焊接热影响区的组织和性能

*,第四章 焊接热影响区组织和性能,焊接冶金学,第四章,焊接热影响区组织,和性能,1,第四节 焊接热力模拟试验方法的特点,第一节 焊接热循环,第二节 焊接热循环条件下的金属,组织转变特点,第三节 热影响区组织和性能,第四章 焊接热影响区组织和性能,2,重点内容:,1)焊接热循环的主要参数、意义,2)快速加热,连续冷却的金属组织转变特点,3),CCT,图的应用,4)热影响区的划分方法,5)不易淬硬钢及淬硬钢的焊接热影响区分布和组织转变,3,4,5,4-1 焊接热循环,焊接热循环,:在焊接热流作用时,焊件上某一点,P,的温度随时间的变化过程叫作,焊接热循环.,一.焊接热循环的主要参数,1.加热速度(,W,H,),2.,加热的最高温度(,T,m,),3.,在相变温度以上的停留时间(,t,H,),4.,冷却速度(,W,c,),或冷却时间,6,二.特点,1.,加热温度高,:,热处理加热温度以上100-200,2.,加热速度快,:,是热处理加热速度的几十倍甚至几百倍,3.,高温停留时间短,:,手工焊以上停留时间最大20秒,埋弧自动焊时30-100秒。,7,4.,自然冷却,:,热处理可根据要求控制冷却速度或在冷却过程中不同阶段进行保温,焊接时,自然条件下冷却,冷却速度快。,5.,局部加热,:,热处理时,工件是在炉中整体加热,焊接时,局部集中加热,随热源的移动,局部加热地区的范围也移动.由于局部加热产生复杂应力,组织转变是在复杂应力不完成。,8,二、焊接热循环参数的数值模拟,（一）,峰值温度,T,m,的计算,（,二）,相变温度以上停留时间,t,H,的计算,（,三）,瞬时冷却速度,W,c,的,计算,（四）,冷却时间的计算,9,三.多层焊热循环的特点,在实际焊接中,厚板多采用多层焊接,因此,有必要了解多层焊热循环作用特点。,在单层焊时,因为受到焊缝截面积的限制,不能在更大的范围内调整功率和焊速,所以焊接热循环的调整也受到限制。,多层焊比单层焊具有更优越的地方,它是由许多单层热循环联合在一起的综合作用,同时相临焊层之间彼此具有热处理性质.从提高焊接质量而言,多层焊往往易达到要求,10,双道焊和多层焊,HAZ,组织示意图,11,多层焊主要考虑焊道,层数,和,层间温度,。,层间温度：,多层焊时，开始焊接后-焊层时前-层焊道所具有的最低温度即为层间温度。,对后一焊道面言，前一焊道具有预热作用，层间温度相当开预热温度；对前一焊道来说，后一焊道相当开预热温度；对前一焊道来说，后一焊道应该起后热作用，产生一定热处理效果。,本节,结束,12,4-2,焊接热循环条件下的金属组织转变特点,特点：,1.加热温度高,热处理加热温度以上,100200,2.加热速度快:,3.高温停留时间短,4.自然冷却,5.局部加热,13,一,、,快速加热的金属组织转变特点,.加热速度对相变点的影响,焊接时的加热速度很快,各种金属的相变温度发生了很大的变化。,焊接时,由于采用的焊接方法不同,规范不同,加热速度可在很大的范围内变化。,14,.加热速度对均质化影响,加热速度不但对相变点有影响,对,均质化,也有影响,.,.近缝区的晶粒长大,在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使晶粒发,生严重长大,影响焊接接头塑性,韧性,韧性产生,热裂纹,冷裂纹.,15,二.连续冷却时的金属组织转变特点,研究焊热影响区的熔全线附近的情况,这一区域是焊接接头的薄弱地带。,以45钢,、40,C,r,为例,比较焊接条件下和热处理条件下,在相同的冷却速度下组织转变的差异.,16,17,动画,18,1.,CCT,图的建立,:,采用焊热热模拟试验装置来建立某种钢的,CCT,图.,2.,意义,:,在大量钢种出现之前,可预先估计热影响区的组织性能,或作为制定工艺,焊接线能量的依据.,3.,CCT,图的应用,:,通过,CCT,图可得到在不同的冷却速度下的组织,即估计组织,.,三.连续冷却组织转变图的应用,19,20,21,影响,CCT,图的因素有,(一)母材化学成分,(二)冷却速度,(三)峰值温度,(四)晶粒粗化,(五)应力应变,本节,结束,22,4-3,焊接热影响区的组织和性能,一.焊接热影响区的组织分布,焊接结构钢根据热处理特性不同分为两类:淬火钢,不易淬火钢,分别讲述淬火钢和不易淬火钢的组织分布.,1.不易淬火钢:,如低碳钢,某些不易淬硬的低合金钢,如,16,Mn,.15MoV.15MnTi,等,23,热影响区的组织分布,1).