焊接接头的性能及其影响因素课件

焊接接接接头的性能及其影响因素的性能及其影响因素主要内容主要内容第一节 焊接接头第二节焊接热循环第三节 焊缝的金属组织和性能第四节 熔合区和热影响区的组织和性能第五节 影响焊接接头性能的因素及其处理方法第一节焊接接头焊焊接接接接头头是是基基本本金金属属或或基基本本金金属属和和填填充充金金属属在在高高温温热热源源的的作作用用下下，经经过过加加热热和和冷冷却过程而形成不同组织和性能的不均匀体。却过程而形成不同组织和性能的不均匀体。在在熔熔化化焊焊的的条条件件下下，焊焊缝缝及及其其邻邻近近的的母母材材组组织织及及性性能能发发生生变变化化的的区区域域共共同同组组成成焊接接头。焊接接头。一焊接接头的组成焊接接头一般由三个区域组成：（1）焊缝）焊缝（2）熔合区）熔合区（3）热影响区）热影响区1焊缝焊缝焊缝是焊接接头的主体，焊焊缝缝金金属属是是焊焊接接时时由由填填充充金金属属（焊焊条条、焊焊丝丝）和和部部分分基基本本金金属属经经过过熔熔化、结晶凝固而形成的化、结晶凝固而形成的。焊缝区的宽度取决于坡口型式和焊接线能量。2热影响区受受焊焊接接热热循循环环作作用用，组组织织和和性性能能发生变化的基本金属部分发生变化的基本金属部分。热影响区的宽度主要取决于焊接线能量的大小。3熔合区熔熔合合区区是是焊焊缝缝区区和和热热影影响响区区的的交交界界处处，在在焊焊接接过过程程中中，处处于于固固、液状态的半熔化区。液状态的半熔化区。熔 合 区 一 般 很 窄，约 有0.10.4mm宽，常称熔合线，在合金钢焊接接头中很难区分出熔合区。二焊接接头的特点：二焊接接头的特点：（1）具有组织和性能的不均匀性，）具有组织和性能的不均匀性，（2）易产生各种焊接缺陷，）易产生各种焊接缺陷，（3）存存在在着着应应力力集集中中、焊焊接接残残余余应应力力、焊接变形等。焊接变形等。第二节第二节焊接热循环焊接热循环一、焊接热循环的特点一、焊接热循环的特点1概念概念焊焊接接热热循循环环是是指指在在焊焊接接热热源源的的作作用用下下，焊焊件件上上某某点点的的温温度度随随着着时时间间由由低低而而高高、又又由高而低的变化过程。由高而低的变化过程。在在加加热热和和冷冷却却过过程程中中，焊焊件件上上不不同同位位置置所所经经受受的的热热循循环环状状态态是是不不同同的的，靠靠焊焊缝缝越越近近的的位位置置，被被加加热热的的最最高高温温度度越越高高，反反之之，越远的位置被加热的最高温度越低。越远的位置被加热的最高温度越低。2基本要素基本要素（1）加热速度加热速度（2）最高加热温度）最高加热温度（3）高温停留时间）高温停留时间（4）冷却速度）冷却速度3焊接热循环特性指标焊接热循环特性指标反反映映焊焊接接热热循循环环特特性性的的指指标标主主要要有有2个个：t过过和和t8/5。t过过：焊焊接接接接头头在在1100以以上上高高温温的的停停留留时时间间，其其值值越越大大，焊焊接接接接头头的的组组织织与与性性能能越越差。差。t8/5：焊焊接接接接头头由由800冷冷却却到到500所所需需的的时时间间，这这个个温温度度区区域域是是焊焊缝缝金金属属固固态态相相变变过过程程，其其值值大大小小，对对焊焊缝缝金金属属的的充充分分转转变、过热过程或淬硬倾向均有一定影响。变、过热过程或淬硬倾向均有一定影响。4焊接热循环的主要特点焊接热循环的主要特点1）急急剧剧加加热热且且温温度度高高，熔熔池池（焊焊缝缝）附附近近最最高高加加热热温温度度比比一一般般热热处处理理加加热热温温度度都都高高，故发生过热，致使该区晶粒长大粗化严重。故发生过热，致使该区晶粒长大粗化严重。2）急急速速冷冷却却且且速速度度快快，从从而而致致使使焊焊接接接接头头容容易易发发生生淬淬硬硬，形形成成淬淬硬硬组组织织，加加剧剧了了焊焊接冷裂纹的产生接冷裂纹的产生。