焊接-冶金第四章

1、焊接原理及工藝0 序言焊縫 樹枝狀晶 熔合區(qū) 混晶 熔合區(qū) 混晶 HAZ 粗晶HAZ 細(xì)晶 熱影響區(qū)熱影響區(qū)（Heat Affected Zone，簡稱，簡稱HAZ）：熔焊時）：熔焊時在集中熱源的作用下，焊縫兩側(cè)發(fā)生組織和性能變在集中熱源的作用下，焊縫兩側(cè)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域化的區(qū)域010203焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章0201焊接熱循環(huán)PART ONE1 焊接熱循環(huán) 熱源沿焊件移動，升溫（達(dá)到最高值）、降熱源沿焊件移動，升溫（達(dá)到最高值）、降溫過程溫過程熱循環(huán)。熱循環(huán)。焊接熱循環(huán)的特點：焊接熱循環(huán)的特點： 距焊縫距離不同，熱循環(huán)不同距

2、焊縫距離不同，熱循環(huán)不同 焊接方法不同，熱循環(huán)不同焊接方法不同，熱循環(huán)不同 不均勻的加熱、冷卻過程不均勻的加熱、冷卻過程組織轉(zhuǎn)變和性能組織轉(zhuǎn)變和性能變化不均勻變化不均勻+ +應(yīng)力應(yīng)變不均勻（復(fù)雜）。應(yīng)力應(yīng)變不均勻（復(fù)雜）。特殊的熱處理過程，更復(fù)雜。特殊的熱處理過程，更復(fù)雜。 1 焊接熱循環(huán)（一）加熱速度（一）加熱速度（ H） 加熱速度提高加熱速度提高相變點溫相變點溫度提高，奧氏體的均質(zhì)化和度提高，奧氏體的均質(zhì)化和碳化物的溶解越不充分碳化物的溶解越不充分冷冷卻后的組織和性能。卻后的組織和性能。加熱速度的影響因素：加熱速度的影響因素： 焊接方法，焊接線能量，板厚及幾何尺寸，被焊接方法，焊接線能量，

3、板厚及幾何尺寸，被焊金屬的熱物理性質(zhì)。焊金屬的熱物理性質(zhì)。1.1 焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)（二）加熱的最高溫度（二）加熱的最高溫度（Tm）（三）高溫停留時間（三）高溫停留時間（tH）加熱過程的停留時間加熱過程的停留時間t 和冷卻過程的停留時間和冷卻過程的停留時間t tH = t + t 1.1 焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)t H越長，越有利于奧氏體的越長，越有利于奧氏體的均質(zhì)均質(zhì)化化過程，但過程，但t H太長時，奧氏體太長時，奧氏體晶晶粒越容易長大粒越容易長大；特別是在溫度較；特別是在溫度較高時（如高時（如1100以上以上)，即使停留，即使停留時不長，也會產(chǎn)生嚴(yán)重的晶粒長時不長，也會產(chǎn)生嚴(yán)重的晶粒長大。大

4、。（四）冷卻速度（四）冷卻速度（ C） 和冷卻時間（和冷卻時間（t8/5、t8/3、t100） 決定決定HAZ組織和性能的主要參數(shù)。組織和性能的主要參數(shù)。整個冷卻速度在不同的階段是不同的，在某整個冷卻速度在不同的階段是不同的，在某一個溫度范圍內(nèi)的平均冷卻速度，或瞬時冷卻速一個溫度范圍內(nèi)的平均冷卻速度，或瞬時冷卻速度。度。 1.1 焊接熱循環(huán)的主要參數(shù) 根據(jù)傳熱學(xué)理論，建立數(shù)學(xué)模型，求解根據(jù)傳熱學(xué)理論，建立數(shù)學(xué)模型，求解四個主要參數(shù)。四個主要參數(shù)。 （一）峰值溫度（最高溫度）（一）峰值溫度（最高溫度）Tm焊件上某點的溫度隨時間的變化焊件上某點的溫度隨時間的變化 厚大焊件（點熱源）：厚大焊件（點熱

