一、焊接變形的分類（1）收縮變形收縮變形，它是由于焊縫及近焊縫區(qū)縱向和橫向收縮引起，具體表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)長度、寬度縮短。（2）彎曲變形彎曲變形，若焊縫分布在鋼板一側(cè)，則引起鋼板彎曲。（3）撓曲、角變形撓曲、角變形，當焊縫在鋼板厚度方

33、向分布不均勻或上下焊縫不是同時焊接時，都會引起撓曲或角變形。59常見焊件變形的類型常見焊件變形的類型（a）縮短變形（c）彎曲變形（b）角變形（d）扭曲變形（e）波浪變形60（1）選擇正確的焊接程序（a）收縮量大的焊縫應(yīng)該先焊。如：一個結(jié)構(gòu)中，既有對接焊縫，又有角接焊縫，則應(yīng)先焊對接焊縫，后焊角焊縫。（b）采用對稱焊接程序，有效減少焊縫變形。二、預防和減少焊接應(yīng)力和變形的措施二、預防和減少焊接應(yīng)力和變形的措施61（2）反變形法（3）預熱法、焊后熱處理預熱目的是使焊接區(qū)的溫度和結(jié)構(gòu)溫度差減少，以降低焊接變形和抗力。對鋼焊件，預熱溫度一般為100350。對于重要結(jié)構(gòu)和精密構(gòu)件，消除應(yīng)力退火是消除焊接

34、應(yīng)力的有效方法。 （a）焊前反變形 （b）焊后6210.5.2 10.5.2 焊接缺陷及其防治焊接缺陷及其防治1. 焊縫金屬化學成分的不均勻焊縫金屬化學成分的不均勻熔池結(jié)晶過程中合金元素分布不均勻，出現(xiàn)偏析；熔合區(qū)偏析更明顯。偏析會導致性能的不均勻，增加了焊縫和熔合區(qū)裂紋出現(xiàn)幾率。（1）焊縫中化學成分不均勻（2）熔合區(qū)化學成分不均勻消除焊縫偏析的措施，例如熔池孕育處理、熔池攪拌等。632、氣孔和夾渣A、氣孔 氣孔是指焊接時,熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出,殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的,也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成的。(1)氣孔的分類氣孔的分類 氣孔從其形狀上分,有球狀、條蟲狀; 按氣孔內(nèi)氣體成分分類,有氫氣孔、氮氣孔、二氧（一氧）化碳氣孔、氧氣孔等。熔焊氣孔多為