二、影响焊接热循环的因素二、影响焊接热循环的因素影影响响焊焊接接热热循循环环的的因因素素主主要要有有焊焊接接方方法法、焊焊接接规规范范、焊焊接接线线能能量量、预预热热和和层层间间温温度度、焊焊件厚度和接头型式及材料本身的导热性等。件厚度和接头型式及材料本身的导热性等。1焊接方法焊接方法不同，加热速度、高温停留时间和焊后冷却速度都会有所不同。气焊加热速度慢，冷却速度也慢，高温停留时间长；而钨极氩弧焊，则加热速度快，冷却速度也快，高温停留时间较短。2。焊接规范及线能量的影响。焊接规范及线能量的影响焊焊接接规规范范指指焊焊接接时时的的主主要要工工艺艺参参数数，也也就就是是保保证证焊焊接接质质量量而而选选定的各物理量，如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。定的各物理量，如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。焊焊接接线线能能量量是是单单位位长长度度焊焊缝缝内内输输入入的的焊焊接接能能量量，对对电电弧弧焊焊常常用用下下式表示：式表示：Q=IU/Q-线线能能量量，J/cmI-焊焊接接电电流流，AU-焊焊接接电电压压，V焊焊速速，cm/s焊焊接接线线能能量量越越大大，热热影影响响区区越越宽宽，加加热热到到1100以以上上高高温温区区域域也也就就越越宽宽，而而且且t过过和和t8/5越越大大，焊焊接接线线能能量量偏偏小小时时，不不利利于于焊焊缝缝的的熔熔透透和和成成形形，因因此此焊焊接接线线能能量量必必须须在在一一个个合合理理的的范范围围才才能能保保证证焊焊接接接接头头具有良好的性能。具有良好的性能。一一般般通通过过焊焊接接规规范范来来调调整整焊焊接接线线能能量量，不不同同的的焊焊接接方方法法，在在常常规规规规范范条条件件下下，焊焊接接线线能能量量的的差差别别较较大大，埋埋弧弧焊焊时时焊焊接接线线能能量量较较大大，手手工电弧焊次之、钨极氩弧焊最小。工电弧焊次之、钨极氩弧焊最小。3预热与层间温度的影响预热与层间温度的影响焊焊接接性性差差的的钢钢材材，一一般般要要采采取取预预热热和和保保持持层层间间温温度度的的技技术术措措施施，以以降降低低焊焊接接接接头头的的冷冷却却速速度度，降降低低焊焊接接过过程程的的淬淬硬硬倾倾向向，防防止止裂裂纹纹的的产产生。生。金金属属材材料料预预热热温温度度一一般般不不超超过过350，在在低低温温（600）时时对对冷冷却却速速度度能能起起到到显显著著的的降降低低作作用用，对对t过过值值影影响响不不大大，所所以以预预热热对对焊焊接接线线能能量量不起增强作用，对焊接热循环是有利的。不起增强作用，对焊接热循环是有利的。在在多多层层多多道道焊焊接接中中，层层间间温温度度一一般般等等于于或或略略高高于于预预热热温温度度，控控制制层层间间温温度度的的目目的的在在于于降降低低焊焊接接接接头头在在低低温温时时的的冷冷却却速速度度，有有利利于于焊焊接接热热循环的作用。循环的作用。4连接结构和钢材性能的影响连接结构和钢材性能的影响焊焊缝缝处处的的连连接接结结构构是是由由焊焊件件厚厚度度和和接接头头型型式式决决定定的的，焊焊件件厚厚度度越越大大，焊焊接接接接头头的的相相对对冷冷却却速速度度越越大大，t8/5越越小小；当当焊焊缝缝为为角角接接接接头头时时，其其冷冷却却速速度度比比对对接接接接头头速速度度要要大大，t8/5比比对对接接接接头头焊缝要小焊缝要小钢钢材材的的导导热热性性能能对对焊焊接接热热循循环环具具有有直直接接的的影影响响，导导热热性性不不同同的的钢钢材材在在相相同同的的线线能能量量条条件件下下，焊焊接接接接头头的的t过过和和t8/5是是不不同同的的，导导热热性性好好的的钢钢材材t过过和和t8/5都小于导热性差的钢材都小于导热性差的钢材。第三节焊缝的金属组织和性能熔池中的金属从液态变为固态的这种过程称为熔池的一次结晶。熔池凝固后的焊缝金属从高温冷却到室温时，还会发生固态的相变，产生不同的组织。