5、源）： atretET4202薄板（線熱源）：薄板（線熱源）： atyetcET42/10)(2/1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬ca 20200zyrE焊接線能量（焊接線能量（J/cm） 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)W/(cm.oC)c比熱容比熱容J/(g.oC) 密度密度(g/cm3)a熱擴(kuò)散率，熱擴(kuò)散率， （cm2/s） 板厚板厚(cm) r0厚焊件上某點距熱源運行軸線的垂直距離，厚焊件上某點距熱源運行軸線的垂直距離， (cm)y0薄板上某點距熱源運行軸線的垂直距離薄板上某點距熱源運行軸線的垂直距離(mm)t熱源到達(dá)所求點所在截面后的傳熱時間熱源到達(dá)所求點所在截面后的傳熱時間(s) 1.2 焊接熱循

6、環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬20234. 0rcETm0/242. 0ycETm0tT當(dāng)當(dāng)時，即可求得最高溫度：時，即可求得最高溫度：線熱源線熱源 點熱源點熱源 1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬（二）相變溫度以上停留時間（二）相變溫度以上停留時間tH 對于厚大焊件對于厚大焊件: : 對于薄板焊件對于薄板焊件: : )(03TTEftmH2022)()/(TTcEftmHf2 f3TTTTm01.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬（三）瞬時冷卻速度（三）瞬時冷卻速度 C的計算的計算 當(dāng)當(dāng)r0=0，y0=0時時 atretET4202tET2atyetcET42/10)(2/2/1)(2/tcET1.2 焊接熱循環(huán)

7、參數(shù)的數(shù)值模擬冷卻至某一溫度冷卻至某一溫度t tC C時的冷卻速度時的冷卻速度 厚大件：厚大件： ETTtTCC20)(2薄板件：薄板件： 220)/()(2ETTctTCC焊件厚度焊件厚度8 825mm25mm時，加以修正時，加以修正 ETTKtTCC20)(21.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬)(fK )(0TTcEC1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬（四）冷卻時間的計算（四）冷卻時間的計算 *瞬時冷卻速度的計算和測定，誤差較大。瞬時冷卻速度的計算和測定，誤差較大。采用平均冷卻速度，即用一段溫度的冷卻時間代替采用平均冷卻速度，即用一段溫度的冷卻時間代替瞬時冷卻速度。如瞬時冷卻速度。如t8/5、

8、t8/3、t100等。按照鋼的淬透等。按照鋼的淬透性（馬氏體轉(zhuǎn)變能力）選擇是哪一段時間。一般鋼，性（馬氏體轉(zhuǎn)變能力）選擇是哪一段時間。一般鋼，則用則用t8/5，淬透性較大，選用，淬透性較大，選用t8/3、t100等等 1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬厚大焊件三維傳熱厚大焊件三維傳熱 005/8800150012TTEt薄板焊接二維傳熱薄板焊接二維傳熱 202025/8800150012)/(TTcEt臨界板厚臨界板厚 00800150012TTcEcr1 1、根據(jù)傳熱學(xué)推導(dǎo)的、根據(jù)傳熱學(xué)推導(dǎo)的理論式理論式1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬三維傳熱（厚板）三維傳熱（厚板） 烏威（烏威（D.Vwer

9、D.Vwer），），19761976300045/880015001)10567. 0(FTTETt二維傳熱（薄板）二維傳熱（薄板） 22020222045/880015001)103 . 4043. 0(FTTETt臨界厚度判別公式臨界厚度判別公式 00040580015001100 . 567. 0103 . 4043. 0TTETTcr2 2、理論經(jīng)驗公式、理論經(jīng)驗公式1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬稻垣道夫等稻垣道夫等 0120tg21)(TTKEtn線算圖線算圖 3 3、計算、計算t8/5

