金属成型5.焊接热影响区的组织和性能.ppt

材料成形原理（焊接部分） 一、研究焊接热循环的意义 焊接热循环——在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。 焊件上距热源远近不同的位置，所受到热循环的加热参数不同，从而会发生不同的组织与性能变化。 二、焊接热循环的参数及特征 二、焊接热循环的参数及特征 二、焊接热循环的参数及特征 三、焊接热循环参数的计算 主要介绍焊接热源高速运动时厚板和薄板的热循环参数的计算（推导过程略）： 峰值温度Ｔm的计算 相变温度以上的停留时间tH 的计算 冷却速度ωC和冷却时间的计算 三、焊接热循环参数的计算 三、焊接热循环参数的计算 三、焊接热循环参数的计算 三、焊接热循环参数的计算 冷却时间： 厚板 薄板 三、焊接热循环参数的计算 为了方便，在理论计算的基础上建立了不同条件下从线算图上直接获取 t8/5或 t8/5的图解法。手弧焊、 CO2 气体保护焊和埋弧焊时的 t8/5线算法如图所示。 四、多层焊焊接热循环的特点 焊接生产中常采用多层焊接，研究多层焊接热循环的传热特点具有更为普遍意义。从提高焊接质量来看，多层往往具有很大的优越性： 热循环参数调节范围大： 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节功率和焊速，焊接热循环的调整也受到了限制。多层焊是许多单层热循环联合在一起的综合作用，多层焊比起单层焊具有更大的调节范围。 相邻焊层之间彼此具有热处理的作用： 多层焊时，对后一焊道面言，前一焊道具有预热作用，层间温度相当与预热温度；对前一焊道来说，后一焊道起后热作用，产生一定热处理效果。 多层焊主要考虑焊道层数和层间温度： 层间温度——多层焊时，开始焊接后一焊层时前一层焊道所具有的最低温度即为层间温度。 多层焊可分为“长段多层焊”和“短段多层焊”。 四、多层焊焊接热循环的特点 1、长段多层焊接热循环 长段多层焊——就是每次焊缝的长度较长( 1.0～1.5m )，当焊完第一层再焊第二层时，第一层已基本冷却到较低的温度(约100～200℃)。 四、多层焊焊接热循环的特点 2、短段多层焊接热循环 短段多层焊——就是每层的焊缝长度较短 (约 50～400mm )，还未等前一层焊缝冷却到较低温度（如Ms点）就开始了下一层的焊接。 一、焊接过程的特殊性 与热处理条件相比，焊接热循环的特点： ① 加热温度高 热处理：Ac3以上100~200℃ 焊 接：近缝区熔合区接近熔点（低碳钢、低合金钢为1350℃） ② 加热速度快 热处理：随热处理炉缓慢升温（几度~几十度/S） 焊 接：采用的热源强烈集中，比热处理快几十到几百倍（手弧焊：200~1000 ℃/s） ③ 高温停留时间短 热处理：保温时间可任意控制 焊 接： Ac3以上停留时间短（手弧焊4~20s，埋弧焊30~100s） ④ 自然条件下冷却 热处理：冷却速度可控制 焊 接：为自然条件下冷却 ⑤ 加热的局部性和移动性 热处理：炉中整体加热 焊 接：局部集中加热，热源在移动 二 、焊接时加热过程组织转变的特点 由于焊接热影响区升温速度快、高温停留时间短及冷却速度快，使得与扩散有关的过程都难于进行，从而影响到组织转变的过程及其进行的程度，由此出现了与等温过程和热处理过程的组织转变明显不同的特点。 1、组织转变向高温推移 加热速度越快，实际相变温度Ac1、Ac3越高，且 Ac1和Ac3的温差越大。见图、表 珠光体和铁素体转变为奥氏体的过程是扩散重结晶过程，需孕育期。快速加热时，低温时来不及完成的扩散过程，会在更高温度下进行，从而导致相变温度升高。 随钢中碳化物形成元素（如Cr、W、Mo、V、Ti、Nb）增多， Ac1、Ac3的增高越显著。 碳化物合金元素的扩散速度小（比碳小1000到10000倍）、同时它们还阻碍碳的扩散。导致相变温度进一步升高。 2、奥氏体均质化程度降低、部分晶粒严重长大 加热速度越快，相变以上停留时间越短，对已形成的奥氏体的均质化过程越不利，均质化程度越差。 见图，45钢奥氏体晶粒开始长大温度低，高温区晶粒粗大； 40 Cr奥氏体晶粒开始长大温度高，高温区晶粒小。 三 、焊接时冷却过程组织转变的特点 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Am均降低。 在快冷条件下，共析成分也发生变化，甚至得到非平衡状态的伪共析组织。 这种组织转变特点也是因为奥氏体向铁素体或珠光体的转变是由