焊缝的这种固态相变过程称为焊缝金属的二次结晶。焊缝金属组织除与化学成分有关外，在很大程度上取决于这两次结晶的特征，而焊缝金属的性能与其组织有密切关系。一、焊接熔池的一次结晶1结晶过程的特点（1）熔池的体积小、冷却速度快；（2）液态金属温度高；（3）运动状态下结晶；（4）以散热方向向焊缝中呈柱状生长。2组织特征与组织偏析柱状晶柱状晶是一次结晶的组织特征。由由于于冷冷却却速速度度极极快快，相相内内的的成成分分来来不不及及趋趋于于一一致致，所所以以保保持持着着结结晶晶先先后后而而产产生生成成分分不不均均匀性匀性，这种不均匀性就是晶内偏析，二、焊缝金属的二次结晶焊缝熔池金属一次结晶后的组织基本是柱状奥氏体，在冷却至室温的过程中，焊缝金属还会发生组织转变，这就是焊缝金属的二次结晶。1低碳钢的焊缝组织低碳钢的焊缝组织含碳量低，组织一般为粗大的柱状铁素体和少量珠光体，如果高温停留时间过长（如气焊、电渣焊）焊缝还会出现魏氏组织。多层多道焊时，后一层焊道对前一层焊道有热处理作用，部分柱状晶可转化为细小的等轴晶，其金属组织为细小的铁素体和少量的珠光体。2低合金高强度钢的焊缝组织低合金钢合金元素含量较小时，其焊缝组织与低碳钢相似，在一般冷速条件下为铁铁素素体体加加少少量量珠珠光光体体，冷速过大时，也会产生粒状贝氏体。合金元素含量较高时，淬硬性较好的低合金高强度钢焊缝金属组织为贝氏体或低碳马氏体，高温回火后为回火索氏体。3铬钼和铬钼钒耐热钢的焊缝组织合金含量较少（Cr5%）的耐热钢在焊前预热、焊后缓冷的条件下，得到的是珠珠光光体体和和部部分分淬淬硬硬组组织织，高高温温回回火火后后可可得到完全的珠光体组织得到完全的珠光体组织合金含量较多（Cr5%9%）的耐热钢在焊接材料化学成分与母材成分相近、焊前预热和焊后缓冷条件下，其焊缝组织为贝氏体，有时可能出现马氏体，高温回火后可得到回火索氏体，当采用奥氏体焊接材料时，焊缝组织主要为奥氏体。4不锈钢焊缝组织奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢一一般般为为奥奥氏氏体体加加少少量量（2%6%）铁素体）铁素体铁素体不锈钢组织与采用的焊接材料有关，焊焊接接材材料料与与母母材材金金属属化化学学成成分分相相近近时时，其其焊焊缝缝组组织织为为铁铁素素体体，焊焊接接材材料料为为铬镍奥氏体时其焊缝组织为奥氏体。铬镍奥氏体时其焊缝组织为奥氏体。马氏体不锈钢焊缝组织与焊接材料和热处理状态有关，焊接材料与母材金属化学成分相近时，焊焊态态组组织织为为马马氏氏体体，回回火火后后为为回回火火马马氏氏体体，焊焊接接材材料料为为铬铬镍镍奥奥氏体时，焊缝组织为奥氏体。氏体时，焊缝组织为奥氏体。三、焊缝金属组织与性能的关系1一次结晶组织与性能的关系焊焊缝缝一一次次结结晶晶组组织织中中细细柱柱状状晶晶比比粗粗柱柱状状晶晶好好，胞胞状状晶晶比比树树枝枝晶晶好好，因为粗晶体金属的强度、塑性和韧性都较低，而且热裂纹敏感性大，尤其是粗大的树枝晶对热裂纹的敏感倾向很强。由于偏析、化学成分极不均匀，焊缝的抗裂性变差，偏析越严重，力学性能和抗腐蚀性的不均匀程度就越大，偏析使S、P聚集在焊缝中心，就容易产生热裂纹。2二次结晶组织与性能的关系二次结晶组织的类型、特征和形态不同，则焊缝金属的性能也不同。1）强度高低马氏体比其它组织的强度都高，铁素体、奥氏体较低，贝氏体介于马氏体和铁素体加珠光体之间。2）塑性和韧性奥氏体在温度下降时无明显脆性转变现象，塑性和韧性比其他组织好，铁素体加珠光体次之，粒状贝氏体具有较低的强度和较好的韧性，高碳马氏体硬而脆，几乎无韧性，低碳马氏体具有较高的强度和一定的塑性和韧性。3）抗裂性铁素体加珠光体和奥氏体抗裂性能好，奥氏体加少量铁素体的双向组织比单向奥氏体具有更好的抗裂性。贝氏体加马氏体和马氏体对冷裂纹的敏感性最大。4）晶粒度，晶粒越细，组织越均匀，其性能比粗大的不均匀组织要好。