焊接冶金学及金属材料焊接 电子课件模块三.ppt

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1、模块三焊接热影响区组织与性能控制任务1焊接温度场的控制任务2焊接热影响区的组织与性能控制定义：1.热影响区（HeatAffectedZone，简称HAZ）所谓焊接热影响区就是靠近焊缝的母材在焊接热源的作用下，发生金相组织和力学性能变化的区域，有时也称此区为近缝区。2.焊接接头:由两个主要部分所组成，焊缝和焊接热影响区（见示意图）任务一焊接温度场的控制焊接热影响区示意图熔合区一、焊接热循环的基本概念焊接过程中，热源沿焊件移动，焊件上某点（坐标x、y、z）温度T随时间t由低到高，达到最大值后，又由高到低的变化过程，叫做该点的焊接热循环（见图3-1），其数学表达

2、式为：Ｔ（ｘ、ｙ、ｚ）＝f（ｔ）二、焊接热循环的基本参数表征焊接热循环的参数主要有加热速度、加热的峰值温度、相变温度以上的停留时间和冷却速度或冷却时间。（一）加热速度（ωH）工件上某点的加热速度可用数学表达式表达如下：ωHT相变A均质化和碳化物溶解越不充分。ωH=（二）加热的峰值温度（Tm）加热的峰值温度Tm，也就是热影响区某点在焊接热循环中所经历的最高温度。低碳钢和低合金钢焊接时，在熔合线附近的过热区，由于温度高（1300～1350℃），晶粒发生严重长大，从而使韧性严重下降。（三）相变温度以上的停留时间（tH)为了便于分析研究，有时把高温停留时间

3、分为加热过程的停留时间t′和冷却过程的停留时间t″，即tH＝t′+t″。tH越长，越有利于奥氏体的均质化过程，但tH越长，奥氏体晶粒越容易长大；特别是在温度较高时（如1100℃以上)，即使停留时不长，也会产生严重的晶粒长大。（四）冷却速度（ωc）和冷却时间（tc）1.冷却速度是一个不易准确描述的变化量，在工程实际应用中常用冷却时间t8／5、t8／3或t100来表述焊接冷却过程2.t8／5、t8／3为焊接冷却过程中温度从800～500℃或800～300℃的冷却时间3.t100为焊后冷却到100℃所用时间三、多层焊接热循环的特点及控制比起单层焊接来，多层焊接在

4、工艺上不受焊缝截面尺寸限制，可以在更大范围内调整线能量和其它工艺参数。在相邻焊层之间，彼此遭受预热或后热之类的热处理，从而使焊接接头某点所经历的热循环以及金属的组织和性能所发生的变化不尽相同于单层焊接。多层焊可分为“长段多层焊”和“短段多层焊”。（一）长段多层焊所谓长段多层焊，就是每道焊缝的长度较长，例如手弧焊时在1m以上。图3-3长段多层焊接热循环a)焊接各层时，近缝区1、2、3点的热循环b)各层焊缝断面示意图（二）短段多层焊所谓短段多层焊，就是每层（或每道）焊缝长度较短，例如手弧焊时约为50～400mm。图3-5短段多层焊接热循环a)点1的热循环b)点

5、4的热循环四、焊接温度场的特征焊接时，工件上焊接区内任何地点的温度将随着时间t和该点的位置（坐标x、y、z）的不同而变化。其中，某点温度随时间的变化T(x、y、z）=f(ｔ)就是焊接热循环。而在某个瞬间（ｔ=定值k）工件上各点的温度分布，则称作焊接温度场。在研究温度场时则通常用等温线或等温面来表示。所谓等温线或等温面，就是温度相等各点的连线或连面。在作图或数学解析取坐标系时，通常是以原点O为热源所处位置，X轴为热源移动方向，Y轴为宽度方向，Z轴为厚度方向（如图3-6a）。图3-6温度场示例a)焊件上的坐标轴b)XOY面的等温线和最高温度点曲线（虚线）c)沿

6、X轴的温度分布曲线d)沿Y轴的温度分布曲线准稳定温度场的特征是：取以热源为坐标原点的移动坐标系，该坐标系中各点的温度与时间无关，只决定于该点所处的位置。由此可见，准稳定温度场中的温度分布，实质上相应于热饱和状态下某瞬时固定坐标系中的非稳定温度场温度分布。五、影响温度场的因素（一）工件的尺寸形状和热源的种类特征（二）焊接规范（三）金属热物理性质六、热影响区的宽度热影响区某点的峰值温度和该点与熔合线之间的距离有如下关系：（3-4）式（3-4）的一个很有价值的用途：就是用来估算热影响区的宽度。在估算热影响区的宽度时，首先需要确定热影响区的界限，即峰值温度达多少以

7、上的地区是热影响区。对于常见的低碳钢和一些不易淬硬的低合金钢，可取该峰值温度为Ac1=730℃。任务二焊接热影响区的组织与性能控制一、焊接热循环条件下金属的组织转变特点（一）焊接加热过程的相变特点焊接时的快速加热、高温停留时间短暂等特点，将使相图中的临界转变点提高，使毗邻熔合线的近缝区晶粒可能显著长大，同时使奥氏体的化学成分不均匀性和组织不均匀性倾向增大。（二）焊接冷却过程的相变特点1、铁素体、珠光体区的转变特点如果焊接工艺不当，这个地段将出现魏氏组织铁素体，金属性能将更为下降。魏氏组织是在高温下形成的，转变时碳和合金元素均有扩散能力。在魏氏组织形成过程中

8、，先析出的铁素体中的碳将向两侧的奥氏体母相中扩散，从而使奥氏体中碳