焊接冶金基礎(chǔ)（蘆鳳桂）

1、上節(jié)內(nèi)容回顧,焊接熱傳導(dǎo)的基本方式 焊接熱循環(huán)主要參數(shù)及特點 作用在熔滴上的力 熔滴過渡形式 熔渣的作用 熔渣堿度,2.焊接冶金基礎(chǔ)II,蘆鳳桂,內(nèi)容簡介,2.3 有害元素對焊縫金屬的作用 焊接區(qū)氣體：氫、氮、氧及其化合物對焊縫金屬的作用 雜質(zhì)元素：硫、磷等對焊縫金屬的作用 2.4 焊縫金屬的合金化 2.5 焊接接頭的組織與性能,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,焊接區(qū)氣體：氫、氮、氧及其化合物對焊縫金屬的作用 雜質(zhì)元素：硫、磷等對焊縫金屬的作用 2.3.1 氫對焊縫金屬的作用 氫的來源：主要來自焊條藥皮或焊劑中的有機物、結(jié)晶水或吸附水、焊接和焊絲表面上的污染物、空氣中的水分。 氫與焊縫金屬的作

2、用 氫在金屬中的溶解： 能形成穩(wěn)定化合物的金屬( Zr、Ti、V、Ta、Nb)：溶解氫的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，吸氫量隨溫度的升高而降低； 不形成穩(wěn)定化合物的金屬(Al、Fe、Ni、Cu、Cr、Mo)：溶解氫的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，焊縫金屬溫度越高，吸氫量越大；,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,氫的溶解途徑：氣體保護(hù)焊時通過氣相與液態(tài)金屬的界面以原子或質(zhì)子的形式溶入金屬；電渣焊時氫通過熔渣層溶入金屬；手工焊和埋弧焊兼而有之。 氫的溶解度：隨著溫度的升高氫在不形成穩(wěn)定化合物的金屬中溶解度增大；氫在fcc的奧氏體中的溶解度大于bcc的鐵素體；,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,氫在焊縫金屬中的擴散 在鋼焊縫中，氫

3、以H、H、H形式存在，與焊縫金屬形成間隙固溶體。 擴散氫：氫的原子和離子半徑很小，在焊縫金屬的晶格中自由擴散的氫； 殘余氫：擴散聚集到金屬的晶格缺陷、顯微裂紋和非金屬夾雜物邊緣的空隙中，結(jié)合為氫分子，氫的半徑增大，不能自由擴散。 氫的擴散和分布是一個比較復(fù)雜的問題： 氫濃度引起的擴散； 溫度分布不均勻各部位氫濃度與飽和濃度差不同引起的擴散； 點陣結(jié)構(gòu)不同引起的相變誘導(dǎo)擴散。,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,氫對焊接質(zhì)量的影響 氫氣孔：熔池吸收大量的氫，結(jié)晶時溶解度突然下降，使氫出于過飽和狀態(tài)，促使2H=H2不溶于金屬，形成氣泡。 白點：焊縫金屬斷面出現(xiàn)銀白色圓形脆斷點，白點中心有夾雜或氣孔，白

4、點使焊縫金屬的塑性大大下降。 氫脆：氫在室溫附近使鋼的塑性嚴(yán)重下降的現(xiàn)象，氫脆是溶解在金屬晶格中的氫引起的，拉伸過程中位錯運動造成空腔氫在此聚集為氫分子，造成高壓力阻礙塑性變形，氫含量越高，脆化傾向越大。 冷裂紋:擴散氫是導(dǎo)致焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋的重要因素。,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,控制氫的措施 主要控制氫的來源 限制焊接材料中的含氫量，清除氣體介質(zhì)中的水分，清除焊件及焊絲表面上的油污、雜質(zhì)。 冶金處理 通過焊接材料的冶金作用，使氣相中的氫轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的氫化物、降低氫的分壓，減少氫在焊縫金屬中的溶解；增加氣相中的氧化性，降低氫的分壓。,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,控制焊接工藝參數(shù) 焊條

