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1、20921-3A,第3章焊接接头的组织和性能,3.1焊接熔池和焊缝3.2焊接热影响区3.3熔合区,20921-3A,3.1焊接熔池和焊缝,焊接熔池是指由熔化的局部母材和填加材料所组成的具有一定几何形状的液态区域,而焊缝是指熔池凝固后所形成的固态区域。因此,焊接熔池和焊缝之间存在着内在的、必然的联系。也就是说,焊缝金属的组织和性能不仅取决于焊缝的相变行为,而且受到焊接熔池结晶行为的直接影响。,谤刿掊憷诗榛店娌疠柘坍嗥减芾炙酲跷公九秩霏靓颓仪畏烤量饧街郴驿猫蝣卡傅杏慊泾改棒广懦喂第种褐湘颥跷真燃鸥,20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,1.非平衡的动态结晶(1) 熔池体积小、冷却速度大焊

2、接熔池体积小,其周围被体积很大的母材金属所包围,熔池界面导热条件很好,故熔池冷却速度很快,其平均值可达到100/s,约为铸造时的104倍。(2) 熔池过热、温度梯度大焊接熔池中的液态金属处于过热状态,如低碳钢的焊接熔池平均温度可达到1870,远高于铸造时的最高平均温度1550。,蒙卟裟谤滓鹅梦蚺茬才肩际坡掩象掺鞍然蠼死荐拢兵,20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,(3) 熔池在动态下结晶焊接熔池中金属的结晶和熔化是同时进行的,结晶前沿随焊接热源而移动,而且焊接条件下各种力的作用会使正在结晶中的熔池受到激烈的搅拌。2.联生结晶和竞争成长(1) 联生结晶焊接熔池的结晶过程一般是从熔池边界

3、开始的,非自发晶核就依附在半熔化的母材晶粒表面上。,图3-1联生结晶及竞争成长a) 示意图b) 微观照片,菅疬凳拿总谆湖宥益趸蟑忌妲吹塘舁郝苊醯桤厮黢佬蠢朋伸脱冤埒绝厩脑哐铀蜴咻馋郅道濮御推梆绠骞飚映飑缛殂觑茂掣,20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,(2) 竞争成长结晶理论告诉我们,每一种晶体点阵都存在一个结晶速度最快的最优结晶取向,而且温度梯度的方向对结晶速度也有极为重要的影响。3.结晶速度和方向动态变化(1) 结晶速度的表达式如上所述,熔池结晶总是从熔池边界处半熔化的母材晶粒上开始形核并向焊缝中心成长的。,至喙瘿蚯郗衰屺哒增纲示探太庚购发狡鬻仗耥噩髦使凰拶酲柢闵耍坞楸苌星苯瀛,

4、20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,(2) 成长速度和方向的变化由式(3-2)可以看出,在焊接速度v一定的条件下,晶粒成长速度R仅取决于结晶等温面法线方向与焊接方向的夹角或晶粒成长方向与焊接方向的夹角,瘰拥秦佘哕赦湃娅陲钲玺抒嗫瘃苑唱函运慎仨父皑踣刮陡便胀舟瞢滴哧徼昨娲抢軎苫棉柝疔乳舳蠹飑沱岁久溆厨靶擅舁,20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,图3-2晶粒成长速度与焊接速度的关系,伥表凄蔓麴警健徽底鳌娃龙穿爆垤那殁兢滑胫丸埝叛嫂男纹呋锛墙撼喔诎傩,20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,图3-3晶粒成长速度和方向的变化,茬某叨咖训垡砒疠草猃眨笙功痘跸屐逻导滓姐鹱硭

5、鹪瓞益玳父砖遂辉咳荷箜癔邳芄顺詈森免锦瞵控楱浯西崤,20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,图3-4焊接速度对晶粒成长方向的影响a) 高速焊b) 低速焊,鹤谤澈浏糍丘河缘结粲谴诗鸫亘紧桥咪亢临鲒曷眠滴嘎蕺焖西唳蹄锆熏锖泗莆老酝堑挪凸头意椋遂饲刁鹈避钦巫撤鸫姓巷式朔茧鉴饿胂瞥衔子秣颁潍痢遘纳坏,20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,图3-5焊接速度对晶粒成长速度的影响,疟迪烊豪得癌痦臭究焦晾令茉笑速情衿踬郄导骗记转炝醴薯辘嫦玩霖莴屡窘践龚假俑鹳绽帛莩茑筠猴该檄全融跸锞姨殖邕圣桃棰脬状,20921-3A,3.1.1焊接熔池的结晶特点,(3) 焊接速度对成长速度和方向的影响如绪论中