10、t8/5的的經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬1.2 焊接熱循環(huán)參數(shù)的數(shù)值模擬 比單層焊有更明顯的優(yōu)勢，工程上實際采用的比單層焊有更明顯的優(yōu)勢，工程上實際采用的更多。被焊件越厚，層數(shù)越多。更多。被焊件越厚，層數(shù)越多。 層間后序焊接有對前道焊層熱處理的作用，可層間后序焊接有對前道焊層熱處理的作用，可明顯改善焊縫性能明顯改善焊縫性能 （一）長段多層焊焊接熱循環(huán)（一）長段多層焊焊接熱循環(huán) 焊段長，焊段長，1m1m以上，第二層焊接時，第一層已以上，第二層焊接時，第一層已經(jīng)冷卻。淬火傾向大的鋼種不適宜經(jīng)冷卻。淬火傾向大的鋼種不適宜 1.3 多層焊熱循環(huán)的特點

11、1.3 多層焊熱循環(huán)的特點（二）短段多層焊焊接熱循環(huán)（二）短段多層焊焊接熱循環(huán) 相鄰段層時間間隔短，前一道焊層尚未冷卻，相鄰段層時間間隔短，前一道焊層尚未冷卻，有利的熱過程。有利的熱過程。 效率低，一般鋼不用。淬裂傾向大的鋼。效率低，一般鋼不用。淬裂傾向大的鋼。 1.3 多層焊熱循環(huán)的特點02焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點PART TWO（1 1）加熱溫度高）加熱溫度高 熱處理：熱處理：A Ac3c3+100+100200200o oC C 焊焊 接：接：1350 1350 o oC C（2 2）加熱速度快）加熱速度快 超過熱處理加熱速度幾十、幾百倍超過熱處理加熱速度幾十、幾百倍（3 3）

12、高溫停留時間短）高溫停留時間短 熱循環(huán)的特點，只有幾十秒時間熱循環(huán)的特點，只有幾十秒時間（4 4）自然條件下連續(xù)冷卻）自然條件下連續(xù)冷卻 一般不控制一般不控制（5 5）局部加熱）局部加熱 組織轉(zhuǎn)變在應(yīng)力下進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變在應(yīng)力下進(jìn)行按照焊接熱循環(huán)的特點，建立焊接金屬學(xué)體系按照焊接熱循環(huán)的特點，建立焊接金屬學(xué)體系 2 焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點一、焊接加熱過程組織轉(zhuǎn)變的特點一、焊接加熱過程組織轉(zhuǎn)變的特點 加熱速度快加熱速度快相變點變化：相變點變化： A Ac1c1 ，A Ac3c3 ， （A Ac1c1，A Ac3c3） 加熱速度快加熱速度快奧氏體均質(zhì)化不充分，奧氏體組織不奧氏體均質(zhì)化不充分

13、，奧氏體組織不 均勻均勻影響冷卻后的組織影響冷卻后的組織 加熱溫度加熱速度tH冷卻條件加熱方式熱處理Ac3+l00200較慢根據(jù)需要控制可選擇整體焊接熔合線達(dá)Tm，一般1350很快很短自然局部2.1 焊接加熱過程組織轉(zhuǎn)變的特點1.相變溫度提高相變溫度提高：加熱速度越快，被焊金屬的：加熱速度越快，被焊金屬的相變點相變點Acl和和Ac3的溫度越高的溫度越高，而且，而且Acl和和Ac3之間的之間的溫差越大溫差越大，含有碳化，含有碳化物合金元素（物合金元素（Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等）的鋼，加熱等）的鋼，加熱速度對相變溫度的影響更大。根據(jù)金屬學(xué)的原理，加熱速度對相變溫度的影響更大。根據(jù)金屬學(xué)的原

14、理，加熱時由珠光體、鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程是時由珠光體、鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程是擴(kuò)散性重結(jié)擴(kuò)散性重結(jié)晶晶過程，需要有過程，需要有孕育期孕育期。在快速加熱的條件下，來不及。在快速加熱的條件下，來不及完成擴(kuò)散過程所需的孕育期，必然會引起完成擴(kuò)散過程所需的孕育期，必然會引起相變溫度提高相變溫度提高。對于含碳化物合金元素的鋼，由于碳化物的擴(kuò)散速度。對于含碳化物合金元素的鋼，由于碳化物的擴(kuò)散速度小，且阻礙碳的擴(kuò)散，因此大大減慢了奧氏體的轉(zhuǎn)變過小，且阻礙碳的擴(kuò)散，因此大大減慢了奧氏體的轉(zhuǎn)變過程。程。2.奧氏體均質(zhì)化程度較低奧氏體均質(zhì)化程度較低（不利于（不利于擴(kuò)散擴(kuò)散過程）：由于奧氏過程）：由于奧氏體的

