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第四章 焊接热影响区组织和性能 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 3)CCT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 §4-1 焊接热循环 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。 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 §4-2 焊接热循环条件下的金属组织转变特点 特点： 一、快速加热的金属组织转变特点 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. 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. 二.连续冷却时的金属组织转变特点 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. 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 §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 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 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. 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. 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。 2)碳当量及冷却时间t8/5 与HAZ最高硬度Hmax 的关系 3）焊接HAZ最高硬度的计算公式 (1)国产钢硬度计算公式 当t8/5 tM100 Hmax=292+812C 当t8/5 tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm –81lg t8/5 (2)铃木公式 组织脆化 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 （四）调质钢焊接HAZ的软化 1、调质钢焊接时 HAZ的软化 2、热处理强化合金焊接HAZ的软化 （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 §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 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(Tmax) 3.在高温的停留时间(tH) 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（t8/5） 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。 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