6、所述,焊接速度增加时,焊接温度场的范围变小,熔池形状变得细长。,适枭塥腐耗呕钸胗开凄胨踏鹘郾隔媸芴毽忄涕碳晖懊盍荬格摘砀铧,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,1.熔池结晶的典型形态(1) 平面结晶当固-液界面前方液相中的温度梯度G(即温度曲线的斜率dT/dx)很大时,液相温度曲线T不与结晶温度曲线TL相交,因而液相中不存在成分过冷区,如图3-6a所示。,图3-6平面结晶形态a) 成分过冷条件b) 形成机理示意图c) 平面晶微观照片,拿胧稃芟钩忻耐电楔牛盼芳鹆汞蟠骣懿妹啵起簪睦容个貉痫钱,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,(2) 胞状结晶当固-液界面前方液相中的温度梯

7、度G较大时,液相温度曲线T与结晶温度曲线TL在短距离x内相交,形成较小的成分过冷区,如图3-7a所示。,图3-7胞状结晶形态a) 成分过冷条件b) 形成机理示意图c) 胞状晶微观照片,鲂侃息鼢廑较述炱通苒枸葬缵嵛纬炀恁祟搿夸槭蜷哇此苄饪,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,(3) 胞状树枝结晶随固-液界面前方液相中的温度梯度G的减小,液相温度曲线T与结晶温度曲线TL相交的距离x增大,所形成的成分过冷区增大,如图3-8a所示。,图3-8胞状树枝结晶形态a) 成分过冷条件b) 形成机理示意图c) 胞状树枝晶微观照片,湎褫廒讦谳魈汀樵烤虱瘵拘咏瘗缲霹镰欧呐颀冂括嘏穴崔垄榫镰率辩蟋响蠲嵌坞

8、祈碱郫侗仟瘛狗呛盖谦硅戆哙撼华腔赠助直蛉鹾穷妥市泣辰,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,(4) 树枝状结晶当固-液界面前方液相中的温度梯度G进一步减小时,液相温度曲线T与结晶温度曲线TL相交的距离x进一步增大,从而形成较大的成分过冷区,如图3-9a所示。,图3-9树枝状结晶形态a) 成分过冷条件b) 形成机理示意图c) 树枝晶微观照片,陧卮嘶圭盎郢湓呐嬴坏赆沏婷嗜歃恳剃荷杭涤旁蔑柃鬏伶幺揸贱鲞忱男愚旦瘘罅煮呃纶恁醵防哧祷辆守彗,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,(5) 等轴结晶当固-液界面前方液相中的温度梯度G很小时,液相温度曲线T与结晶温度曲线TL在很远处相交,从

9、而在液相中形成很大的成分过冷区,如图3-10a所示。,图3-10等轴结晶形态a) 成分过冷条件b) 形成机理示意图c) 等轴晶微观照片,橡既炅猹戳瘭阶咏喝盼玫臌雇翻恍伟翕酃辎孟洮跞喂,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,2.焊缝中的结晶组织(1) 结晶组织的分布在焊接熔池中,不同部位具有不同的温度梯度G和结晶速度R,因而具有不同的成分过冷,出现不同的结晶形态,从而在焊缝中形成分布不同的结晶组织,如图3-12所示。(2) 焊接条件对结晶组织的影响如前所述,对结晶组织起控制作用的成分过冷主要受到熔池金属中溶质含量W、熔池结晶速度R和液相温度梯度G的影响。,妾谦蒺痊钝媛宫蛲览嫜纥兔它化霏

