焊缝及其热影响区的组织与性能

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1、第七章焊缝及其热影响区的组织与性能主讲教师:易剑1第十章焊接热影响区的组织与性能熔焊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“焊接热影响区”。图7-1焊接接头示意图1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材2第一节焊接热循环第二节焊接热循环下的金属组织转变特点第三节焊接热影响区的组织与性能3第一节焊接热循环一、研究焊接热循环的意义二、焊接热循环的参数及特征三、焊接热循环参数的计算4一、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。焊件上距热

2、源远近不同的位置，所受到热循环的加热参数不同，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：①找出最佳的焊接热循环；②用工艺手段改善焊接热循环；③预测焊接应力分布及改善热影响区组织与性能。5二、焊接热循环的参数及特征加热速度ωH最高加热温度Ｔm相变温度以上的停留时间tH冷却速度Ωc(或冷却时间t8/5)晶粒大小相变组织6三、焊接热循环参数的计算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）：峰值温度Ｔm的计算相变温度以上的停留时间tH的计算冷却速度ωC和冷却时间的计算7点热源（厚板）线热源（薄板）由两式可以看出，当焊接线

3、能量E（单位长度上的焊接热输入量，E=IU/v)一定，焊件上某点离开热源轴心距离越远，最高温度Ｔm越低；而对焊件上某一定点，随着线能量E的提高，其Ｔm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。8点热源（厚板）线热源（薄板）由公式可以看出，在其它条件不变的情况下，提高线能量E，高温停留时间tH延长，也就是说发生粗晶脆化的可能性增大。提高初始温度T0（预热温度），也会在一定程度上延长高温停留时间tH。9冷却速度：厚板薄板冷却时间：厚板薄板冷却速度ωc随着线能量E和初始温度T0的提高而降低，冷却时间随着线能量E和初始温度

4、T0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、焊道的长度及层数都会影响焊接热循环参数，10第二节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，又具有与热处理不同的特点。焊接过程的特殊性焊接加热过程的组织转变焊接时冷却过程的组织转变11一、焊接过程的特殊性五个特点（以低合金钢为例）：加热温度高在熔合线附近温度可达l350～l400℃；加热速度快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～l00s)；在自然条件下连续冷却（个

5、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。12二、焊接加热过程的组织转变焊接过程的快速加热，将使各种金属的相变温度比起等温转变时大有提高。当钢中含有较多的碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等)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(比碳小1000～10000倍)，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。13图7-4焊接快速加热对Ac1、Ac3和晶粒长大的影响（CCT图）d—晶粒的平均直径；A—奥氏体；P—珠光体；F—铁素体；K—碳化物45钢40CrωH：1—1400℃/s；2—27

6、0℃/s；3—35℃/s；4—7.5℃/s)ωH：1—1600℃/s；2—300℃/s；4—42℃/s；5—7.2℃/s14钢　种相变点平衡状态加热速度ωH/（℃·S-1）AC1与AC3的温差/℃/℃6~840~50250~3001400~170040~50250~3001400~170045钢AC17307707757908404560110AC3770820835860950659018040CrAC17407357507708401535105AC3780775800850940257516523MnAC173575077078583035509

7、5AC3830810850890940408013030CrMnSiAC17407407758259203585180AC38207908358909804510019018Cr2WVAC1710800860930100060130200AC38108609301020112070160260表7-1加热速度对相变点Ac1和Ac3及其温差的影响15三、焊接冷却过程中的组织转变焊接条件下的组织转变不仅与等温转变不同，也与热处理条件下的连续冷却组织转变不同。随冷却速度增大，平衡状态图上各相变点和温度线均发生偏移。共析成分成为一个成分范围16通过进行焊接热模

8、拟试验，研究各种材料热影响区的组织转变，建立“模拟焊接热影响区连续冷却组织转变图SH-CCT”