铁素体、奥氏体的强度较低，而塑性和韧性好，抗裂性好；珠光体的强度比铁素体高，塑性和韧性比铁素体差；马氏体强度高，高碳马氏体硬而脆，低碳马氏体具有相当高的强度和较良好的塑性、韧性相结合的特点；粒状贝氏体的强度和塑性、韧性介于马氏体和铁素体加珠光体之间。低碳钢焊缝过热形成的粗大的魏氏组织，使塑性、韧性降低。3焊缝的性能焊缝金属的性能决定于化学成分和组织，焊缝的特点是碳低。但有一定数量的合金元素，一般来说焊缝的化学成分比较理想。但焊缝的组织较差（晶粒粗大、组织疏松、成分偏析），没有轧制的母材组织均匀，因此，焊缝的强度可以达到母材，但塑性、韧性比母材差。五、焊接区域的气体对焊缝金属的影响焊接时焊接区域中主要有一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢（H2）、水蒸汽（H2O）、氧（O2）、氮（N2）等气体，其中中氧氧、氮氮、氢氢对对焊焊接接质量的影响最大。质量的影响最大。1氧（O2）的影响氧氧在在焊焊缝缝中中的的存存在在形形式式主主要要是是FeO夹夹杂杂物物。在焊接过程中，FeO与碳生成CO，会会产产生生气气孔孔，引起飞溅，影响焊接过程的稳定性。焊焊缝缝中中的的氧氧来来源源有2个：一是高温条件下氧向熔池金属里溶解，冷却时来不及逸出；二是一些合金元素氧化后形成氧化物残留在焊缝中。焊接过程的氧化作用，将导致焊缝中有益合金元素（如锰、硅等）的烧损；溶解在焊缝中的氧在适当条件下与碳生成CO气孔，残留在焊缝中的氧会降低焊缝金属的力学性能和耐腐蚀性。防防止止措措施施：加强保护，选用合适的气体流量、短弧焊，防止空气进入；焊前清理坡口及两侧的锈及水；烘干焊条、焊剂；冶金处理，从焊条药皮或焊丝中加入铁合金（锰、硅）脱氧。2氮的影响氮在高温时与液态金属接触，一方面以原子状态直接溶解到液态金属中；另一方面与氧生成氧化氮（NO）被溶解到焊缝中，当氮量过多时，容易产生N2气孔。凝固时，氮的溶解度急剧降低，析出氮气，来不及逸出熔池表面便形成气孔。主主要要来来源源是空气，防防止止措措施施只有加强熔池的保护。氮在焊缝中存在会使焊缝金属变脆，塑性和韧性变劣。3氢的影响氢侵入焊缝的主要原因各种形态的水分：焊接材料潮湿、坡口表面附近有油锈水分，或焊接环境介质的湿度太大，氢在高温条件下是以原子状态溶解到熔化的金属中。氢的存在危害极大，它使焊缝金属变脆，塑性和韧性显著降低，导致氢致裂纹、氢白点和氢气孔缺陷。控控制制氢氢的的措措施施：烘干焊条、焊剂，清除锈、水、油污。选用低氢型焊条，采用后热、消氢处理等。六、焊接材料化学成分的影响焊条焊丝和钢材一样，由于冶炼的原因，除含铁（Fe）、碳(C)元素外，还含有锰(Mn)、硅Si、硫S、磷P等，为获得某一性能，焊接材料中需加入一些其他合金元素。这些元素的存在对焊接冶金和焊缝金属性能有很大的影响。1碳C碳是焊芯、焊丝的主要元素，它对焊缝性能起主导作用，碳量越高，焊缝的强度和硬度越高，但塑性越低，淬硬性越大，裂纹倾向越大。碳在焊接过程中是一个良好的脱氧剂，减少O2在焊缝中的含量。但碳的含量不能过高，除淬硬性使焊接性变差外，还会由于强烈的还原反应引起焊接过程中的较大金属飞溅，产生来不及逸出的CO气体。碳量过高，焊缝金属凝固点变低，对仰焊操作不利，因而焊焊芯芯、焊焊丝丝的的碳碳含含量量一一般般控控制制在在0.2%以以下下，常常用用低低碳碳钢钢焊焊芯芯、焊焊丝丝碳含量小于碳含量小于0.10%。对低合金焊芯、焊丝，碳在高温下与碳化物形成元素形成的碳化物容易分解，且聚集长大，对抗蠕变能力和持久强度起不良作用。2锰(Mn)锰是一个良好的合金剂，当焊缝含锰量在2%以下时，锰量越高。焊缝的力学性能越好，特别是强度和韧性的提高最为明显，当锰量2%时，可提高焊缝金属耐磨性，但却增加了焊缝的淬硬和过热的敏感性。锰是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中的含氧量，含量为0.4%0.6%时，能提高熔渣的流动性，减少金属飞溅，改善焊条的工艺性能。