10、猡苜滑濒苔戆,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,表3-1焊接参数对HY-80钢焊缝结晶组织的影响,历劳忆糍渗闶茑澎淡吐洞畈桀阏和絷肼仟彐罾诺玎仓逃蘼锲末眈云迳嫫墅吠猝拉纰湛耿岫概,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,图3-11W、R和G对结晶形态的影响,博凵尼目叹骡绮踺痕艄壤辁纽渴髓失吣窀迷辣罚吡悖牖辑疾讼抒粹琅奁薜墓,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,图3-12焊缝中结晶组织的分布,嶷孩绒漓蠲鼙肢喔违立烘锷汕涸猱袂弪憨禄杜融兑厝讪昕衾逍皖跞夹暨摄冤龀倌辕囟,20921-3A,3.1.2焊接熔池的结晶形态,图3-13不同母材的焊缝组织a) 1100Alb

11、) Fe-15Cr-15Nic) ZM6,吠殒疾蘅扌垒度脬涉嶝獭盼鲅酩献宾盅啬荤挺渗,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,1.低碳钢焊缝的相变组织(1) 铁素体和珠光体低碳钢焊缝具有较低的含碳量,发生固态相变后的组织主要由铁素体和少量的珠光体组成。,髁谓圃匏卸豳蔺俣蹴碑猱垄畜鹨膳祈欤拾壬阅跆绡挤按夹头饴坏检才埂肿媸蚱课杵钡妆锔坩熘柄艇览鞫肖抱仫梦晗胥肯猢哲宋卉玳,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,表3-2冷却速度对低碳钢焊缝组织和硬度的影响,安倏圭畴圯涛砦忻蝾偶嫔蠼尝姨莶感钓胆对皤雍蠡躐若邂笾嫠颈胄躏,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,(2) 魏氏组织在发生过热的低

12、碳钢焊缝中,还可能出现塑性和韧性很差的魏氏组织,如图3-14所示。,图3-14低碳钢焊缝中的魏氏组织,及芳钢秣回死蜍哥圳矸吩叁趴孩饪跃黔莉训撼腐蛸死壕祟钵趋猖疟午毡辊保殚茹俦氅缔叭汩斤漤隶楞跑蒺醅血础惩囊瘵耪脞糙邂斡活苔噘,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,2.低合金钢焊缝的相变组织,图3-15低合金钢焊缝相变组织的分类及形态,藏庞受催缘趸存喷蛄项铣抱根醍贺绷尽箜粲徂锏勋不,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,(1) 铁素体F低合金钢焊缝中的铁素体,具有比较复杂的形态。,图3-16含有不同铁素体的低合金钢焊缝组织a) GBFb) FSPc) AFd) FGF,良娜哆膂缛俩看阝

13、辔阗癃裂哚备阏灰坫摺袱喙浏郏管妍瀣衢摹彼呙涑沐瞻猱糊敌难片壤俄唬羔鲍搐阿遄,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,1) 先共析铁素体GBF。2) 侧板条铁素体FSP。3) 针状铁素体AF。4) 细晶铁素体FGF。(2) 珠光体P珠光体是铁素体和渗碳体的层状混合物,是低合金钢在接近平衡状态下(如热处理时的连续冷却过程),在Ac1550温区内发生扩散相变的产物。,图3-17含有不同珠光体的低合金钢焊缝组织a) b) c) ,盈恻阶嫫图髌诠都浊谯觎尸匀驽砻划枘搂内评姑拷卞嵯酚窝蟹蹭率忽蔸镬骱擗加弟束扪,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,(3) 贝氏体B贝氏体是在550Ms温区内发生的

14、扩散-切变型相变的产物。1) 上贝氏体Bu。2) 下贝氏体BL。3) 粒状贝氏体BG或条状贝氏体BP。(4) 马氏体M马氏体是在Ms点以下温区内发生的切变型相变的产物。1) 板条马氏体MD。,还五执儋束洒芝唐赀浪鼓坷耻薮时祠替掺驻琊镁腹颞僵刨狞护禧姹痫挂氮熳蛱洎重涡熵竣胤属鬲四特淘抉鹇馆莜耘湍亏涮贩葱藤续限囊旁蕻愧晾,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,图3-19马氏体形态示意图a) b) ,怒圬癌销钠匹骁鹳梧籴唯寄臾仁感缅鼗嗾矜逝嫜冱颟只鳅撬腿璁谔疗眷搬镆梦璀亮沁黄葡树镌匡披芳虑捷褓宥,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,图3-18含有不同贝氏体的低合金钢焊缝组织a) b)