5、電弧焊時，焊接電流增加使熔滴變細(xì)，增大了氫向熔滴金屬溶解的可能性，由于電流增大，電弧和熔滴溫度升高，引起氫和水蒸氣分解度增大使熔滴吸氫量增加。 氣體保護(hù)焊時，當(dāng)電流超過臨界值，熔滴轉(zhuǎn)變?yōu)樯淞鬟^渡，這時熔滴溫度接近金屬沸點、金屬蒸汽急劇增大而氫分壓顯著降低，熔滴過渡頻率高，速度快與空氣接觸時間短，可減少熔滴的含氫量。 直流正接，H向熔滴溶解，焊縫中的氫含量高。 焊后脫氫處理：焊后加熱到一定溫度，使得焊接接頭中的氫通過擴散方法從金屬中溢出，從而降低焊接接頭中的含氫量。,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,2.3.2 氮對焊縫金屬的作用 氮的來源及與焊縫金屬的作用： 氮的主要來源是空氣，焊接區(qū)一旦受到空

6、氣侵入，便會發(fā)生氮與金屬作用。有些金屬如Cu、Ni、Ag等與氮不發(fā)生作用，即使在高溫熔化狀態(tài)也不溶解氮或生成氮化物。因此焊接這類金屬時，可用氮作為保護(hù)氣體。 Fe、Ti、Mn、Cr等金屬既能溶解氮，又能形成穩(wěn)定的氮化物。因此焊接這類金屬及其合金時 必須防止焊縫金屬的氮化。 氮對焊接質(zhì)量的影響 氮氣孔： 由于液態(tài)金屬在高溫時可溶解大量的氮，而凝固結(jié)晶時氮的溶解度突然下降，致使過飽和的氮以氣泡形式從熔池中逸出。如果焊縫金屬結(jié)晶速度大于氮逸出的速度時就形成氣孔。 降低焊縫韌性、塑性、提高強度：形成間隙固溶體，晶格畸變使得強度提高，塑性、韌性降低；形成氮化物，硬脆的氮化物顯著降低塑性、韌性； 時效脆化

7、：在焊接快速加熱、冷卻過程中，金屬中溶解了過飽和的固溶體，隨著時間推遲，過飽和氮以針狀的Fe4N析出，導(dǎo)致焊縫金屬塑性、韌性持續(xù)下降（時效脆化）。,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,控制氮的措施 加強對焊接區(qū)的保護(hù)：由于氮來源于空氣，所以控制氮的主要措施是加強對焊接區(qū)的保護(hù)，防止空氣與液態(tài)金屬發(fā)生作用。對焊接區(qū)通常的保護(hù)措施有：氣體保護(hù)、熔渣保護(hù)、氣渣聯(lián)合保護(hù)、真空保護(hù)等。 選擇合理的焊接規(guī)范：采用直流反接，減少氮離子向熔滴溶解；短弧；適當(dāng)增加電流，加快熔滴過渡頻率減少焊縫金屬中氮含量； 控制材料成分 加入Ti、Zr、Al和稀土元素脫氮，適當(dāng)增加焊絲藥皮中的含碳量，使得熔池沸騰利于氮的逸出，碳氧

8、化生成CO、CO2，降低氮分壓（含碳量過高會增加焊縫金屬淬硬傾向影響強度和韌性）。,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,2.3.3氧對焊縫金屬的作用 氧的來源：電弧中的氧化性氣體（CO2、O2、H2O），空氣，焊材與焊件的鐵銹、水分等。 氧與焊縫金屬的作用： 不能溶解氧，但焊接時發(fā)生激烈氧化的金屬Mg、A1等； 能有限地溶解氧，焊接時也發(fā)生氧化的金屬如Fe、Ni、Cu、Ti等。這類金屬氧化后生成的氧化物能溶解于相應(yīng)的金屬中。 氧的溶解：通常以原子氧和氧化亞鐵(FeO)兩種形式溶于液態(tài)鐵中。氧的溶解度隨溫度的升高而增大。焊縫金屬中的氧主要以氧化物(FeO、SiO、MnO等)和硅酸鹽夾雜物存在。 焊縫

