1、LOGO4.2 焊接热影响区的组织和性能熔焊原理熔焊原理4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能根据热处理特性不同，焊接结构钢可分为两类：根据热处理特性不同，焊接结构钢可分为两类：l 不易淬火钢：不易淬火钢：如低碳钢和某些不易淬硬的低合金钢，如如低碳钢和某些不易淬硬的低合金钢，如16Mn、15MnV、15MnTi等。等。l 淬火钢：淬火钢：如低碳调质高强钢如低碳调质高强钢(如如18MnMoNb)、中碳钢、中碳钢(如如45钢钢)、中碳调质高强钢、中碳调质高强钢(如如30CrMnSi等等)焊接热影响区的组织分布焊接热影响区的组织分布14.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能
2、焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的分布特征焊接热影响区的分布特征1 1 熔合区熔合区2 2 过热区过热区3 3 相变重结晶区相变重结晶区(正火区正火区)4 4 不完全重结晶区不完全重结晶区5 5 母材母材6 6 淬火区淬火区7 7 部分淬火区部分淬火区8 8 回火区回火区4.2 4.2 焊接焊接热影响区的组织和性能热影响区的组织和性能低碳钢焊接热影响区的温度分布与状态图的关系低碳钢焊接热影响区的温度分布与状态图的关系4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能易淬火钢焊接热影响区的分布特征易淬火钢焊接热影响区的分布特征易淬火钢焊接热影响区的组织分易淬火钢焊接热影响区的组
3、织分布与母材焊前的热处理状态有关：布与母材焊前的热处理状态有关：母材焊前为正火或退火状态：母材焊前为正火或退火状态：完全淬火区不完全淬火区完全淬火区不完全淬火区母材焊前为调质状态：母材焊前为调质状态：完全淬火区不完全淬火区回火区完全淬火区不完全淬火区回火区4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的性能焊接热影响区的性能2硬化硬化 Hardening脆化脆化 Embrittling韧化韧化 Toughing 软化软化 Softening4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能(1)HAZ hardening硬化硬化一般地一般地,常用硬度
4、的变化来判定热影响区的性能变化。常用硬度的变化来判定热影响区的性能变化。硬度高的区域硬度高的区域,强度高强度高,塑性、韧性下降。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。强度、塑性和裂纹倾向影响硬度的因素。4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能(2)HAZ embrittling脆化脆化 粗晶脆化粗晶脆化 组织脆化组织脆化 热应变时效脆化热应变时效脆化 氢脆化氢脆化 石墨脆化石墨脆化 4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能 粗晶脆化粗晶脆化
5、产生原因：靠近熔合线附近和过热区，晶粒粗化产生原因：靠近熔合线附近和过热区，晶粒粗化 影响因素：母材的化学成分、组织状态、加热温度影响因素：母材的化学成分、组织状态、加热温度和时间、和时间、焊接线能量等。焊接线能量等。防止措施：合金化、合理选择焊接线能量等。防止措施：合金化、合理选择焊接线能量等。4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能 组织脆化组织脆化 产生原因：产生原因：HAZ中中出现脆硬组织如出现脆硬组织如M-A组元、上贝氏组元、上贝氏体、粗大的魏氏组织，以及体、粗大的魏氏组织，以及“组织遗传组织遗传”而造成。而造成。M-A组元脆化：在中等的冷却速度条件下焊接低合