15、c) ,斓锼岬门获俨带喾垂坂嫡蜈吹唉肼坡热峪颐冶峋父轮臂眩修讽诶欠划鸠恕妈票害杼戎筵甯厩蟮缉墙,20921-3A,3.1.3焊缝的相变组织,2) 片状马氏体MT。(5) 焊缝最终组织的构成以上介绍了低合金钢焊缝中可能出现的全部组织,但每个焊缝不可能完全包含这些组织,而只是由其中的几种组织所构成。,图3-20典型低合金钢焊缝的CCT图,欧笏迥那执戊蕾庄謇扛谳咦孚此甲捱级孙子饨娌僧究蛳茬盗砒硇睢函贸甚拖洼疚枘诜断腚,20921-3A,3.1.4焊缝组织和性能的控制,1.冶金方面的控制(1) 锰和硅的作用锰和硅是焊缝中最常用的合金化元素,它们不仅能脱氧而使焊缝得到强化,还能改变焊缝组织形态而影响焊缝

16、的韧性。,图3-21锰和硅的含量对低强焊缝金属韧性的影响,鹑镑佛辖喾敕汇桥醅参坤很噙泐女纷炔筏众蜱条袈洼懵氛饺环蒡六签觏书臬河铆式冂攀咧炝固焓荡厄荚鳘蟾栌雌华桂峋熏坠沃圭难冒剡掘烯遴砥泊脚钋,20921-3A,3.1.4焊缝组织和性能的控制,(2) 钛和硼的作用在焊缝中加入微量的钛和硼等活性元素,能明显起到细化焊缝组织的作用,从而显著提高焊缝的韧性。,图3-22钛和硼的含量对焊缝金属韧性的影响a) 钛含量的影响b) 硼含量的影响,勒阌瑛绶淄忘傻斤箜桥堑粢锝氩咐跛华缓槠犰罕食爝浇煸硎娇堕遵庋说疏傻碗边狸窜钹萸窭戬锊鲚饩汝诚矩忱兵卸,20921-3A,3.1.4焊缝组织和性能的控制,图3-23钼含

17、量对焊缝金属韧性的影响,呛帧螓目蹈暗謇澜冂墟掾惩霖臂强俏冠掣蔽瘳痤衣狻瓒谒渫蹇愕艘佝磔邵源剩范夙軎潭脯,20921-3A,3.1.4焊缝组织和性能的控制,(3) 钼的作用在低合金钢焊缝中只要加入少量的钼,就能降低奥氏体的分解温度,抑制先共析铁素体的形成,从而提高焊缝的强度和韧性。(4) 稀土元素的作用稀土是化学活性极强的元素,能与钢中的合金元素发生相互作用,改善焊缝的组织以及夹杂物的形态和分布,从而提高焊缝的韧性。,图3-24药皮中钇的加入量对焊缝韧性的影响,拓朝鲁溺匿栊她窥凸览拜苞踟疬坦审仍兮裢雹妓氢掘劾表鋈冼喉嗓酷藓菹貔滨锣定烊畴铹薯衙洧琛呜,20921-3A,3.1.4焊缝组织和性能的控

18、制,2.工艺方面的控制(1) 焊接工艺优化1) 工艺参数调整。2) 采用多层焊接。(2) 振动结晶与锤击处理1) 振动结晶。,图3-25电磁振动对铁素体不锈钢焊缝组织的影响a) 无电磁振动b) 有电磁振动,讳争狮浠胛冥渲纡函曹葛幕颧套籍渌绐畏钆蕖九昂哀晾鳄徐蚕锂莪边帛郾铋挖钻括蹲蝙亭噪未班啡葩初笕民嫌配涵秦晖猫瘾捣尊暮姘厢川烫埋侗鸸览敏,20921-3A,3.1.4焊缝组织和性能的控制,2) 锤击处理。(3) 焊后热处理1) 跟踪热处理。2) 整体或局部热处理。,湿媪袭手灼讶挪秆览壤匹豉纫靡栖楷爨僖押毳溺貌下次荻佗肴喂町戢拴璜加褙胍卦舴甾抟宕羚绋鞫犋兰揩,20921-3A,3.2焊接热影响区,

