焊接物理冶金热影响区PPT精选文档

1,第四章,焊接热影响区,2,3,第一节概述（基本特点）,一、焊接热影响区的形成在焊接过程中，在形成焊缝的同时使其附近的母材经受了一次特殊的热处理，形成了一个组织和性能极不均匀的热影响区，可能成为整个接头的最薄弱环节。焊接热过程特点（局部性、瞬时性、运动性）决定了热影响区热处理的特殊性：（1）加热、冷却速度极快使与扩散有关的过程很难充分进行加热P（非均匀）;冷却B、M（非平衡相）（2）温度场极不均匀不同位置经历了不同的热循环，距焊缝愈近，峰值温度越高，冷却速度愈大。,4,图1-16焊接热循环的参数,5,6,二、影响焊接热影响区的主要因素,1、被焊接金属与合金系统的特点例如:被焊接金属在焊接加热和冷却过程中有无固态相变，有相变的材料其热影响区较复杂，反之较简单。2、焊前母材的原始状态例如:材料焊前冷作硬化或热处理强化，焊后热影响区出现软化；易淬火材料焊前退火，焊后出现淬火的硬化区。3、焊接方法和工艺参数焊接方法（热源能量密度）和工艺参数（线能量、板厚）影响加热速度、高温停留时间、冷却速度等。,7,图41不同焊接工艺下钢材单道焊时热影响区的热循环曲线,1CO2气体保护焊（板厚=1.5mm）2埋弧焊（板厚=8mm）3埋弧焊（板厚=15mm）4电渣焊（板厚=100mm）,8,第二节固态无相变材料的焊接热影响区特点,无固态相变材料包括：纯金属：AlMgCuNiMoW等单相固溶合金：Al-MgCu-Ni等热影响区组织和性能特点与母材原始状态有关：1.焊前母材为冷轧（冷作硬化）状态组织：过热区（粗晶），再结晶区（等轴晶）性能：过热区脆化，再结晶区软化2.焊前母材为热轧或冷轧后退火状态组织：过热区（粗晶）性能：过热区脆化主要焊接性问题：接头过热区脆化,9,图42固态无相变金属和合金的焊接热影响区特点,I过热区II再结晶区,10,11,12,图43X形坡口纯镍焊接热影响区过热组织,a)焊接接头示意图b)二次过热区（a中1区）组织c)一次过热区（a中1区）组织,13,图45冷轧纯铜焊接热影响区组织,a）过热区组织b）再结晶区组织c）冷轧状态的母材组织,14,图44热轧纯铜焊接热影响区组织,a）过热区组织b）热轧状态的母材组织,15,第三节固态有相变材料的焊接热影响区特点,一、有同素异构转变的纯金属和单相合金的焊接热影响区特点只有晶体结构变化，无化学成分变化引起的第二相析出，例如：Fe、Ti、Mn、Co纯金属及单相合金。1、冷轧状态纯金属：过热区、重结晶区、再结晶区单相合金：过热区、重结晶区、不完全重结晶区、再结晶区2、热轧或冷轧退火状态纯金属：过热区、重结晶区单相合金：过热区、重结晶区、不完全重结晶区,16,17,18,图46有同素异构转变的纯金属和单相合金的焊接热影响区组织特点,I过热区II重结晶区II不完全重结晶区再结晶区IV母材,19,图47工业纯钛TA2等离子弧焊时的热影响区组织特点,a）过热区组织b）重结晶区组织c）母材组织,20,二、有同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点,有晶体结构变化，也有化学成分变化引起的第二相析出。以Fe-C合金为例，焊接热影响区的组织和性能特点与材料的淬火倾向有关。1.不易淬火钢焊接热影响区特点（低碳钢）（1）过热区（粗晶区）温度：1100-1490,组织：粗大魏氏组织，性能:脆化（2）重结晶区（正火区或细晶区）温度：Ac3-1100,组织：晶粒细化，性能:力学性能高（3）不完全重结晶区（不完全正火区或部分相变区）温度：Ac1-Ac3,组织：组织不均匀，性能:低于重结晶区（4）再结晶区（冷作硬化）温度：500-Ac3,组织：等轴晶，性能:软化,21,22,图48低碳钢的焊接热影响区特点,I过热区；II重结晶区（即正火区）；III不完全重结晶区IV再结晶区；V母材（冷轧状态）,23,图419不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图,I过热区；II正火区；III不完全重结晶区；IV淬火区；V不完全淬火区；VI回火区,24,图49Q235A钢焊接热影响区的组织特点,过热区组织；b)重结晶区（正火区）组织；c)不完全重结晶区