9、金屬的氧化： 氧化性氣體對焊縫金屬的氧化,熔渣對焊縫金屬的氧化 擴散氧化：FeO由熔渣向焊縫金屬擴散而使焊縫增氧的過程稱為擴散氧化(FeO)=FeO。 分配系數(shù)：L=(FeO)/FeO 影響因素：熔渣的酸堿度、熔渣的溫度和熔渣氧化鐵含量 置換氧化：焊縫金屬與熔渣中易分解的氧化物發(fā)生置換反應(yīng)而被氧化的過程稱為置換氧化。 焊件表面氧化物對金屬的氧化 焊件表面的鐵銹和氧化皮在電弧高溫作用下將發(fā)生分解，并與鐵作用,(酸性熔渣),（堿性熔渣）,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,氧對焊接質(zhì)量的影響 降低焊縫金屬的強度、硬度、塑性，降低沖擊韌性； 引起焊縫金屬的熱脆、冷脆及時效

10、硬化，提高脆性轉(zhuǎn)變溫度； 降低焊縫金屬的物理和化學(xué)性能，如降低導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和抗腐蝕性等； 產(chǎn)生氣孔，熔池中的氧與碳反應(yīng)，生成不溶于金屬的CO； 燒損焊接材料中的有益合金元素，使焊縫性能變壞； 產(chǎn)生飛濺，影響焊接過程的穩(wěn)定性。 控制氧的措施 嚴(yán)格限制氧的來源 采用不含氧或低氧的焊接材料 控制焊接工藝規(guī)范 短弧焊、保護(hù) 脫氧處理,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,焊縫金屬的脫氧 脫氧處理是通過在焊接材料中加入某種對氧親和力較大的元素，使其在焊接過程中奪取氣相或氧化物中的氧，減少焊縫金屬的氧含量。 用于脫氧的元素稱作脫氧劑。選擇原則： 在高溫下對氧的親和力比被焊金屬大； 脫氧后的產(chǎn)物應(yīng)不溶于金屬，熔

11、點低，密度小，易浮出； 對金屬的性能及焊接工藝性無害。 脫氧措施 先期脫氧：在藥皮或藥芯加熱階段發(fā)生的脫氧反應(yīng)，稱為先前脫氧。先期脫氧的目的控制電弧氣氛中的氧化性，減少金屬的氧化 酸性焊條的先期脫氧 CaCO3=CaO+CO2 MgCO3=MgO+CO2 CO2+Mn=MnO+CO 藥皮加熱階段溫度低，反應(yīng)時間短，先期脫氧不完全,堿性焊條的先期脫氧 CaCO3=CaO+CO2 2CO2SiSiO22CO 2CO2TiTiO22CO,2.3有害元素對焊縫金屬的作用,沉淀脫氧：利用溶解在熔滴和熔池中的脫氧劑與FeO和O直接反應(yīng)，把鐵還原，脫氧產(chǎn)物轉(zhuǎn)入熔渣而被清除。沉淀脫氧的主要對象是液態(tài)金屬中的F

12、eO。 酸性焊條的沉淀脫氧 脫氧劑：錳鐵，脫氧效果好 FeO+Mn=Fe+(MnO) 采用硅錳聯(lián)合脫氧，其脫氧產(chǎn)物熔點低、密度小，有利于消除夾渣； Mn/Si37時，脫氧產(chǎn)物顆粒大，熔點低，脫氧效果好。 擴散脫氧：發(fā)生在熔池與熔渣的界面，使熔池中的FeO擴散到熔渣(FeO既溶于熔池又溶于熔渣)從而降低焊縫含氧量的過程稱為擴散脫氧。 FeO=(FeO) 熔渣中的FeO活度越低，擴散脫氧效果越好； 熔池的攪拌作用有利于擴散脫氧。,堿性焊條的沉淀脫氧 脫氧劑：硅鐵、鈦鐵 Si+2FeO=2Fe+(SiO2) Ti+2FeO=2Fe+(TiO2),2.3有害元素對焊縫金屬的作用,2.3有害元素對焊縫金

