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第二章 焊接热影响区的组织和性能 第二章 焊接热影响区的组织 第一节 焊接热循环 一、焊接热循环的主要参数 1.加热速度( WH ) 2.加热的最高温度( Tm ) 3.在相变温度以上的停留时间(tH) 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（ t8/5 、t8/3 、t100 ） （一） 加热速度(ωH ) 焊接条件下的加热速度比热处理条件下要快的多，并随加热速度的提高，则相变温度但随之提高，同时奥氏体的均质化和碳化物的溶解也越不充分。因此，必然会影响到焊接HAZ冷却后的组织与性能。 加热速度与许多因素有关，例如不同的焊接方法、焊接线能量、板厚及几何尺寸，以及被焊金属的热物理性质等。低合金钢几种常用的焊接方法的加热速度、冷却速度等有关数据见表4-l所示。 （二）加热的最高温度（Tm） 金属的组织和性能除化学成分的影响之外,主要与加热的最高温度Tm 和冷却速度ωc有关。例如低碳钢和低合金钢焊接时，在熔合线附近的过热区，由于温度高(1300～1350℃)，晶粒发生严重长大，从而使韧性严重下降。 （三）在相变温度以上的停留时间（th） 在相变温度Th以上停留的时间越长，越有利于奥氏体的均质化过程，但温度太高时(如1100℃以上)即使停留时不长，也会产生严重的晶粒长大。为便于分析研究，把高温停留时间th分为加热过程的停留时间t’和冷却过程的停留时间t’’,即th ＝t’十t’’(参见图4-5)。 （四）冷却速度(ωc)和冷却时间(t8/5、t8/3、t100) 冷却速度是决定焊接HAZ组织性能的主要参数，如同热处理时的冷却速度一样。应当指出，焊接时的冷却过程在不同阶段是不同的。这里所讨论的是指一定温度范围内的平均冷却速度，或者是冷至某一瞬时温度Tc的冷却速度。对于低合金钢的焊接来讲，有重要影响的是熔合线附近冷却过程中约540℃的瞬时冷却速度(见图4-5的C点)。 二.多层焊热循环的特点 （一）长段多层焊焊接热循环 （二）短段多层焊焊接热循环 所谓短段多层焊，就是每道焊缝长度较短(约为50～ 400mm)，在这种情况下，未等前层焊缝冷却到较低温度(如Ms点)就开始焊接下一道焊缝。短段多层焊的热循环如图4-18所示。 第二节 焊接热循环条件下的 金属组织转变特点 特点： 一、焊接时加热过程组织转变特点 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.因为Ａ均质化属扩散过程。在快速加热条件下，来不及完成扩散过程。 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,产生热裂纹,冷裂纹. 二.焊接时冷却过程组织转变特点 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:在新钢种投产之前,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,即估计组织及预测性能. 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 （一）母材化学成分的影响 焊接条件下的CCT曲线的形状(实际上是代表钢种的淬硬倾向)，从根本上来说取决于母材的成分，这一点与热处理条件下的CCT图是一致的。 除钴之外，所有固溶于奥氏体的合金元素都使S曲线向右移，即增加淬便倾向，并降低Ms点，其中以碳的影响为最大。由金属学原理可知，由于成分不同，在同一冷却速度下，则得到不同的组织，因而硬度也不同。 （二）冷却速度的影响 高温形成的奥氏体，因冷却速度不同，可得到不同的转变产物。冷却速度对相变的影响，随着冷却速度的增高，对于Fe-C合金来讲，A1、A3 、 Acm均移向更低的温度。同时共析成分也由C0．83%转为C0．4％～0．8％，也就是说在快速冷却条件下，C0．4％的钢就可以得到全部为珠光体的组织(伪共析组织)。 在焊接条件下，加热和冷却都比较快，对相变必然会有较大的影响。因此，CCT图形有变动，有时为了改善焊接热影响区的组织，适当调整焊接线能量和采用预热及后热等措施，以降低冷却速度。 应当指出．当钢中含有碳化物或氮化物形成元素时，只有它们固溶于奥氏体之后，才能增加奥氏体的稳定性。焊接时，加热速度很快，碳化物或氮化物并未溶解于奥氏体中，因而在快速冷却条件下，反而会降低奥氏体的稳定性，使奥氏体提前转变。 必威体育精装版的研究表明，冷却速度增大时，Ms有所上升，并且会改变马氏体的形态。