15、均質(zhì)化過程是屬于擴(kuò)散過程，因此加熱速度快和相體的均質(zhì)化過程是屬于擴(kuò)散過程，因此加熱速度快和相變溫度以上停留時間短，都不利于擴(kuò)散過程的進(jìn)行。變溫度以上停留時間短，都不利于擴(kuò)散過程的進(jìn)行。332.1 焊接加熱過程組織轉(zhuǎn)變的特點342.1 焊接加熱過程組織轉(zhuǎn)變的特點352.1 焊接加熱過程組織轉(zhuǎn)變的特點1.組織轉(zhuǎn)變過程中熱循環(huán)的特點組織轉(zhuǎn)變過程中熱循環(huán)的特點 冷卻速度冷卻速度c大、加熱的最高溫度大、加熱的最高溫度Tm高、在相變溫度以上高、在相變溫度以上的停留時間的停留時間t H短短362.2 焊接冷卻過程組織轉(zhuǎn)變的特點372.2 焊接冷卻過程組織轉(zhuǎn)變的特點382.2 焊接冷卻過程組織轉(zhuǎn)變的特點392

16、.2 焊接冷卻過程組織轉(zhuǎn)變的特點 45鋼鋼在焊接條件下比在熱處理條件下的在焊接條件下比在熱處理條件下的CCT曲線稍向右曲線稍向右移移（主要考慮（主要考慮MS點附近）。說明點附近）。說明在相同冷卻速度條件在相同冷卻速度條件下，焊接時比熱處理時的淬硬傾向大下，焊接時比熱處理時的淬硬傾向大。 相反，相反，40Cr鋼鋼在焊接條件下的在焊接條件下的CCT曲線比熱處理條件下曲線比熱處理條件下的的CCT曲線向左移動曲線向左移動，也就是，也就是在同樣冷卻速度下焊接時在同樣冷卻速度下焊接時比熱處理時的淬硬傾向小比熱處理時的淬硬傾向小。402.2 焊接冷卻過程組織轉(zhuǎn)變的特點原因原因： （1）碳化物合金元素碳化物合

17、金元素（如（如Cr、Mo、V、Ti、Nb等）只等）只有充分溶解在奧氏體的內(nèi)部，才會增加奧氏體的穩(wěn)定性有充分溶解在奧氏體的內(nèi)部，才會增加奧氏體的穩(wěn)定性（即增加淬硬傾向）。（即增加淬硬傾向）。 （2）熱處理條件下熱處理條件下，有充分的時間使碳化物合金元素，有充分的時間使碳化物合金元素向奧氏體內(nèi)部溶解。向奧氏體內(nèi)部溶解。 （3）焊接條件下焊接條件下，加熱速度快，高溫停留時間短，合，加熱速度快，高溫停留時間短，合金元素不能充分地溶解在奧氏中，降低了淬硬傾向。金元素不能充分地溶解在奧氏中，降低了淬硬傾向。 （4）不含碳化物合金元素的鋼不含碳化物合金元素的鋼（如（如45鋼），一方面不鋼），一方面不存在碳化

18、物的溶解過程，另一方面在焊接條件下，近縫存在碳化物的溶解過程，另一方面在焊接條件下，近縫區(qū)組織粗化，淬硬傾向比熱處理條件下要大。區(qū)組織粗化，淬硬傾向比熱處理條件下要大。412.2 焊接冷卻過程組織轉(zhuǎn)變的特點4216Mn鋼的CCT圖及組織和硬度的變化圖2.3 焊接條件下的CCT圖及其應(yīng)用432.3 焊接條件下的CCT圖及其應(yīng)用442.3 焊接條件下的CCT圖及其應(yīng)用3.影響影響CCT圖的因素圖的因素（1）母材化學(xué)成分的影響：母材化學(xué)成分的影響：影響影響CCT圖的形態(tài)圖的形態(tài) 除鈷之外除鈷之外，所有固溶于奧氏體的合金元素都使，所有固溶于奧氏體的合金元素都使S曲線向曲線向右移，加大過冷奧氏體的穩(wěn)定性