锰还是一种极好的脱硫剂，能与S化合形成不溶于液态金属的硫化锰（MnS）熔渣，焊接时浮于焊缝表面，减少焊缝硫的含量。3硅Si硅含量不高时，硅是一个较好的合金剂，能提高焊缝金属的强度和弹性，而塑性降低不明显，但含量超过2%时，塑性和韧性显著降低。Si和SiO2过多时，会引起焊接飞溅，恶化操作性能，所以在焊条、焊丝中希望Si含量适当少些，除合金钢焊丝外，一般控制在0.03%以下。4铬Cr铬是重要的合金元素，常被用来配制耐热钢和不锈钢及其焊接材料，以提高耐腐蚀性和热强性。铬能在钢的表面形成一层附着性很强的氧化铬薄膜（Cr2O3）,显著降低金属的氧化速度，铬含量超过12%时，能显著提高钢的电极电位，使钢及其焊接接头具有良好的耐腐蚀性，铬含量小于2%时，能显著提高再结晶温度和热强性，铬还能阻止钢中的石墨化过程，降低碳化物的球化速度，含铬钢及其焊缝具有回火脆性，其含量越高，焊接性能越差。对低碳钢而言，铬是一种杂质，易产生夹渣缺陷，因而碳素钢焊芯、焊丝含铬量不超过0.2%。5钼（Mo）钼是铁素体形成元素，可提高钢及其焊缝的再结晶温度和热强性，它能促进石墨化过程，合金钢中常用含量为0.5%1.0%钼含量较小时，可提高焊缝金属力学性能，对焊接性无大的影响。6镍（Ni）镍主要作用在于形成和稳定奥氏体组织，提高钢的耐腐蚀性能，镍还可提高钢及焊缝的强度、塑性和韧性，降低钢中高铬的不良影响，改善焊接性，这就是镍为不锈钢和耐氧化钢及其焊接材料几乎不可少的元素的基本原因。但镍能促进石墨化，有它不利的影响7钒（V）钒是良好的脱氧元素，能去除焊缝中的氧，它又是强碳化物形成元素，其碳化物在650以下是相当稳定的，钒能阻止晶粒在高温下的长大，改善焊缝组织和力学性能，但钒提高了焊缝金属的淬硬倾向。8钛Ti与铌Nb钛、铌都是碳化物形成元素，比钒还稳定，它们与碳结合作为稳定剂，防止奥氏体钢在高温或焊后产生晶间腐蚀。它们都能提高钢的再结晶温度和高温性能，改善钢的焊接性。9铝（Al）铝是非常强的脱氧剂，少量铝可细化晶粒，提高钢的抗氧化性能力，铝与氮可形成稳定的氮化物，使某些钢的焊接接头获得良好的耐热性能，铝会促使石墨化，在钢及其焊接接头中容易形成夹渣。10钨（W）钨的熔点很高，能大大提高金属的再结晶温度和热强性，钨在钢中的含量很低，过高对加工性能不利。11硼（B）硼可提高钢的热强性，在低合金钢中含量不超过0.007%，它是强脱氧剂，能细化晶粒，含硼钢焊接性较差，焊接时易出现裂纹。12稀土（Re）元素稀土元素能强化晶界，提高焊缝抗蠕变能力和持久强度，焊丝中加入适量稀土元素能去除焊缝金属中的S、P，显著改善焊缝的冲击韧性，亦能细化晶粒，减少树枝晶偏析和回火脆性，焊接过程中稀土元素可以改善钢水的流动性，减少焊接飞溅，有利于操作工艺。13硫（S）硫是有害杂质，温度较高时，会降低焊接接头强度，产生热脆性，这是因为S与铁在高温化合成低熔点的硫化亚铁（FeS），并与其他化合物形成低熔点共晶体（980），当结晶时，这些低熔点物质集聚在晶界处，由于晶内已凝固，而晶界还处于液态，强度很低，在组织应力下会被拉裂。在优质钢材中S含量控制严格，焊芯和焊丝一般在0.03%以下，氩弧焊打底焊丝更严，控制在0.015%以下。14磷（P）磷是影响焊接性的有害杂质元素，它是以磷化铁（Fe2P、Fe3P）形态存在于钢及焊缝中，降低了钢和焊缝金属的性能，特别是冲击韧性，低温时能使金属晶粒粗化，引起冷脆性，焊接时和其他物质形成低熔点共晶体，亦能产生热裂纹，所以对磷和硫一样，在焊芯和焊丝中的含量控制的相当严格。第四节熔合区和热影响区的组织和性能熔合区和热影响区的组织和性能与基本金属化学成分及焊接热循环特征有关，不同钢材在不同焊接热循环作用下，其金属组织与性能有极大的差异。一、熔合区的组织与性能熔合区是焊缝到热影响区的过渡段，加热过程中的温度为固、液线之间，是一个不完全的熔化区。