（不完全正火区）组织；d)母材组织,25,26,27,28,29,30,图410焊接方法对过热区高温停留时间和晶粒大小的影响,1焊条电弧焊（板厚10mm）；2埋弧焊（板厚1525mm）；3电渣焊（板厚100200mm）,31,图411等温和连续加热时珠光体转变为奥氏体的示意图,T1：珠光体转变为奥氏体的开始温度T2：珠光体转变为奥氏体的结束温度T3：碳化物溶解完了的温度T4：均匀化的加热速度vH1、vH2、vH3：不同的加热速度,32,图412Q235A钢焊接热影响区的组织,a)过热区组织；b)重结晶区组织；c)不完全重结晶区组织；d)母材组织,33,图41320钢焊接热影响区组织,a)过热区组织；b)重结晶区c)不完全重结晶区组织d)母材组织,34,图414低碳钢焊接接头各区的V形缺口夏比冲击值的分布示意图,I过热区；II正火区（重结晶区）；III不完全重结晶区；IV脆化区,35,2.易淬火钢焊接热影响区特点（低合金高强钢）,易淬火钢：热轧钢、正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢、高碳钢等（在焊接条件下）。易淬火钢的实质是奥氏体稳定，奥氏体连续冷却曲线CCT右移，淬透性提高（淬硬性）。合金元素奥氏体稳定性淬透性（易淬火）加热温度奥氏体稳定性淬透性（易淬火）加热速度奥氏体稳定性淬透性奥氏体晶粒尺寸奥氏体稳定性淬透性冷却速度易淬火,36,表2-1几种热轧和正火钢的成分和性能,37,38,39,40,41,42,图415不同奥氏体化温度的CCT图,(钢材w(C)0.17%和w(Mn)1.34%),a)900奥氏体化（炉中缓慢连续加热）,b)1300奥氏体化（炉中缓慢连续加热）,43,图416模拟焊接条件下不同加热速度时的CCT图,实线升温速度910/s，由Ac3加热到1350的时间40s虚线升温速度150/s，由Ac3加热到1350的时间4.5s,（45钢，Tmax=1350）,44,图417加热速度对45钢临界点的影响,Ac1k珠光体转变为奥氏体的开始温度Ac1j珠光体转变为奥氏体的结束温度,vH加热速度（/s）；D奥氏体晶粒尺寸（mm）,45,图48低碳钢的焊接热影响区特点,I过热区；II重结晶区（即正火区）；III不完全重结晶区IV再结晶区；V母材（冷轧状态）,46,图419不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图,I过热区；II正火区；III不完全重结晶区；IV淬火区；V不完全淬火区；VI回火区,47,（1）淬火区温度：Ac3-1490组织：不均匀组织（M、B、P、F）距焊缝越近、冷却速度越大，越易形成M性能:接头脆化,48,图418不同钢材焊接热影响区中硬度和马氏体数量的分布,（CTS试样，热输入1340J/cm，过热区的冷却速度28/s）,49,50,51,图420490MPa级高强钢的模拟焊接热影响区CCT曲线和t8/5对组织与硬度的影响,a)CCT曲线b)t8/5对组织与硬度的影响,52,图42116Mn钢气电立焊热影响区组织,a)过热区组织；b)正火区组织；c)不完全重结晶区组织,53,图42216Mn钢焊条电弧焊的角焊缝热影响区组织,a)过热区组织；b)正火区组织；c)不完全重结晶区组织；d)母材组织,54,图42312Cr2MoWVTiB钢氩弧焊时的热影响区组织,a)过热区组织；b)正火区组织；c)不完全重结晶区组织；d)母材组织,细小的马氏体+少量粒贝,粗大的马氏体,铁素体+马氏体+粒贝+少量铁素体碳化物型混合组织,铁素体碳化物型混合物,55,图424抗拉强度为784MPa级高强度钢焊接热影响区各取的冲击韧度,56,图425HQ70钢模拟焊接热影响区过热区的金相组织,a)t8/5=8s;b)t8/5=90s;c)t8/5=120s;,57,图426HQ70钢模拟焊接热影响区过热区中M-A组元扫描电镜照片,a)t8/5=8s;b)t8/5=8s;,58,图427784MPa级高强钢模拟焊接热影响区过热区中M-A组元与t8/5之间的关系,59,图428784MPa级高强钢模拟焊接热影响区过热区中M-A组元的透射电镜照片（t8/5=240s）,a)M-A组元的