19、，即增加淬硬傾向右移，加大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，即增加淬硬傾向，并，并降低降低Ms點點，其中以，其中以碳的影響為最大碳的影響為最大（2）冷卻速度的影響冷卻速度的影響 a.隨著冷卻速度的增大，對于隨著冷卻速度的增大，對于Fe-C合金，合金，A1、A3、A cm均均移向更低的溫度移向更低的溫度，共析成分由，共析成分由C 0.77轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為C 0.40.7。也就是說在快速冷卻的條件下，。也就是說在快速冷卻的條件下，C 0.4的鋼就可的鋼就可以得到全部珠光體的組織（以得到全部珠光體的組織（偽共析組織偽共析組織）。）。 b.冷卻速度增大時，冷卻速度增大時，Ms有所上升，并且會改變馬氏體有所上升，并且會改變馬

20、氏體的形態(tài)。因為增大冷卻速度使馬氏體增大滑移的抗力，的形態(tài)。因為增大冷卻速度使馬氏體增大滑移的抗力，不均勻不均勻切變切變就會以就會以孿晶孿晶方式進(jìn)行，馬氏體就由條狀變?yōu)榉绞竭M(jìn)行，馬氏體就由條狀變?yōu)槠瑺睢Ｆ瑺睢?52.3 焊接條件下的CCT圖及其應(yīng)用（3）峰值溫度的影響峰值溫度的影響峰值溫度越高峰值溫度越高：影響焊接：影響焊接CCT圖的形態(tài)。圖的形態(tài)。 a.使使過冷奧氏體的穩(wěn)定性加大過冷奧氏體的穩(wěn)定性加大 b.促使促使奧氏體晶粒粗化奧氏體晶粒粗化 c.奧氏體的穩(wěn)定性增大，奧氏體的穩(wěn)定性增大，淬硬傾向增大淬硬傾向增大（4）晶粒粗化的影響）晶粒粗化的影響 焊接條件下，近縫區(qū)由于強(qiáng)烈地焊接條件下，近縫

21、區(qū)由于強(qiáng)烈地過熱過熱而使晶粒發(fā)生嚴(yán)重而使晶粒發(fā)生嚴(yán)重的長大，這不僅影響焊接接頭的性能，同時也增大了產(chǎn)的長大，這不僅影響焊接接頭的性能，同時也增大了產(chǎn)生裂紋的危險性。生裂紋的危險性。 晶粒越粗大，晶界的總面積越少，減少了形核的機(jī)會，晶粒越粗大，晶界的總面積越少，減少了形核的機(jī)會，不利于奧氏體的轉(zhuǎn)變。從而對奧氏體的分解轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變不利于奧氏體的轉(zhuǎn)變。從而對奧氏體的分解轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)有很大的影響。產(chǎn)物的形態(tài)有很大的影響。462.3 焊接條件下的CCT圖及其應(yīng)用（5）應(yīng)力應(yīng)變的影響）應(yīng)力應(yīng)變的影響 a.有拉伸應(yīng)力存在時會明顯地降低奧氏體的穩(wěn)定性，使有拉伸應(yīng)力存在時會明顯地降低奧氏體的穩(wěn)定性，使CC