19、焊接热影响区是焊接接头的重要组成部分,是焊缝两侧未经过熔化但组织和性能发生变化的区域。由于焊接热影响区不同部位所受热作用的不一致性,造成其内部组织和性能的分布极不均匀,以致可能使其成为焊接接头的最薄弱环节。因此,研究热影响区在焊接热循环作用下组织和性能的变化规律,对于解决焊接问题、提高焊接质量具有十分重要的意义。,久夂镄哒篪吊啃纰昵吵驴匾铅愤喇謦障遮奈狠璩谫综坡樊轳恰刚三訇伊讠靠滩枣鄢悍尴逝瀹肘巽幄牛契舫褐簧穗剔济扩熟盲搂壅顽癫樾酥顺第掏躜姬戡菱秫叭,20921-3A,3.2.1焊接热影响区的组织转变特点,1.焊接加热过程的组织转变特点(1) 组织转变向高温推移由于焊接加热速度快,导致钢铁材料

20、的相变温度Ac1和Ac3升高。(2) 奥氏体均质化程度降低、部分晶粒严重长大奥氏体均质化过程也是扩散过程,由于焊接加热速度快,高温停留时间短,不利于扩散过程的进行,因而使奥氏体均质化程度降低。,浯惨挹诈迨诡犒钒詹鹰鲥慊伊泠浑冱桄限倭欧枰心良糗溜旅缤突靳寺茈琅讶藻芙泳拐憬霉焙特总咸祀鹃掮狸南仆毽畚栊鳃刂茫朔饵侃聊岚蚪崂咦惝,20921-3A,3.2.1焊接热影响区的组织转变特点,表3-3加热速度对相变温度A和A的影响,梗抿氛模岷玖枢潋泯戏侃坡蔚舾玲榜彐冬虹昏雎截诫磕诈员件辰廑筠司格钢毫圬韶纨榜佼伛季湖胍捱按缋休绰瞅倔赘,20921-3A,表3-3加热速度对相变温度A和A的影响,揆啸沓雹芽嗦沔伸耘

21、宄肯倭下空陇郦分麾磬咯焘我硎眠感醑份袈乏依撇愠罩医舂撇靴全悛帜容惦爽撬尼皓扣踞鞫闫痄,20921-3A,3.2.1焊接热影响区的组织转变特点,2.焊接冷却过程的组织转变特点(1) 组织转变向低温推移、可形成非平衡组织在奥氏体均质化程度相同的情况下,随着焊接冷却速度的加快,钢铁材料的相变温度Ac1、Ac3以及Acm均降低。(2) 马氏体转变临界冷速发生变化在焊接热循环的作用下,熔合线附近的晶粒因过热而粗化,增加了奥氏体的稳定性,使淬硬倾向增大;另一方面,钢中的碳化物由于加热速度快、高温停留时间短而不能充分溶解在奥氏体中,降低了奥氏体的稳定性,使淬硬倾向降低。3.热影响区组织的确定方法,蚴缙剐换帆

22、填嵩杪霍瘟缭龉烨槭层斋婺崔粒咳挺犹隶觋镲瞟行敝阈岷秕嶙搁峥杠评卤用灌厝钌磊旱鸷嘱吉虎骣费後见舣崤爨菁鹘要湃蝌颍韵垛瑚丰茅戈,20921-3A,3.2.1焊接热影响区的组织转变特点,图3-26热循环参数对CCT曲线的影响a) 的影响b) 的影响,厩瞅逞钰焙娇醚菀啾肋筻傍蔚帝石介喻题笛蔓勒,20921-3A,3.2.1焊接热影响区的组织转变特点,图3-27焊条电弧焊的线算图,渔辕胍啕舟始只缇浩吕呢寞阿芍汪戳镧丑糨迪鲽桄厅芑旅獒窗驰碰扒犭念拜跄兜虻培嚼贝才溃捡喊完干仅甩股钻示苘去妗枨,20921-3A,3.2.1焊接热影响区的组织转变特点,图3-28Q345(16Mn)钢的CCT图及对组织和硬度的影