13、屬的作用（S、P）,焊縫中硫、磷的危害及脫除 硫、磷的來源:來源于母材、焊絲、焊條、藥皮或焊劑的原材料。 硫、磷的危害： 硫的危害 硫在鋼中主要以FeS和MnS形式存在， FeS的危害性最大，它與液態(tài)鐵幾乎無限固溶，室溫時在固態(tài)鐵中的溶解度很小，熔池凝固時S容易偏析，以低熔點共晶形式呈片狀或鏈狀分布于晶界，增加了焊縫金屬結(jié)晶裂紋的傾向，同時還會降低沖擊韌度和抗腐蝕性；鋼中含有Ni時S的有害作用嚴(yán)重，硫與鎳形成NiS，與Ni形成熔點更低的共晶，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向更大；當(dāng)鋼焊縫中含碳量增加時，會促進(jìn)S的偏析，增加了硫的危害性。 磷的危害：磷在液態(tài)鐵中的溶解度很大，并以Fe2P和Fe3P的形式存在，

14、磷在固態(tài)鐵中的溶解度很小，磷與鐵和鎳可形成低熔點共晶，當(dāng)熔池快速凝同時，磷容易發(fā)生偏析，磷化鐵常分布于晶界，減弱了晶粒間的結(jié)合力，而且它本身既硬又脆。增加了焊縫金屬的冷脆性，沖擊韌度降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。,2.3有害元素對焊縫金屬的作用（S、P）,硫的控制 限制焊接材料中的含硫量：焊縫中的S來自焊絲、藥皮和焊劑。母材含硫量一般較低，所以必須限制焊焊絲、藥皮和焊劑中的含硫量，盡量選擇含硫量低的原材料，必須使用含硫量過高的材料時，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行處理，如采用焙燒的辦法使其降低到要求范圍內(nèi)； 冶金脫硫：選擇對硫親和力比鐵大的元素進(jìn)行脫硫， 元素脫硫：最常用的脫硫劑是錳，其脫硫反應(yīng)為FeS+Mn=(MnS

15、)+Fe， 熔渣脫硫：FeS+(MnO)=(MnS)+FeO，F(xiàn)eS+(CaO)=(CaS)+FeO，F(xiàn)eS+(MgO)=(MgS)+FeO 磷的控制 限制用于制造焊條藥皮、藥芯或焊劑中所用原材料的含磷量； 冶金脫磷： 2Fe3P+5(FeO)=P2O5+11Fe P2O5+3(CaO)=(CaO)3.P2O5 2Fe2P+5(FeO)=P2O5+9Fe P2O5+4(CaO)=(CaO)4.P2O5 堿性渣不允許含有較多的FeO否則使焊縫增氧，不利于脫硫； 酸性渣雖含有一定的FeO 有利于磷的氧化,但因堿度低,其脫磷能力不如堿性渣； 酸性熔渣脫硫比堿性好，堿性熔渣脫磷比酸性好； 焊接時脫磷比

16、脫硫更難，控制焊縫的含磷量應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格限制焊接材料中的含磷量.,2.4 焊縫金屬的合金化,焊縫金屬的合金化(合金過渡)：通過焊接材料向焊縫金屬過渡一定合金元素的過程。 焊縫金屬合金化的目的 補償焊接過程中合金元素的燒損造成的損失； 消除焊接工藝缺陷，改善焊縫的組織與性能，例如：加入Mn消除結(jié)晶裂紋，加入Ti、Al、B、Mo等細(xì)化晶粒，提高塑性、韌性； 獲得具有特殊性能的堆焊金屬，例如提高耐磨、耐蝕性加入Cr、Mo等元素。,2.4 焊縫金屬的合金化,合金化的方式： 通過填充金屬過渡：在冶煉填充金屬時就把所需的合金元素加入，然后根據(jù)焊接工藝要求軋制成實心絲狀、帶(板)狀，把合金元素過渡到焊縫或堆焊層中