6、金高强组元脆化：在中等的冷却速度条件下焊接低合金高强钢时形成，钢时形成，残余残余A增碳后在焊接冷却时易形成孪晶增碳后在焊接冷却时易形成孪晶M，在界面，在界面上产生显微裂纹沿上产生显微裂纹沿M-A组元的边界扩展。组元的边界扩展。低、中温回火低、中温回火 析出脆化：析出产物析出脆化：析出产物(主要是碳、氮化物主要是碳、氮化物)引起引起 位错理位错理论论 遗传脆化：常见于有脆硬倾向大的调质钢，在快速加热或遗传脆化：常见于有脆硬倾向大的调质钢，在快速加热或冷却的非平衡组织中产生。冷却的非平衡组织中产生。4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能 热应变时效脆化热应变时效脆化HSE
7、 静应变时效：在室温或低温下静应变时效：在室温或低温下,受到预应变后产生的受到预应变后产生的时效脆化时效脆化.多发生在存在有多发生在存在有C、N自由间隙原子的钢中。自由间隙原子的钢中。动应变时效：在较高温度下动应变时效：在较高温度下(200400C)，受到预应，受到预应变后产生的时效脆化。多发生在低碳钢和碳锰低合金钢变后产生的时效脆化。多发生在低碳钢和碳锰低合金钢的的Ar1以下的亚热影响区。以下的亚热影响区。防止措施：合金化、合理选择焊接线能量等。防止措施：合金化、合理选择焊接线能量等。4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能(3)HAZ toughing韧化韧化母材的
8、原始组织：弥散分布着强化质点，母材的原始组织：弥散分布着强化质点，AF、BL、低碳低碳M等组织。等组织。韧化处理：焊前预热、焊后热处理等。韧化处理：焊前预热、焊后热处理等。合理选择焊接工艺、冶金精炼。合理选择焊接工艺、冶金精炼。4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能(3)HAZ softening软化软化 调质钢调质钢 热处理强化钢热处理强化钢4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能调质钢焊接调质钢焊接HAZ的硬度分布的硬度分布A A：焊前淬火：焊前淬火+低温回火低温回火 B B：焊前淬火：焊前淬火+高温回火高温回火 C C：焊前退火：焊前退火
9、4.2 4.2 焊接热影响区的组织和性能焊接热影响区的组织和性能LD2LD2铝合金焊接铝合金焊接HAZ的软化的软化改善焊接热影响区性能的途径？改善焊接热影响区性能的途径？焊接热影响区在焊接过程中不熔化，焊后化学成分基焊接热影响区在焊接过程中不熔化，焊后化学成分基本不发生变化。因此，不能像焊缝那样通过调整化学本不发生变化。因此，不能像焊缝那样通过调整化学成分来改善性能。成分来改善性能。改善焊接热影响区性能的途径？改善焊接热影响区性能的途径？（1 1）控制焊接工艺）控制焊接工艺 （焊前预热、焊后热处理、焊接热输入）（焊前预热、焊后热处理、焊接热输入）（2 2）选用高韧性母材）选用高韧性母材 （低碳
10、微量多元素强化的钢种）（低碳微量多元素强化的钢种）焊前预热：焊前预热：降低焊后冷却速度，对于易淬火钢，减少降低焊后冷却速度，对于易淬火钢，减少HAZHAZ淬硬程度，淬硬程度，防止产生焊接裂纹。防止产生焊接裂纹。减少减少HAZHAZ的温度差别，在较宽范围内得到较均匀的温度分的温度差别，在较宽范围内得到较均匀的温度分布而减少因温度差别引起的焊接应力。布而减少因温度差别引起的焊接应力。焊后热处理：焊后热处理：消除焊接残余应力，软化淬硬部位，改善焊缝和消除焊接残余应力，软化淬硬部位，改善焊缝和HAZHAZ的组织的组织和性能，提高接头的塑性和韧性，稳定结构的尺寸。和性能，提高接头的塑性和韧性，稳定结构的尺寸。焊接热输入：焊接热输入：过大，高温停留时间过大，高温停留时间，HAZHAZ越宽，过热严重，晶粒粗大，塑越宽，过热严重，晶粒粗大，塑韧性韧性；相反过小，焊后冷却速度；相反过小，焊后冷却速度，易产生淬硬的，易产生淬硬的M组织，组织，塑韧性塑韧性，甚至产生冷裂纹。，甚至产生冷裂纹。