焊接材料和钢材都为化学成分相近的低碳钢时，该区化学成分无明显变化，但靠近基本金属一侧可能具有过过热热组组织织的的特特点点，晶晶粒粒粗粗大大，金金属属塑塑性性和和韧韧性性较较低低。是是焊焊接接接接头头中中性性能最差的区域。能最差的区域。当焊缝金属与基本金属化学成分、线膨胀系数和组织状态相差较大时，就会导致合金元素再分配，可能同时存在着较大的热应力和严重的淬硬组织，所以熔合区是产生裂纹、发生局部脆性破坏的危险区。一、热影响区的组织和性能1低碳钢焊接热影响区的组织和性能热热影影响响区区分分为为过过热热区区、正正火火区区、部部分分相相变变区区、再结晶区和蓝脆区再结晶区和蓝脆区（1）过热区过热区过过热热区区是是处处于于1100至至固固相相线线间间的的高高温温部部位位，这这部部分分加加热热温温度度大大大大超超过过相相变变温温度度，奥奥氏氏体体晶晶粒粒急急剧剧长长大大，冷冷却却后后成成为为粗粗大大的的过过热热组组织织。尤尤其其在在1300以以上上晶晶粒粒十十分分粗粗大大，焊焊后后快快冷冷时时产产生生魏魏氏氏组组织织，魏魏氏氏体体塑塑性性、韧韧性性比比基基本本金属低金属低25%30%。过过热热区区是是焊焊接接接接头头的的最最危危险险的的易易破破坏坏区区段段，其性能最差其性能最差（2）正火区正火区处于AC3至1100间的部分金属，其铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，由于焊接速度快，高温停留时间短，奥氏体来不及长大，冷却下来得到的是细小的铁素体和珠光体组织。焊接热循环对这部分金属的影响相当于热处理中的正火工艺，冷却后的组织比原基本金属细小，力学性能比原金属高，故而正火区是焊接接头组织和性能最佳的部位。（3）部分相变区该区段金属被加热到AC1AC3温度之间，珠光体转变为奥氏体，铁素体部分溶入奥氏体，在加热过程中，随着温度的升高奥氏体的转变随着增多，未溶入奥氏体的铁素体减少，在冷却过程中，奥氏体转变为细小的珠光体和铁素体，而未被溶入奥氏体铁素体不发生转变，可见，重结晶过程是不完全的，该区又称不完全重结晶区。部分相变区金属随着温度的升高晶粒略有长大，其晶粒的大小不均匀，而且相互混杂在一起，成为焊接接头强度最低的部位。（4）再结晶区再结晶区金属加热的温度为500AC1，对经过冷塑性变形而产生碎晶和晶格扭曲缺陷的基本金属，在该区的加热温度范围会发生再结晶过程，再结晶的结果，晶粒重新稍有长大，塑性稍有改变，对于无冷塑性变形的金属则不发生任何变化。由上可知，低碳钢焊接接头性能受到近缝区影响最大的是过热区，除正火区外，其它各区都有不同程度的不良影响。热影响区的宽度取决于焊件的最高温度分布、焊接规范、焊接方法、焊件大小及厚薄、接头型式等。如焊接方法对热影响区的宽度影响：在正常规范下，钨极氩弧焊约为1.5mm，埋弧焊约为2.5mm，手工电弧焊约为6mm，电渣焊约为25mm，气焊约为27mm。热影响区的宽窄对焊接接头性能是有影响的，热影响区越窄，焊接产生的应力越大，越容易产生焊接裂纹；热影响区越宽，内应力越小，变形越大，但对于常用焊接结构，单纯的焊接应力还不足以形成裂纹，因此总希望热影响区越小越好。2合金钢焊接接头热影响区的组织和性能焊接时合金钢和低碳钢一样，热影响区被加热到高温，然后冷却，使各区段都有加热和冷却的过程，一般淬硬倾向小的普通低合金钢，其热影响区的组织特征和性能变化与低碳钢相似，而淬硬倾向大的合金钢热影响区将会出现马氏体等组织，其硬度高，脆性大，易开裂。易淬火钢的焊接接头热影响区可分为三个区段：1）淬火区淬火区是被加热到1100以上的金属部位，该区金属在冷却时，高碳当量的奥氏体转变为马氏体，室温下其组织是硬而脆的马氏体。2）不完全淬火区该区被加热在AC1至AC3之间的温度范围内，冷却时其金属部分奥氏体转变为马氏体，未转变的铁素体保留下来，室温时是马氏体加粗大的铁素体。