1、第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能1天津大學(xué)材料成型原理課程天津大學(xué)材料成型原理課程第四章第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能焊接熱影響區(qū)組織和性能第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能2第四節(jié) 焊接熱力模擬試驗(yàn)方法的特點(diǎn)第一節(jié) 焊接熱循環(huán)第二節(jié) 焊接熱循環(huán)條件下的金屬 組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)第三節(jié) 熱影響區(qū)組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能焊接熱影響區(qū)組織和性能第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能3重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容:1)焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)、意義2)快速加熱,連續(xù)冷卻的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)3)CCT圖的應(yīng)用4)熱影響區(qū)的劃分方法5)不易淬硬鋼及淬硬鋼的焊接熱影響區(qū)分布和組織轉(zhuǎn)變 第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能4第四章

2、 焊接熱影響區(qū)組織和性能5第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能64-1 4-1 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán):在焊接熱流作用時(shí),焊件上某一點(diǎn)P的溫度隨時(shí)間的變化過程叫作焊接焊接熱循環(huán)熱循環(huán). .一一. .焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)焊接熱循環(huán)的主要參數(shù) 1.加熱速度( WH ) 2.加熱的最高溫度( Tm ) 3.在相變溫度以上的停留時(shí)間(tH) 4.冷卻速度(Wc)或冷卻時(shí)間第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能7二.特點(diǎn) 1.1.加熱溫度高加熱溫度高: :熱處理加熱溫度以上100-200 2.2.加熱速度快加熱速度快: : 是熱處理加熱速度的幾十倍甚至幾百倍3.3.高溫停留時(shí)間短高溫停留時(shí)間短: :

3、手工焊以上停留時(shí)間最大20秒,埋弧自動(dòng)焊時(shí)30-100秒。 第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能84.4.自然冷卻自然冷卻 : : 熱處理可根據(jù)要求控制冷卻速度或在冷卻過程中不同階段進(jìn)行保溫,焊接時(shí),自然條件下冷卻,冷卻速度快。 5.5.局部加熱局部加熱: : 熱處理時(shí),工件是在爐中整體加熱,焊接時(shí),局部集中加熱,隨熱源的移動(dòng),局部加熱地區(qū)的范圍也移動(dòng).由于局部加熱產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力,組織轉(zhuǎn)變是在復(fù)雜應(yīng)力不完成。第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能9二、焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬二、焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬（一）峰值溫度Tm的計(jì)算（二）相變溫度以上停留時(shí)間tH的計(jì)算（三）瞬時(shí)冷卻速度Wc的計(jì)算（四）冷卻時(shí)間的計(jì)算

4、第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能10三三. .多層焊熱循環(huán)的特點(diǎn)多層焊熱循環(huán)的特點(diǎn) 在實(shí)際焊接中,厚板多采用多層焊接,因此,有必要了解多層焊熱循環(huán)作用特點(diǎn)。 在單層焊時(shí),因?yàn)槭艿胶缚p截面積的限制,不能在更大的范圍內(nèi)調(diào)整功率和焊速,所以焊接熱循環(huán)的調(diào)整也受到限制。 多層焊比單層焊具有更優(yōu)越的地方,它是由許多單層熱循環(huán)聯(lián)合在一起的綜合作用,同時(shí)相臨焊層之間彼此具有熱處理性質(zhì).從提高焊接質(zhì)量而言,多層焊往往易達(dá)到要求 第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能11雙道焊和多層焊HAZ組織示意圖第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能12多層焊主要考慮焊道多層焊主要考慮焊道層數(shù)層數(shù)和和層間溫度層間溫度。層間溫度：層間溫度：多

5、層焊時(shí)，開始焊接后-焊層時(shí)前-層焊道所具有的最低溫度即為層間溫度。對(duì)后一焊道面言，前一焊道具有預(yù)熱作用，層間溫度相當(dāng)開預(yù)熱溫度；對(duì)前一焊道來說，后一焊道相當(dāng)開預(yù)熱溫度；對(duì)前一焊道來說，后一焊道應(yīng)該起后熱作用，產(chǎn)生一定熱處理效果。本節(jié)結(jié)束第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能134-2 4-2 焊接熱循環(huán)條件下的焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.加熱溫度高 熱處理加熱溫度以上1002002.加熱速度快: 3.高溫停留時(shí)間短 4.自然冷卻 5.局部加熱 第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能14一一、快速加熱的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)快速加熱的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) . .加熱速度對(duì)相變點(diǎn)的影