22、T曲線明顯地向左上方偏移曲線明顯地向左上方偏移。 b.應(yīng)力和應(yīng)變都會應(yīng)力和應(yīng)變都會增加奧氏體的內(nèi)能增加奧氏體的內(nèi)能，加速擴(kuò)散過程，加速擴(kuò)散過程，有利于擴(kuò)散型相變的進(jìn)行有利于擴(kuò)散型相變的進(jìn)行 c.應(yīng)力應(yīng)變影響到馬氏體轉(zhuǎn)變，應(yīng)力應(yīng)變影響到馬氏體轉(zhuǎn)變，拉伸應(yīng)力可促進(jìn)馬氏體拉伸應(yīng)力可促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變，即，即MS升高和馬氏體轉(zhuǎn)變量增加升高和馬氏體轉(zhuǎn)變量增加。切應(yīng)力也能促。切應(yīng)力也能促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變，正壓應(yīng)力則會阻礙馬氏體轉(zhuǎn)變。進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變，正壓應(yīng)力則會阻礙馬氏體轉(zhuǎn)變。472.3 焊接條件下的CCT圖及其應(yīng)用03焊接熱影響區(qū)的組織和性能PART THREEHAZHAZ各點經(jīng)歷的熱循環(huán)不同各點經(jīng)歷的熱循環(huán)不

23、同組織形態(tài)不同組織形態(tài)不同性能不同性能不同最高溫度不同，冷卻不同最高溫度不同，冷卻不同 一、焊接熱影響區(qū)的組織分布一、焊接熱影響區(qū)的組織分布 分區(qū)域，熱循環(huán)特征分區(qū)域，熱循環(huán)特征 以焊接低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼為例以焊接低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼為例 3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布焊縫熔合區(qū)過熱粗晶區(qū)相變重結(jié)晶區(qū)不完全結(jié)晶區(qū)時效脆化 區(qū)未受影響區(qū)熱影響區(qū)（HAZ）3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布（一）熔合區(qū)（一）熔合區(qū) 半熔化區(qū)域，兼有焊縫組織特征和過熱組織特半熔化區(qū)域，兼有焊縫組織特征和過熱組織特征?；旌蠀^(qū)域，組織不均勻，且易形成缺陷，性能征?；旌蠀^(qū)域，組織不均勻，且易形成缺陷，性能影響大，薄弱區(qū)。影響

24、大，薄弱區(qū)。（二）過熱區(qū)（二）過熱區(qū) 溫度范圍從液相線以下到溫度范圍從液相線以下到11001100o oC C，過熱狀態(tài)，過熱狀態(tài)奧氏體嚴(yán)重長大奧氏體嚴(yán)重長大粗大組織，可伴生魏氏組織。粗大組織，可伴生魏氏組織。 應(yīng)力大時，可形成裂紋應(yīng)力大時，可形成裂紋 冷速大時，可形成裂紋冷速大時，可形成裂紋 3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布（三）相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)）（三）相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)） A A3 310001000o oC C，正火區(qū)，正火處理，正火組織，正火區(qū)，正火處理，正火組織，強(qiáng)韌性比較好。強(qiáng)韌性比較好。（四）不完全重結(jié)晶區(qū)（四）不完全重結(jié)晶區(qū)A AC1C1A A

25、C3C3范圍，加熱范圍，加熱奧氏體奧氏體+ +殘留鐵素體，殘留鐵素體，冷卻冷卻奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小組織，粗大的鐵素體保留。奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小組織，粗大的鐵素體保留。最終為粗大的鐵素體和細(xì)小的重結(jié)晶組織。晶粒最終為粗大的鐵素體和細(xì)小的重結(jié)晶組織。晶粒大小不均，力學(xué)性能也不均勻。大小不均，力學(xué)性能也不均勻。 3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布Q235A鋼焊接熱影響區(qū)的組織特點過熱區(qū)重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)母材3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布焊接方法、焊接線能量、母材板厚：影響焊接方法、焊接線能量、母材板厚：影響HAZHAZ大小大小總寬：板厚的總寬：板厚

26、的30%30%，最大，最大20mm20mm，最小，最小10mm10mm 表表4-10 4-10 不同焊接方法不同焊接方法HAZHAZ的平均尺寸的平均尺寸焊接方法焊接方法各區(qū)的平均尺寸（各區(qū)的平均尺寸（mmmm）總寬總寬（mmmm）過熱過熱相變重結(jié)晶相變重結(jié)晶不完全重結(jié)晶不完全重結(jié)晶手弧焊手弧焊埋弧自動焊埋弧自動焊電渣焊電渣焊氧乙炔氣焊氧乙炔氣焊真空電子束焊真空電子束焊2.22.23.03.00.80.81.21.21818202021211.51.52.52.50.80.81.71.75.05.07.07.04.04.02.22.23.03.00.70.71.01.02.02.03.03.02