3）回火区该区被加热到AC1以下温度，并紧邻AC1温度区，焊接热循环对这个部位的影响相当于热处理中的回火作用，室温下其显微组织为回火的索氏体或回火屈氏体。从上述三个区段来说，易淬火钢接头热影响区出现的淬硬组织对焊接质量是不利的，对此必须采取预热和热处理工艺措施，调节焊接时的热循环，清除硬化组织，改善接头性能。3不锈钢焊接接头热影响区的组织与性能奥氏体不锈钢热影响区可划分为：过热区、相脆化区和敏化区三个部分；铁素体不锈钢热影响区可划分为：过热区、相脆化区和475脆性区三个部分。1）过热区该区被加热的温度在11001500之间，不锈钢在加热和冷却过程中不发生相变，因此该区金属无论是高温还是室温，均为奥氏体或铁素体，由于温度很高，接近熔点，晶粒长大严重，温度越高，高温时间越长，晶粒越粗大，严重的晶粒长大使金属塑性和韧性下降2）相脆化区这个区段被加热的温度在650850之间，在这一温度范围时如停留的时间长，铁素体不锈钢就析出一种脆性相-相，一些奥氏体不锈钢在一定的条件下也可能析出相，相的析出，割断了晶间的联系，相本身又是硬而脆的，所以金属塑性和韧性下降的厉害，使抗腐蚀能力也有所下降。3）敏化区敏化区的加热温度在450850之间，金属在该温度区间停留一定时间后，奥氏体不锈钢中的碳和铬在晶粒边界形成碳化铬（Cr23C6），使晶界处奥氏体贫铬，从而失去抗晶间腐蚀的能力。4）475脆性区这个区的加热温度在400600之间，在该温度区间停留一定时间后，铁素体不锈钢的硬度显著提高，冲击韧性显著下降，因此把钢在这个温度停留一定时间后而引起硬度提高、塑性和韧性下降的现象称为475脆性区从上可知：相脆化区、敏化区、475脆性区是在一定条件下（焊接热循环）才出现的，因此只要焊接规范适当是可以避免的，其关键在于控制温度的存在时间，希望越短越好，这就需要通过焊接规范的掌握来实现，采用小规范、快速冷却等工艺措施，不使焊件温度过高。第五节第五节影响焊接接头性能的因素及影响焊接接头性能的因素及其处理方法其处理方法影响焊接接头性能的主要因素有焊接材料、结构特征、坡口型式、焊接工艺、操作方法、焊接规范和焊后热处理等。一、焊接材料的选择焊接材料的选择首先应以基本金属的化学成分和性能为前提，根据结构和接头的刚性、材料的焊接特点、焊接过程本身的特点等要求来进行，一经确定，不得随意用其他材料代用，更不能错用，因为焊焊条条焊焊丝丝是是决决定定焊焊缝缝性性能能的的主主要要因因素素。焊条焊丝的选用主要从以下几方面考虑：1）焊条、焊丝的化学成分和性能要与基本金属的化学成分和性能相当，焊接工艺性能良好。2）对耐热钢和不锈钢的焊接，为保证焊接接头的高温性能和抗腐蚀性能，焊条、焊丝的化学成分应与基本金属的化学成分大致相同，对于18-8（18Cr-9Ni）型奥氏体不锈钢的焊接，为提高抗裂性能，应选用含有少量铁素体形成元素的焊接材料，以获得奥氏体加少量铁素体的双相组织焊缝。3）等强原则。一般情况下，考虑到焊接过程的一些可能工艺缺陷，所选用的焊接材料，其抗拉强度应略高于基本金属，但对某些有再热裂纹倾向的钢种，或外拘束度大的焊接结构，为了提高焊接接头在消除应力时的蠕变塑性，焊接材料的抗拉强度以稍低于基本金属为宜。4）对重要结构和高温高压容器及管道的焊接，为减少接头的冷裂纹倾向，应采用低氢型碱性材料。5）在异种钢焊接时，因基本金属与焊缝金属的化学成分差异较大，需要考虑熔合线的特点，其焊接材料的选用原则是：当焊缝两侧基本金属均非奥氏体不锈钢时，可选用成分与低合金一侧相配或介于两者之间的焊条或焊丝，当焊缝两侧之一为奥氏体不锈钢时，可选用含镍量较高的不锈钢焊条或焊丝，如奥307、奥407等。二、线能量对焊接接头性能的影响线能量是指焊接过程中，单位长度的焊缝上所能得到的热能量，这种热能量就是电弧的热能或火焰的热能，线能量是由焊接规范确定的。它的大小对焊接接头影响是很明显的。当采用小规范时，如小电流、高焊速等可以减小热影响区的宽度，减少晶粒长大倾向，排除过热组织的危害，提高焊缝的塑性和韧性，但对某些重要的焊接接头，能量大些有利于氢的逸出，减少冷裂纹的倾向。