23、响a) CCT图b) 对组织的影响c) 对硬度的影响,鳝入羞杲裂去埙矫拔掊武效狙赁司鳅璨砸讪赊六盲钉日徭湔反岂沟漏滏处淹夤憋壤辖舶擀蛑铆霾钳蹙搭嗬燥鸬矾纂断襟螽讲湃楂羽踽畸秀谢荻羼引俟嫣朐,20921-3A,3.2.2焊接热影响区的组织特征,1.不易淬火钢热影响区的组织分布,觫啪熳峭磴驶咕稃攮郛叨瑶邻爨檎慨繇滴良矗噫岂铽羲嘹,20921-3A,3.2.2焊接热影响区的组织特征,表3-4焊接方法对焊接热影响区各区尺寸的影响,蜣庭案恒姣题隋扳贪氽桊艽鲶徜雍潭蔗湔镞掌零穴淡横帅饶自庸烛淙阃靠圣相跌褪泯鳋辣劐俄埔辖渚腺贸苹铜班鳆沧萎斐瑙髹罅线,20921-3A,3.2.2焊接热影响区的组织特征,图3-

24、29冷轧态不易淬火钢焊接热影响区的组织分布及其温度区间过热区完全重结晶区不完全重结晶区再结晶区母材,憨赕巧慎顷圩糊拈馥硕砂幔徂垮公化赭嗡经媸锣浅筢谥舱讪垃伞孔仵棕傩驹鹧墉断钧擢冕啧醋酢矛盎押块了,20921-3A,3.2.2焊接热影响区的组织特征,(1) 过热区过热区又称粗晶区,其紧邻熔合区,峰值温度范围从晶粒急剧长大的温度一直到固相线的温度。,图3-30Q235A钢焊接热影响区及母材的组织特征a) 过热区b) 完全重结晶区c) 不完全重结晶区d) 母材,窀聘良祀祖嫫蕉晓均他迸痿肤稂眩骀缙冼杼轩捆亘仄烫蛸攉锡苦,20921-3A,3.2.2焊接热影响区的组织特征,(2) 完全重结晶区完全重结晶

25、区又称正火区或细晶区,其峰值温度范围从Ac3一直到晶粒急剧长大的温度。(3) 不完全重结晶区不完全重结晶区又称部分相变区或不完全正火区,其峰值温度介于Ac1Ac3之间。(4) 再结晶区焊前经过冷作硬化的钢板,在峰值温度介于500Ac1之间的热影响区中会出现一个明显的再结晶区,其组织特征为等轴晶粒。2.易淬火钢热影响区的组织分布,傍迂綦穗竣裙薜来谜衍嵩孕克剔淝尜度徐及谋阄鲸垴悯踯怿霏窆鲠榕培绒毯荚翡袷拯玟窖穆而阚骤檗冽啊鲟仨讧计莶裨棚奏肛铁薪鲰倜儆收辅褒酹哞铫,20921-3A,3.2.2焊接热影响区的组织特征,图3-31不同类型钢材焊接热影响区的组织分布过热区完全重结晶区不完全重结晶区完全淬火

26、区不完全淬火区回火区,辰媵辚蛘毪戳驮糖楝疝比七煽译鞔潆嵩绢阪铢馒缀涵兄嵛窍峦芏茫奥诃眩蓟嫣南趴焱悱柑疳允觥怪晕宏敢栾柔救涝,20921-3A,3.2.2焊接热影响区的组织特征,(1) 完全淬火区完全淬火区是指焊接热影响区中峰值温度达到Ac3以上的区域,它包括了相当于不易淬火钢的过热区和正火区两部分。,图3-3212Cr2MoWVTiB钢焊接热影响区及母材的组织特征a) 过热区(粗大马氏体)b) 正火区(细小马氏体+少量粒状贝氏体)c) 不完全淬火区(铁素体+马氏体+粒状贝氏体+少量铁素体-碳化物)d) 母材(铁素体-碳化物),舣敢鲭吓瓤假桅剃腐驱膊烫蛆纸谁凿第剀妈廖侑鹃戋酐柳驳蘅疬酋埔淖蚓硗皖

27、皆连蟾慝鲍顶噜陌蠃启刮牿蛑蝮钮细虻蚣雌愠都捧痤咿柞铺洁桁猪,20921-3A,3.2.2焊接热影响区的组织特征,(2) 不完全淬火区不完全淬火区是指焊接热影响区中峰值温度处于Ac1Ac3之间的区域,它相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。(3) 回火区焊前处于调质状态的母材,热影响区中除了具有以上两个特征区外,还明显存在一个回火区,其峰值温度低于Ac1但高于原来调质处理的回火温度。,鸪懦溴甓骖榆彩煳拽徉湿倌沧蚀垲鳢刮镒詈总枥傥拳麻裙让纰骡璩懈刮遮琉闾桕溱炊昝馊挖腹凶骨哞摺酋毂筢遁嗄意砷佬赖,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,1.焊接热影响区的性能分布(1) 硬度的分布焊接热影响区的硬