27、.02.06.06.08.58.52.32.34.04.02525303027.027.00.050.050.750.753.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布淬硬傾向大的鋼種，低碳高強(qiáng)度鋼淬硬傾向大的鋼種，低碳高強(qiáng)度鋼(18MnMoNb)(18MnMoNb)、中碳、中碳鋼鋼(45)(45)、中碳高強(qiáng)度鋼、中碳高強(qiáng)度鋼(30CrMnSi)(30CrMnSi)等，冷卻時可形成等，冷卻時可形成馬氏體組織馬氏體組織。1 1、完全淬火區(qū)、完全淬火區(qū)A AC3C3以上溫度區(qū)間，冷卻時產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變。以上溫度區(qū)間，冷卻時產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變。熔合區(qū)附近，粗大晶粒組織。熔合區(qū)附近，粗大晶粒組織。* * *易于形成淬火裂紋

28、。易于形成淬火裂紋。粗大馬氏體、細(xì)小馬氏體、貝氏體（粗大馬氏體、細(xì)小馬氏體、貝氏體（B BL L、B BU U），），冷卻速度決定?；旌辖M織。應(yīng)力不均勻，受力和變形冷卻速度決定?；旌辖M織。應(yīng)力不均勻，受力和變形時，可產(chǎn)生應(yīng)力集中。時，可產(chǎn)生應(yīng)力集中。 易淬火鋼易淬火鋼3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布2 2、不完全淬火區(qū)、不完全淬火區(qū) 溫度在溫度在A AC1C1A AC3C3之間。之間。 快速加熱，鐵素體不溶，珠光體、貝氏體、索氏快速加熱，鐵素體不溶，珠光體、貝氏體、索氏體等溶入奧氏體。冷卻時，奧氏體體等溶入奧氏體。冷卻時，奧氏體馬氏體，形成鐵馬氏體，形成鐵素體素體+ +馬氏體雙相組織。碳和合金元

29、素含量低（淬透馬氏體雙相組織。碳和合金元素含量低（淬透性低）性低）鐵素體鐵素體+ +珠光體（索氏體）。珠光體（索氏體）。3 3、回火區(qū)、回火區(qū) 焊前，母材處理狀態(tài)。焊前，母材處理狀態(tài)。 母材：淬火母材：淬火+ +回火（調(diào)質(zhì)），回火（調(diào)質(zhì)），T Tc c高于高于T Tt t，回火；，回火；T Tc c低于低于T Tt t，不變。，不變。 3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布q焊接熱影響區(qū)各部位的名稱及其所包括的范圍焊接熱影響區(qū)各部位的名稱及其所包括的范圍3.1 焊接熱影響區(qū)的組織分布組織不均勻組織不均勻性能不均勻性能不均勻（一）焊接熱影響區(qū)的

30、硬化（度）（一）焊接熱影響區(qū)的硬化（度） 實際中最常用的方法。實際中最常用的方法。 焊接接頭硬度分布，最高硬度，硬度變化梯焊接接頭硬度分布，最高硬度，硬度變化梯度度反映接頭（反映接頭（HAZHAZ）性能）性能反映接頭強(qiáng)度、韌度、脆性、抗裂能力。反映接頭強(qiáng)度、韌度、脆性、抗裂能力。影響硬度的因素：成分、冷卻速度（組織）影響硬度的因素：成分、冷卻速度（組織） 碳當(dāng)量，關(guān)鍵參數(shù)碳當(dāng)量，關(guān)鍵參數(shù) 3.2 焊接熱影響區(qū)的性能（一）焊接熱影響區(qū)的硬化（一）焊接熱影響區(qū)的硬化1. 淬硬：淬硬：成分對淬硬傾向的影響成分對淬硬傾向的影響（1）碳當(dāng)量碳當(dāng)量 a.簡稱簡稱Ceq或或CE，反映鋼中化學(xué)成分對硬化程度的