17、去，焊縫成分均勻，損失少，成本高； 通過藥皮、藥芯或焊劑過渡： 把所需要的合金元素以鐵合金或純金屬粉末，通常稱為合金劑加入到藥皮、藥芯或焊劑中。這種方法的優(yōu)點是合金成分的配比可以任意調(diào)整，因此可以獲得任意成分的焊縫或堆焊金屬，損失大，合金利用率低； 直接用合金粉末涂敷過渡： 把需要的合金元素按比例配制成一定粒度的合金粉末，焊接時把它輸送到焊接區(qū)或直接涂敷在焊件表面或坡口內(nèi)，在熱源作用下與母材熔合后即可形成合金化的堆焊金屬，配調(diào)方便，損失少，但均勻性差；,2.4 焊縫金屬的合金化,合金元素過渡系數(shù) 指焊接材料中的合金元素過渡到焊縫金屬中的數(shù)量與原始含量的百分比。 Cd：某元素在熔覆金屬中的濃度，

18、Ce：某元素的原始濃度 影響因素： 合金元素的物理化學(xué)性質(zhì)：合金元素的沸點越低，焊接時的蒸發(fā)損失就越大，其過渡系數(shù)就越??； 合金元素對氧的親和力越大，則越易氧化而損失，過渡系數(shù)就越小，合金元素對氧親和力的順序Cu、Ni、Co、Fe、W、Mo、Cr、Mn、V、Si、Ti、Zr、Al； 合金元素的含量： 隨著藥皮或焊劑中合金元素含量的增加，過渡系數(shù)逐漸增加，最后趨于一個定值；,2.4 焊縫金屬的合金化,合金元素的粒度：粒度越小，表面積越大，與氧作用的機會越多，合金損失就越大。因此，適當(dāng)提高合金元素的粒度可減少因氧化而造成的損失，使過渡系數(shù)增大，但合金元素粒度過大，又會因不易熔化而使殘留損失增大，過

19、渡系數(shù)反而減?。?藥皮或焊劑的成分： 氧化損失是導(dǎo)致合金過渡系數(shù)下降的主要原因之一，如果在藥皮及焊劑中增加高價氧化物，不但使氣相的氧化性增大，也使熔渣的氧化性增大，其結(jié)果導(dǎo)致過渡系數(shù)減小，當(dāng)其他條件相同時，如果合金元素的氧化物與熔渣的酸堿性相同時，則有利于提高過渡系數(shù)，如果性質(zhì)相反，則降低過渡系數(shù)。,2.5 焊接接頭的組織與性能,焊接接頭組成：焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)。 2.5.1 熔池的凝固與焊縫金屬的固態(tài)相變 隨著溫度下降，焊縫金屬發(fā)生由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過程，并在繼續(xù)冷卻中發(fā)生固態(tài)相變。熔池的凝固與焊縫的固態(tài)相變決定了焊縫金屬的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、組織和性能。 熔池的凝固： 焊縫金屬的一次結(jié)晶：焊

20、縫金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過程即焊縫金屬晶體結(jié)構(gòu)的形成過程。 凝固的必要條件：液態(tài)金屬具有一定的過冷度（理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差值）,2.5 焊接接頭的組織與性能,1.熔池凝固的特點： 熔池體積小,冷卻速度大,平均冷卻速度4100/s,比鑄錠大幾百到上萬倍； 熔池中液態(tài)金屬處于過熱狀態(tài)，合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，形核質(zhì)點減少，促使焊縫得到柱狀晶； 熔池是在運動狀態(tài)下結(jié)晶。熔池運動，有利于氣孔、夾雜排出，提高焊縫質(zhì)量。 熔池內(nèi)存在溫度梯度，熔池各處的粘度不同，電弧吹力的機械攪拌作用在熔池的各部位大小不同，因此靠近熔合線處的焊縫金屬與熔池中心的焊縫金屬成分存在差異，且熔池的熔化線作為熔池結(jié)晶的非自