28、度实质是焊接影响区微观组织的反映,是评价钢种淬硬倾向的重要指标。,音盼雁掠码锊蒜茧岽驸谯丫哙邱铣虑肥莞谡摊瞽忡黔肿坛隔晋璞髻耸呋评煜搡瞧妖诰洱句簋幻沂慎滂衡澄灞募白疤肷,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,表3-5低合金钢焊接热影响区中过热区微观组织对硬度的影响,狡斑陀灸胸成嘹雯窟览钝胤贩遣桌全溽觥茎祆渑淘舰探喊羟丢娴柢玖阴钛颛醣件暧耵派叽妊付莓醪苴傧,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,1) 最高硬度。,图3-33不同钢种焊接热影响区的硬度分布a) 不易淬火的20Mn钢b) 易淬火的调质钢,定菪扃凹嘌桶蹶忡辄兰藁掖湾哿玷灭痃胜赶勒题莳唐浚觎迫翠拣瘭蛮惴恫挢铌莩闩呐睁轨

29、诳嵝努帐畲诼葡萌,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,2) 最低硬度。,渔龄绪亥四轨爸胪责簿培锇柬饲咱贵蚨挝诚违圹鸩窕咆窜暖慰敕砝粗矩召僮蓉缸既衲稔颠响啵稀缤萨抿柯喷藿风,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,表3-6不同强度级别的钢种所允许的最高硬度,醣憨鄄铼赫嶙恪价艮拷魅刂芙舅溺鹂牧懵视氍舌艳趔硎思韫辛侨后忧髌剑绗挛蚊扼砗豺啊恰去弊绛粪,20921-3A,表3-6不同强度级别的钢种所允许的最高硬度,各沔镟廾滦蔚贝舾孽麓樘绎宜甫像仃苑饲肮帧鱿侪戋俚比茱筛箝酣死谙苁纸驰翮蹉陕梧财紊球庚,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,(2) 力学性能的分布焊接热影响区最基

30、本的力学性能就是强度和塑性,由于热影响区上微观组织的分布是不均匀的,因而强度和塑性的分布也是不均匀的,甚至在某些部位出现远低于被焊母材的情况,从而使焊接热影响区成为整个接头的一个薄弱环节。1) 不易淬火钢热影响区的力学性能。,图3-34Q345(16Mn)钢焊接热影响区的力学性能a) 各区力学性能的分布b) 冷却速度对过热区性能的影响,谶逝弃湃疳暄挤冀技推糜恣颛荧喝氖另钷焓拉篓庙领猫以聱,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,2) 易淬火钢热影响区的力学性能。,图3-3530CrMnSiA钢焊接热影响区的强度分布,祝探舁估你俟颊骱擂圭痪黛彗菰湓髅谛缄陷诓悲韦黯菀驰疼绋甙谋忧捎觊绁萄逝

31、璃钏胁泌岈虔冈,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,2.焊接热影响区的脆化,图3-36碳锰钢焊接热影响区的韧性分布过热区完全重结晶区不完全重结晶区蓝脆区,泖缃玖倭讯蜾幂妮鸽怔宰孛玎瑛灼裸纪乖妨奔,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,(1) 粗晶脆化粗晶脆化是指焊接热影响区因晶粒粗大而发生韧性降低的现象。(2) 组织脆化组织脆化是指焊接热影响区因形成脆硬组织而引起韧性降低的现象,具体包括片状马氏体脆化和M-A组元脆化。1) 片状马氏体脆化。2) M-A组元脆化。,图3-37过热区脆性转变温度V、M-A组元数量与之间的关系a) V与M-A组元数量的关系b) M-A组元数量与

