焊接冶金学 第四章 焊接热影响区的组织和性能.ppt

1、1,第四章 焊接热影响区组织 和性能,2,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,3,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,4,5,6,4-1 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.,7,二.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

2、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。,8,4.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。,9,二、焊接热循环参数的数值模拟,（一）峰值温度Tm的计算 （二）相变温度以上停留时间tH的计算 （三）瞬时冷却速度Wc的计算 （四）冷却时间的计算,10,三.多层焊热循环的特点 在实际焊接中,厚板多采用多层焊

3、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,11,双道焊和多层焊HAZ组织示意图,12,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

4、用，产生一定热处理效果。,本节结束,13,4-2 焊接热循环条件下的金属组织转变特点,特点：,14,一、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。,15,.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.,16,二.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

5、45钢、40Cr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.P177,17,18,19,1.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,20,21,22,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,23,4-3 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

6、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16Mn.15MoV.15MnTi等,24,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(16Mn.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,25,16Mn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,26,27,2.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)

7、.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.,28,3.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.,29,二.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

8、影响硬度的因素。,30,1)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,31,2)碳当量及冷却时间t8/5 与HAZ最高硬度Hmax 的关系,32,33,3）焊接HAZ最高硬度的计算公式,(1)国产钢硬度计算公式 当t8/5 tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm 81lg t8/5 (2)铃木公式,Hmax(HV10)=140+1089Pcm 8.2t8/5,34,(二)焊接热影响区的脆化 1)粗晶脆化,产生原因:化学成分，组织状态，加热温度，加热时间,35,组织脆化,（1）M-A组元脆化 （2）析出脆化 （3）遗传脆化,36,37,

9、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,38,（四）调质钢焊接HAZ的软化,1、调质钢焊接时 HAZ的软化,39,2、热处理强化合金焊接HAZ的软化,40,（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16Mn钢)采用焊接热模拟技术，HAZ不同部位常规力学性能如下图,41,本节结束,42,4-4 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

10、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,43,焊接模拟试验的主要参数,1.加热速度(WH)或加热时间 2.加热的峰值温度(Tmax) 3.在高温的停留时间(tH) 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（t8/5）,44,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。,45,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