焊接冶金学 第四章 焊接热影响区的组织和性能.ppt

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3CCT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,１.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。,15,２.加热速度对Ａ均质化影响,加热速度不但对相变点有影响,对Ａ均质化也有影响.３.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.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,塑性和裂纹倾向影响硬度的因素。,30,1碳当量（CarbonEquivalent,,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t8/5tM100Hmax52.0147.0Pcm–81lgt8/52铃木公式,HmaxHV101401089Pcm–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,36,37,3）.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Tmax3.在高温的停留时间tH4.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组织转变有何不同,46,5、建立低合金钢HAZ最大硬度计算公式有可意义6、何谓HAZ的热应变时脆性在焊接工艺上如何防止7.如何提高焊接HAZ的韧化在焊接工艺上如何防止8.何谓“组织遗传”受哪些因素影响如何改善9.中碳调质钢焊接HAZ软化的机制应如何改善和控制,47,本章结束谢谢观看,