所以线能量的大小，对每一种焊接方法具有一个最佳的规范，如不照这个最佳规范进行焊接，可能导致接头性能变差。三、操作方法的影响操作方法的区分，有单道焊和多层多道焊（包括焊道布置和焊接次序），在手工焊时有小电流、快速、不摆动焊和大电流、慢焊速、摆动焊法等。这些操作方法对焊缝性能有如下的影响：1单道大功率慢速摆动焊法的特点是焊接线能量大，操作时在坡口两侧的高温停留时间长，热影响区加宽、接头晶粒粗化，塑性和韧性降低，同时杂质元素的偏析易集中在焊缝中心，有导致热裂纹的可能，2多层多道小电流、快速小摆动焊法的特点是线能量小，这种焊法热影响区窄，接头晶粒较细，塑性和韧性较好，杂质元素分布弥散，有害作用小。3多层多道焊更为突出的优点是后焊焊道对前一焊道及热影响区起热处理作用。在AC3以上再加热区发生重结晶，形成细小的等轴晶，该区金属的塑性和韧性得到较好的改善，在回火温度的再加热区，当焊缝及过热区有淬硬组织时，因回火的作用可以得到回火组织，使淬硬部分强度和硬度下降，塑性和韧性提高，从而使接头的综合性能比较良好。4焊道布置与坡口尺寸对不锈钢抗刃状腐蚀能力的影响在不锈钢中，如果焊接操作方法、次序及坡口尺寸等不当会在熔合线及过热区产生刃状腐蚀，因为在焊接高温中，熔合线与过热区超过1300时，钛和铌的碳化物便会溶解，其碳的扩散速度比钛或铌快得多，首先扩散到晶界处，快速冷却后的组织晶内含钛、铌多，晶界含碳多，若再次加热到敏化温度范围时，晶界的碳与铬迅速形成碳化铬，而钛、铌来不及扩散到晶界起稳定作用，因此晶界贫铬造成了刃状腐蚀的条件。如果在坡口设计上和操作方法上予以注意可以改善接头的刃状腐蚀能力，在多层多道焊缝、断弧接头处应控制焊缝的形状、尺寸和线能量，使敏化温度区与熔合线和过热区不在焊缝表面相交。四、预热和焊后热处理对焊接接头性能的影响预热和热处理是改善焊接热循环的主要手段之一，它们可以获得预想的焊接接头力学性能。1预热预热就是在施焊前对焊件坡口区预先加热到某一温度范围（150300），并保持这个温度而进行的工艺过程。预热的目的是改善金属材料的焊接性，焊件在预热温度范围内，可降低焊接接头区域的温差，减小焊接热影响区的淬硬倾向，有利于焊缝中氢的逸出，降低焊缝中的含氢量，防止各类裂纹（热裂纹、冷裂纹、再热裂纹）的产生。2焊后热处理把焊态的焊接接头均匀加热到一定温度并经过一段恒温时间，然后以一定的速度冷却下来的工艺过程称为焊后热处理。焊后热处理的方法主要有高温回火、降低应力退火、正火加回火。焊焊后后热热处处理理能能使使焊焊缝缝中中的的应应力力得得到到松松驰驰，降降低低焊焊接接残残留留应应力力峰峰值值，使使焊焊接接接接头头淬淬硬硬组组织织软软化化，含含氢氢量量降降低低，同同时时提提高高焊焊接接接接头头耐耐腐腐蚀蚀性性能能、冲冲击击韧韧性性和和蠕蠕变变强强度度等。等。焊后热处理与后热和消氢处理的概念不同，消氢处理和后热是焊接以后立即对焊件的全部或局部进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施。它们可以降低焊缝中的含氢量，一般加热温度为200400，不能改善焊接接头的金属组织。预热和热处理对焊接接头性能的改善具有明显的作用，但增加了焊接工艺的复杂性，而且若其规范和方法不当，反而使焊接接头性能变差，因此不是所有焊接接头都要采取预热或焊后热处理措施，它们的应用应根据焊接金属的性能、结构刚性、应力状态等因素综合考虑，预热与否，还要考虑施焊的环境温度，环境温度越低，越应考虑采用预热措施，对碳当量小的金属，焊接时，一般不需要采取预热措施，对碳当量大的、结构刚性大的金属则都要进行焊前预热，对焊后热处理的问题也以同样的原则考虑。：谢谢大家！结结 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