全貌b)M-A组元中的板条马氏体c)M-A组元中的孪晶马氏体,60,图429M-A组元的数量与VTrs之间的关系,（图中的数字为t8/5/s）,61,图430贝氏体的组织形态,BU上贝；BL下贝,62,图431片状下贝氏体的组织形态,63,图432板条马氏体的组织形态,板条马氏体的光学金相照片板条马氏体的透射电镜照片,64,图433片状马氏体的组织形态,片状马氏体的光学金相照片片状马氏体的透射电镜照片,65,图419不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图,I过热区；II正火区；III不完全重结晶区；IV淬火区；V不完全淬火区；VI回火区,66,（2）不完全淬火区,温度：Ac1-Ac3（750-900）组织：M+F混合组织性能:接头脆化（3）回火区（母材处于淬火+回火状态）温度：回火温度-Ac1组织：碳化物析出、长大性能:硬度降低（软化）,67,图436Q345钢水下半自动焊时的不完全淬火区组织,68,图437焊前母材热处理状态对焊接热影响区中硬度或抗拉强度的影响,69,图439Ni9%钢多道焊时实际热影响区中的组织遗传现象,多道焊热影响区示意图a图中AB区放大后的晶粒特点,70,图438Ni9%钢模拟焊接热影响区中的组织遗传现象,a)峰值温度1350的模拟焊接热影响区组织b)峰值温度1350的模拟焊接热影响区的晶粒特点c)经1350+900两次热循环后的晶粒特点d)照片c上的晶界局部放大,71,三、无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点,1.不能时效强化的多相合金的焊接热影响区特点Al-Mg、Al-Mn等（1）母材为退火状态（固溶体-Al,第二相Mg2Al3）只存在固溶区,温度：T2-Tc,组织：单相固溶体-Al如果加热速度非常快，固溶区组织：固溶体+少量第二相。（2）母材为固溶状态固溶区温度：T2-Tc,组织：单相固溶体第二相析出区温度：T1-T2,组织：固溶体+第二相,72,73,图440无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点,74,图4415A03铝合金钨极氩弧焊时热影响区的组织变化,a)带有局部晶界熔化的固溶区；b)退火状态下的母材，在(Al)固溶体上分布有Mg2Si及杂质,75,2.时效强化的多相合金的焊接热影响区特点,AlCu合金时效过程：退火态（+）固溶态（）GP区（CuAl2）（CuAl2）聚集长大（1）焊态下热影响区组织：固溶区（）+过时效区（+）热影响区性能：低于时效强化的母材，固溶区硬度最低（2）焊后时效处理热影响区组织：固溶区（+GP或）+过时效区（+）热影响区性能：过时效区性能最低，可通过固溶处理+时效恢复过时效区性能,76,77,图440无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点,78,图442Al-Cu合金的时效过程示意图,A退火状态；B固溶状态；C时效状态；D过时效状态,79,图4432A12铝合金在不同温度下时效的强度变化曲线,80,图444时效铝合金焊接热影响区硬度变化特点,I）固溶区；II）过时效区；III）时效母材,1焊态下的热影响区硬度变化特点；2焊后又经过时效的热影响区硬度变化特点,81,图4452A12CZ铝合金手工钨极氩弧焊热影响区的组织变化,a)靠近溶合线的固溶区；b)过时效区c)母材（淬火+自然时效）,82,图446Al-Zn-Mg合金焊接热影响区透射电镜照片,a)峰值温度530；b)峰值温度400c)峰值温度240;d)母材,83,图447用08MoV焊条12AlMoV钢溶合线附近热影响区内的粗大铁素体脱碳层,84,图448用08MoV焊条改进后的12AlMoV钢时熔合线附近的组织,85,图449在Q235A钢板上用Cr28Ni11带极进行埋弧堆焊时的热影响区脱碳层组织,86,图450Q235A钢与Cr25Ni13奥氏体焊缝的异种钢接头经600，300h后的组织特点及分布情况,87,图451Q235A钢和Cr25Ni13焊缝的异种钢接头中脱碳层宽度（B1）与加热温度和加热时间的关系