熔全区,2).过热区,3).相变重结晶区,4).不完全重结晶区,对于低碳钢,一些淬硬倾向不大的钢,(,16,Mn,.15MnTi,等,),除过热区外其它各区组织基本相同,.,低碳钢过热区主要是魏氏组织,W,24,16,Mn,钢,焊接热 影响区,焊缝金属,母材,熔合区,过热 区,不完全重结晶区,25,26,2.,易淬火钢,此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热处理有关焊前热处理.退火,正火,调质(淬火+高回火),1).完全淬火区,2).不完全淬火区,3).对于调质处理的钢(母材焊前处于调质状态)回火区以下,发生不同程度的回火处理回火区.组织性能变化取决于焊前调质状态的温度.,27,3.,注意问题,1).,热影响区中熔合区,过热区晶粒严重长大,是焊接接头的薄弱地带,.,2).,低碳钢的不完全重结晶区,在急冷急热的条件下,会表现出高碳钢的行为,.,3).,成分偏析严重,C.P.S,高时易产生淬硬组织,裂纹.,28,二.焊接热影响区的性能,(一),HAZ,的硬化,硬度,为了方便起见,常常用硬度的变化来判定热影响区的性能变化,硬度高的区域,强度也高,塑性.韧性下降,测定热影响区的硬度分布可以间接来估计热影响区的强度,塑性和裂纹倾向影响硬度的因素,。,29,1)碳当量（,Carbon Equivalent),国际焊接学会,日本焊接学会,近年来常用的公式,30,2),碳当量及冷却时间,t,8/5,与,HAZ,最高硬度,H,max,的,关系,31,32,3）焊接,HAZ,最高硬度的计算公式,(1)国产钢硬度计算公式,当,t,8/5,t,M100,Hmax,=52.0+147.0P,cm,81lg,t,8/5,(2),铃木公式,Hmax,(HV10)=140+1089,P,cm,8.2,t,8/5,33,(二)焊接热影响区的脆化,1)粗晶脆化,产生原因:,合金因素对于不易淬火钢,主要是晶粒长大,形成粗大魏氏组织(,W),易淬火钢,产生脆硬的孪晶,M.,此区处在焊缝与母材的过渡地带,物理化学的不均匀性,。,34,组织脆化,（1）,M-A,组元脆化,（2）析出脆化,（3）遗传脆化,35,36,3）.,HAZ,的热,应变时效脆化,(1)静应变时效脆化,(2)动应变时效脆化,(三),焊接热影响区的韧化,1、母材的原始组织,2、韧化处理,37,（四）调质钢焊接,HAZ,的软化,1、调质钢焊接时,HAZ,的软化,38,2、热处理强化合金焊接,HAZ,的软化,39,（五）焊接,HAZ,力学性能,一般来说，对,HAZ,力学性能的研究主要是从两方面进行：,一方面是研究,HAZ,不同部位的力学性能,另一方面专门研究 熔合区附近的性能.,对于淬硬倾向不大的钢种(如16,Mn,钢)采用焊接热模拟技术，,HAZ,不同部位常规力学性能如下图,40,本节,结束,41,4-4,焊接热力模拟试验方法的特点,一、焊接模拟技术发展的背景,二、焊接模拟技术发展的过程及其现状,三、焊接模拟试验的基本方法点及意义,42,焊接模拟试验的主要参数,1.加热速度(,W,H,),或加热时间,2.,加热的峰值温度(,T,max,),3.,在高温的停留时间(,t,H,),4.,冷却速度(,W,c,),或冷却时间（,t,8/5,）,43,本,章小节,本,章,主要根据低合金高强钢焊接过程中，由于快速不均匀加热和冷却引起热影响区组织性能的变化，进行了系统地讨论，以及对于,焊接热循环和热力模拟试验方法的特点介绍。,44,思考题,1、焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有何影响？,2、低合金钢焊接时，,HAZ,粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时相变有何影响？,3、探讨低合金钢焊接,HAZ,受应力应变时对相变的影响,4、焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变有何不同？,45,5、建立低合金钢,HAZ,最大硬度计算公式有可意义？,6、何谓,HAZ,的热应变时脆性？在焊接工艺上如何防止？,7.如何提高焊接,HAZ,的韧化？在焊接工艺上如何防止？,8.何谓“组织遗传”？受哪些因素影响？如何改善？,9.中碳调质钢焊接,HAZ,软化的机制？应如何改善和控制？,46,本章结束,谢谢观看,47,