21、發(fā)形核核心。,2.5 焊接接頭的組織與性能,2.熔池凝固過程 熔池結(jié)晶：晶核產(chǎn)生和晶核長大 晶核產(chǎn)生：自發(fā)形核和非自發(fā)形核(主要) 非自發(fā)形核：合金元素或雜質(zhì)質(zhì)點（次要）； 熔化區(qū)附近半熔化狀態(tài)的基本金屬的晶粒表面形核（主要） 熔池晶體的生長方向：朝著與散熱方向相反的方向長大，當(dāng)晶體的長大方向與散熱最快方向一致時，此方向的晶體長大最快。熔池的散熱方向是垂直于熔合線的方向指向金屬內(nèi)部，故晶體的成長方向垂直于熔合線指向熔池中心，形成柱狀晶。 焊縫金屬的一次結(jié)晶從熔合線附近開始形核，以聯(lián)生結(jié)晶的形式呈柱狀向熔池中心長大，得到柱狀晶組織。,2.5 焊接接頭的組織與性能,焊縫金屬的化學(xué)不均勻性 偏析：熔

22、池結(jié)晶過程中，冷卻速度快，已凝固的焊縫金屬中化學(xué)成份來不及擴散，導(dǎo)致合金元素分布不均勻的現(xiàn)象。偏析影響焊縫性能同時會誘導(dǎo)裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。 偏析分類：顯微偏析、區(qū)域偏析和層狀偏析 顯微偏析：在一個晶粒內(nèi)部和晶粒之間化學(xué)成份不均勻的現(xiàn)象。先結(jié)晶晶粒金屬最純，后結(jié)晶部分合金元素和雜質(zhì)偏高，最后結(jié)晶部分合金元素和雜質(zhì)最高。 影響因素： 金屬的化學(xué)成分：金屬的化學(xué)成分不同，結(jié)晶區(qū)的大小就不同，合金元素含量越高，結(jié)晶區(qū)間越大，越容易產(chǎn)生顯微偏析。 例如：低碳鋼焊接時結(jié)晶區(qū)間小，偏析不嚴(yán)重； 高碳鋼、合金鋼焊接時，結(jié)晶區(qū)間大，偏析嚴(yán)重，造成熱裂紋等缺陷，熱處理消除顯微偏析。,2.5 焊接接頭的組織與

23、性能,區(qū)域偏析：熔池結(jié)晶時，柱狀晶體不斷長大和推移把雜質(zhì)推向熔池中心，造成熔池中心雜質(zhì)含量高的現(xiàn)象。 影響因素：焊縫端面形狀 窄而深的焊縫，區(qū)域偏析在焊縫中心，易形成熱裂紋； 寬而淺的焊縫，雜質(zhì)聚集在焊縫上部，具有較強的抗熱裂紋能力，對于厚度大的鋼板，多層多道焊比一次深熔焊，產(chǎn)生熱裂紋的傾向?。?火口偏析：焊縫末端的弧坑處，雜質(zhì)聚集，易引發(fā)火口裂紋。 層狀偏析：熔池金屬流動和熱量傳導(dǎo)具有脈動性及潛熱造成晶粒成長速度周期性增加和減少，晶體長大速度的變化引起結(jié)晶前沿液體金屬中雜質(zhì)濃度的變化而形成的周期性偏析現(xiàn)象。會造成性能不均勻，產(chǎn)生裂紋和層狀分布的氣孔。 焊縫金屬的固態(tài)相變 二次結(jié)晶：焊縫金屬的

24、固態(tài)相變過程稱為焊縫金屬的二次結(jié)晶。組織取決于焊縫金屬的化學(xué)成份和冷卻速度。 例如：低碳鋼組織FP，冷卻速度越大，P含量越多，強度、硬度增加塑性,2.5 焊接接頭的組織與性能,2.5.2 熔合區(qū)的組織和性能 熔合區(qū)： 焊接接頭中焊縫與母材交界的過渡區(qū)，即熔合線處微觀顯示的母材半熔化區(qū)，范圍很窄。 熔合區(qū)特點： 最高加熱溫度在固、液相線之間，焊接時部分金屬被熔化，通過擴散方式使液態(tài)金屬與母材金屬結(jié)合在一起； 熔合區(qū)化學(xué)成分不同于焊縫和母材； 熔合區(qū)靠近母材一側(cè)為過熱組織，晶粒粗大，塑性、韌性較低； 母材與焊縫化學(xué)成分及熱物理性能差異大時，此處有較大的熱應(yīng)力和淬硬組織。 總之，熔合區(qū)是產(chǎn)生裂紋、發(fā)