6、響加熱速度對(duì)相變點(diǎn)的影響焊接時(shí)的加熱速度很快,各種金屬的相變溫度發(fā)生了很大的變化。焊接時(shí),由于采用的焊接方法不同,規(guī)范不同,加熱速度可在很大的范圍內(nèi)變化。第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能15. .加熱速度對(duì)均質(zhì)化影響加熱速度對(duì)均質(zhì)化影響 加熱速度不但對(duì)相變點(diǎn)有影響,對(duì)均質(zhì)化也有影響. .近縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大近縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大 在焊接條件下,近縫區(qū)由于強(qiáng)烈過熱使晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大,影響焊接接頭塑性,韌性,韌性產(chǎn)生熱裂紋,冷裂紋.第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能16二二. .連續(xù)冷卻時(shí)的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)連續(xù)冷卻時(shí)的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 研究焊熱影響區(qū)的熔全線附近的情況,這一區(qū)域是焊接接頭的薄弱地帶。以45鋼、40

7、Cr為例,比較焊接條件下和熱處理?xiàng)l件下,在相同的冷卻速度下組織轉(zhuǎn)變的差異.第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能17第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能18第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能191.CCT圖的建立:采用焊熱熱模擬試驗(yàn)裝置來建立某種鋼的CCT圖.2.意義意義:在大量鋼種出現(xiàn)之前,可預(yù)先估計(jì)熱影響區(qū)的組織性能,或作為制定工藝,焊接線能量的依據(jù).3.CCT圖的應(yīng)用: 通過CCT圖可得到在不同的冷卻速度下的組織,即估計(jì)組織. 三三. .連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能20第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能21第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能22影響影響CCT圖的因

8、素有圖的因素有 (一)母材化學(xué)成分 (二)冷卻速度 (三)峰值溫度 (四)晶粒粗化 (五)應(yīng)力應(yīng)變 本節(jié)結(jié)束第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能234-3 4-3 焊接熱影響區(qū)的組織和焊接熱影響區(qū)的組織和性能性能 一一. .焊接熱影響區(qū)的組織分布焊接熱影響區(qū)的組織分布 焊接結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)熱處理特性不同分為兩類:淬火鋼,不易淬火鋼,分別講述淬火鋼和不易淬火鋼的組織分布. 1.不易淬火鋼:如低碳鋼,某些不易淬硬的低合金鋼,如16Mn.15MoV.15MnTi等 第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能24熱影響區(qū)的組織分布熱影響區(qū)的組織分布 1).熔全區(qū) 2).過熱區(qū) 3).相變重結(jié)晶區(qū) 4).不完全重結(jié)晶區(qū) 對(duì)于低

9、碳鋼,一些淬硬傾向不大的鋼(16Mn.15MnTi等)除過熱區(qū)外其它各區(qū)組織基本相同. 低碳鋼過熱區(qū)主要是魏氏組織W 第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能2516Mn鋼焊接熱 影響區(qū)焊縫金屬母材熔合區(qū)過熱 區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能26第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能272.2.易淬火鋼易淬火鋼 此類鋼熱影響區(qū)的組織分布與母材焊前熱處理有關(guān)焊前熱處理.退火,正火,調(diào)質(zhì)(淬火+高回火) 1).完全淬火區(qū) 2).不完全淬火區(qū) 3).對(duì)于調(diào)質(zhì)處理的鋼(母材焊前處于調(diào)質(zhì)狀態(tài))回火區(qū)以下,發(fā)生不同程度的回火處理回火區(qū).組織性能變化取決于焊前調(diào)質(zhì)狀態(tài)的溫度.第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能283

10、.注意問題注意問題 1).熱影響區(qū)中熔合區(qū),過熱區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大,是焊接接頭的薄弱地帶.2).低碳鋼的不完全重結(jié)晶區(qū),在急冷急熱的條件下,會(huì)表現(xiàn)出高碳鋼的行為. 3).成分偏析嚴(yán)重,C.P.S高時(shí)易產(chǎn)生淬硬組織,裂紋. 第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能29二二.焊接熱影響區(qū)的性能焊接熱影響區(qū)的性能 (一)HAZ的硬化 硬度硬度 為了方便起見,常常用硬度的變化來判定熱影響區(qū)的性能變化,硬度高的區(qū)域,強(qiáng)度也高,塑性.韌性下降,測(cè)定熱影響區(qū)的硬度分布可以間接來估計(jì)熱影響區(qū)的強(qiáng)度,塑性和裂紋傾向影響硬度的因素。 第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能301)碳當(dāng)量（碳當(dāng)量（Carbon Equivalent)國(guó)際