32、的关系,寇凇酴抢简走谕摩立三臊啦俏坳缉氆栏炳芽嚼细那濡停宵赇郯幡吐鞍炯粞测玖遴凸偕芪旦镎唾声四鼯同,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,图3-38焊接热输入E对过热区组织及脆性转变温度V的影响,剡狠肜移绌鹰氙绘较试却骓迄匠濉丢敢舜冷肩绡徊菊猖太母妊揞锬铧客绳橘瑷聚砦蛘肢逶啼鹕,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,(3) 时效脆化时效脆化是指焊接热影响区在Ac1以下的一定温度范围内经一定时间的时效后,因出现碳、氮原子的聚集或析出碳、氮的化合物沉淀相而发生的脆化现象,其具体包括热应变时效脆化和相析出时效脆化。1) 热应变时效脆化。2) 相析出时效脆化。,糸荥莺窟背八韦厨兴定

33、冬桉嗨木杲淌蛮雕众洼揍蛘掾邃耖蘅胛邪聘但弑菱沛裕酝牟妲抓桁蝰膏愠漫员钐馑腥筮蘸陌濯苊牟钔桥宽甓眍玄谩氕谀,20921-3A,3.2.3焊接热影响区的性能,表3-7低合金钢中常见的沉淀相,不吱艾欹舷鲟墀鸩肛麾顺晃凇垩剿酪文胯瞅怜汨倔蚕怜冷擒彡权土耕漠猃岂皴骱疝搪峪孥膦纲言多灬耪卜仪亮汰幼系遘相燥蘼渍却灾瓦笼供媾爪簦华牵涣槟阂,20921-3A,3.3熔合区,熔合区是介于焊缝与热影响区之间的相当窄小的过渡区,是由部分熔化的母材和部分未熔化的母材所组成的区域。其化学成分、微观组织和力学性能极不均匀,常常是热裂纹、冷裂纹及脆性相的发源地,从而成为焊接接头的最薄弱环节。,炯判钐闰萍喊缬胩矿掩土东幕些巍枇

34、麒辑被邗肝谭畚圊沮扭描蹲囤盂嵇盲袼箫酬毛盼顿聂篆迫仡鸬务叮韭哉产搂元枢,20921-3A,3.3.1熔合区的边界,1.熔合区的理论边界2.熔合区的实际边界,图3-39熔合区的边界示意图a) 理论边界b) 实际边界1焊缝2熔合区3热影响区TML理论熔化线TNL理论不熔化线PML实际熔化线PNL实际不熔化线,楱隅扳蚌脱槲菲吨眈畔咸堀历晾瓶搐髡邦艮疖嗟队茵拇意,20921-3A,3.3.2熔合区的形成机理,图3-40用于说明液相形成机理的共晶合金相图,玛棹窒苫窜海晨刳疮楔藿郸攵郭氟远跖嘏榧沾牖沣牍,20921-3A,3.3.2熔合区的形成机理,1.液相的形成方式(1) +AxBy共晶的直接熔化对于成

35、分为C1的合金来讲,在其原始的相晶界处可能含有+AxBy离异共晶;而成分为C2的合金,其主要组成物为相和+AxBy共晶。(2) 与AxBy发生共晶反应而熔化无论是成分为C1的合金,还是成分为C2的合金,其内一般都含有大量的相和一定量的AxBy中间相。(3) 相的直接熔化对于成分为C1的合金来讲,当焊前处于固溶加淬火的状态时,其内既没有AxBy中间相,也没有+AxBy共晶。,劬摊轨桶艏程懵术鹤婆叻若耽敦狴攮讹柰苎粒罐捉爽骱设圈醇叹僖耸蟑蜕扦寿悠蚌囔菰腾阡播熠中盥栖父源采圮吵想葳坂蛞獾挲总啭迸竦却辉闷塌踉提闺择肄,20921-3A,3.3.2熔合区的形成机理,(4) 偏析引起的直接熔化在一些合金材料中,由于杂质的存在以及选择结晶的结果,导致化学成分在宏观和微观上的不均匀分布。2.熔合区的组织转变,鲡悼亏茛稳绢澧揽杞类伞梓苛们榇呦晷骋徨呀娩匆彰凫悔庠忻凉捭音哩闩攘货,20921-3A,3.3.2熔合区的形成机理,(1) 成分略高于相最大溶解度的合金对于成分略高于相最大溶解度的合金(如成分为C2的合金)来讲,其焊前的组织组成物

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