25、生局部脆性破壞的危險區(qū)，是焊接接頭中的薄弱環(huán)節(jié)。,2.5 焊接接頭的組織與性能,2.5.3 焊接熱影響區(qū)的組織和性能 熱影響區(qū)：焊接過程中母材因受熱的影響但未熔化而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。 焊接加熱時組織轉(zhuǎn)變 加熱溫度高：最高溫度近熔點，熱處理加熱一般高于Ac3 加熱速度快：熱源集中，比熱處理大幾十倍到幾百倍； 高溫停留時間短 局部加熱 相變溫度升高：鋼加熱溫度超過A1是將發(fā)生P、F向A轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過程是擴散重結(jié)晶過程，需要一定的時間，因焊接快速加熱，相變過程來不及在理論相變溫度完成，使相變溫度提高，加熱速度越快，相變溫度升高越多。 影響奧氏體均質(zhì)化程度：奧氏體均質(zhì)化過程屬于擴散過程，

26、加熱速度快，停留時間短，奧氏體均質(zhì)化程度下降。,2.5 焊接接頭的組織與性能,焊接熱影響區(qū)冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變,2.5 焊接接頭的組織與性能,焊接熱影響區(qū)的組織和性能 不易淬火鋼熱影響區(qū)的組織和性能：不易淬火鋼有低碳鋼和低合金高強鋼等，其熱影響區(qū)分為過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)和再結(jié)晶區(qū) 過熱區(qū)：加熱溫度11001490，奧氏體晶粒嚴(yán)重長大，冷卻后晶粒粗大，塑性低，沖擊韌性低，是熱影響區(qū)薄弱環(huán)節(jié)； 正火區(qū)：加熱溫度高于Ac3以上3050 ，該區(qū)F和P全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳，空冷后得到細(xì)小FP，該區(qū)為相變重結(jié)晶區(qū)（細(xì)晶區(qū)），具有較好的塑性和韌性，HAZ中性能最好。 部分相變區(qū)：加熱溫度Ac1Ac3，P和部分F

27、轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小A，仍留有部分F，冷卻時A轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小FP，剩余F長大粗化，力學(xué)性能不均勻，不完全重結(jié)晶區(qū)。 再結(jié)晶區(qū)：冷變形的母材發(fā)生再結(jié)晶，加工硬化消除。,易淬火鋼熱影響區(qū)的組織和性能：易淬火鋼有中碳鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼等。熱影響區(qū)組織分布與母材焊前的熱處理狀態(tài)有關(guān)。母材焊前是退火或正火狀態(tài)，熱影響區(qū)分為完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)；母材焊前是調(diào)質(zhì)狀態(tài)則熱影響區(qū)多一個回火區(qū)。 完全淬火區(qū)：加熱溫度超過Ac3以上的區(qū)域，淬火組織為M，靠近焊縫粗大M，遠(yuǎn)離焊縫細(xì)小M，大E會出現(xiàn)B，故其強度高，硬度高、塑性、韌性下降； 不完全淬火區(qū)：加熱溫度在Ac1Ac3之間的區(qū)域，奧氏體快冷轉(zhuǎn)變?yōu)镸，殘余F不同程度長大，組織MF，組織性能不均勻，塑性、韌性下降； 回火區(qū)：加熱溫度低于Ac1的區(qū)域，回火溫度越高，強度下降越多。,2.5 焊接接頭的組織與性能,2.5 焊接接頭的組織與性能,熱影響區(qū)尺寸： 熱影響區(qū)越窄，焊接接頭應(yīng)力越大，越容易出現(xiàn)裂紋； 熱影響區(qū)越寬，變形越大。 在焊接生產(chǎn)中，應(yīng)力不產(chǎn)生裂紋的情況