11、焊接學(xué)會(huì)5156)(VMoCrNiCuMnCCEIIW日本焊接學(xué)會(huì)144540246)(VMoCrNiSiMnCCeqWES近年來常用的公式BNbVMoCrNiCUMnSiCACCEN5515151624)(第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能312)2)碳當(dāng)量及冷卻時(shí)間碳當(dāng)量及冷卻時(shí)間t t8/5 8/5 與與HAZHAZ最高硬度最高硬度H Hmaxmax 的關(guān)系的關(guān)系第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能32第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能333 3）焊接）焊接HAZHAZ最高硬度的計(jì)算公式最高硬度的計(jì)算公式(1)國(guó)產(chǎn)鋼硬度計(jì)算公式當(dāng)t8/5 tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm 81lg t

12、8/5(2)鈴木公式287y)- t8/5lg(exp1884HmaxaKKCHmax(HV10)=140+1089Pcm 8.2t8/5第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能34( (二二) )焊接熱影響區(qū)的脆化焊接熱影響區(qū)的脆化1)1)粗晶脆化粗晶脆化產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因: :合金因素對(duì)于不易淬火鋼,主要是晶粒長(zhǎng)大,形成粗大魏氏組織(W),易淬火鋼,產(chǎn)生脆硬的孿晶M.此區(qū)處在焊縫與母材的過渡地帶,物理化學(xué)的不均勻性 。第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能352)組織脆化組織脆化（1 1）M-AM-A組元脆化組元脆化（2 2）析出脆化）析出脆化（3 3）遺傳脆化）遺傳脆化第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能36第四

13、章 焊接熱影響區(qū)組織和性能373 3）.HAZ.HAZ的熱應(yīng)變時(shí)效脆化的熱應(yīng)變時(shí)效脆化(1)靜應(yīng)變時(shí)效脆化(2)動(dòng)應(yīng)變時(shí)效脆化( (三三) )焊接熱影響區(qū)的韌化焊接熱影響區(qū)的韌化1、母材的原始組織2、韌化處理21)2(1pEWaErK第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能38（四）調(diào)質(zhì)鋼焊接（四）調(diào)質(zhì)鋼焊接HAZHAZ的軟化的軟化1 1、調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)、調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí) HAZHAZ的軟化的軟化第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能392、熱處理強(qiáng)化合金焊接、熱處理強(qiáng)化合金焊接HAZ的軟化的軟化第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能40（五）焊接（五）焊接HAZ力學(xué)性能力學(xué)性能 一般來說，對(duì)HAZ力學(xué)性能的研究主要是從兩方

14、面進(jìn)行： 一方面是研究HAZ不同部位的力學(xué)性能 另一方面專門研究 熔合區(qū)附近的性能. 對(duì)于淬硬傾向不大的鋼種(如16Mn鋼)采用焊接熱模擬技術(shù)，HAZ不同部位常規(guī)力學(xué)性能如下圖第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能41本節(jié)結(jié)束第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能424-4 4-4 焊接熱力模擬試驗(yàn)方焊接熱力模擬試驗(yàn)方法的特點(diǎn)法的特點(diǎn)一、焊接模擬技術(shù)發(fā)展的背景一、焊接模擬技術(shù)發(fā)展的背景二、焊接模擬技術(shù)發(fā)展的過程及其現(xiàn)狀二、焊接模擬技術(shù)發(fā)展的過程及其現(xiàn)狀三、焊接模擬試驗(yàn)的基本方法點(diǎn)及意義三、焊接模擬試驗(yàn)的基本方法點(diǎn)及意義第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能43焊接模擬試驗(yàn)的主要參數(shù)焊接模擬試驗(yàn)的主要參數(shù)1.1.加熱速

15、度加熱速度(W(WH H) )或加熱時(shí)間或加熱時(shí)間 2.2.加熱的峰值溫度加熱的峰值溫度(T(Tmaxmax) ) 3.3.在高溫的停留時(shí)間在高溫的停留時(shí)間(t(tH H) ) 4.4.冷卻速度冷卻速度(W(Wc c) )或冷卻時(shí)間（或冷卻時(shí)間（t t8/58/5）第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能44本章小節(jié)本章小節(jié)本章主要根據(jù)低合金高強(qiáng)鋼焊接過程中，由于快速不均勻加熱和冷卻引起熱影響區(qū)組織性能的變化，進(jìn)行了系統(tǒng)地討論，以及對(duì)于焊接熱循環(huán)和熱力模擬試驗(yàn)方法的特點(diǎn)介紹。第四章 焊接熱影響區(qū)組織和性能45思考題思考題1、焊接熱循環(huán)對(duì)被焊金屬近縫區(qū)的組織、性能有何影響？2、低合金鋼焊接時(shí)，HAZ粗晶區(qū)奧氏體的均質(zhì)化程度對(duì)冷卻