31、影響，把鋼中的，反映鋼中化學(xué)成分對硬化程度的影響，把鋼中的合金元素（包括碳）按其合金元素（包括碳）按其對淬硬（包括冷裂、脆化等）的影響程對淬硬（包括冷裂、脆化等）的影響程度折合成碳的相當(dāng)含量度折合成碳的相當(dāng)含量3.2 焊接熱影響區(qū)的性能2020世紀(jì)世紀(jì)40405050年代：年代：C-MnC-Mn強(qiáng)化強(qiáng)化 國際焊接學(xué)會：國際焊接學(xué)會： 5VMoCr15NiCu6MnCCE(IIW)適用于中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼適用于中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼( ( b b=400=400700MPa)700MPa)日本焊接學(xué)會：日本焊接學(xué)會： 14V4Mo5Cr40Ni24Si6MnCCeq(WES)適用于較高強(qiáng)

32、度的低合金高強(qiáng)度鋼適用于較高強(qiáng)度的低合金高強(qiáng)度鋼( ( b b=500=5001000MPa) 1000MPa) 兩式要求兩式要求w w(C)(C) 0.18%0.18%3.2 焊接熱影響區(qū)的性能19601960年代，微合金強(qiáng)化鋼年代，微合金強(qiáng)化鋼 日本伊藤日本伊藤 B510V15Mo60Ni20CrCuMn30SiCPcm適用于適用于w w(C)(C) 0.17%0.17%， b b=400=400900MPa900MPa的低合金高強(qiáng)鋼的低合金高強(qiáng)鋼 0.0053CEC2P(IIW)cm3.2 焊接熱影響區(qū)的性能近年，日本的鈴木和百合岡近年，日本的鈴木和百合岡 B55NbVMoCr20Ni1

33、5Cu16Mn24SiA(C)CCENA(C) = 0.75+0.25tgA(C) = 0.75+0.25tgh h 20(C-0.12) 20(C-0.12) w w(C)(C) 0.17%0.17%，CEN = C + A(C) 3CEN = C + A(C) 3P Pcm cm 3C 3C 0.003 0.003w w(C)(C) 0.18%0.18%，CEN = C + A(C) CE(IIW) CEN = C + A(C) CE(IIW) C + 0.012 C + 0.012 w w(C)=0.034%(C)=0.034%0.254% 0.254% 3.2 焊接熱影響區(qū)的性能2 2

34、、碳當(dāng)量及冷卻時間、碳當(dāng)量及冷卻時間t t8/58/5與與HAZHAZ最高硬度最高硬度H Hmaxmax的關(guān)系的關(guān)系 H Hmaxmax = 1274 = 1274P Pcmcm + 45 + 45 H Hmaxmax = 559CE = 559CE(IIW)(IIW) + 100 + 100 3.2 焊接熱影響區(qū)的性能3.2 焊接熱影響區(qū)的性能3 3、焊縫、焊縫HAZHAZ最高硬度的計算公式最高硬度的計算公式 （1 1）國產(chǎn)鋼硬度計算公式）國產(chǎn)鋼硬度計算公式 16Mn16Mn、15MnV15MnV、15MnVN15MnVN、18MnMoNb18MnMoNb、14MnMoNbB14MnMoNb

35、B、2.25Cr-1Mo2.25Cr-1Mo等等 t t8/58/5 M100M100，H Hmaxmax = 292 + 812C = 292 + 812C* * t t8/58/5 M100M100，H Hmaxmax = 52.0 + 147.0 = 52.0 + 147.0P Pcmcm 81lg 81lgt t8/58/5 lglg M100M100 = 2.63C + 8.35 = 2.63C + 8.35P Pv v 6.57 6.57 t t8/58/5 B53Mo10Cr8Ni4Cu3MnCPv3.2 焊接熱影響區(qū)的性能（2 2）日本鈴木公式）日本鈴木公式287)(lgexp18845/8max