金属焊接热影响区的组织和性能

1、123早期：早期：母材主要是低碳钢，母材主要是低碳钢，HAZ一般不会出现什么问题，焊接质量取决一般不会出现什么问题，焊接质量取决于焊缝质量，人们的主要精力用于解决焊缝中可能出现的问题。于焊缝质量，人们的主要精力用于解决焊缝中可能出现的问题。现在：现在：母材材料的品种不断扩大（如低合金高强度钢、高合金特殊钢，母材材料的品种不断扩大（如低合金高强度钢、高合金特殊钢，铝、铜、钛等有色金属的合金等），这些材料大多对加热敏感，有些化铝、铜、钛等有色金属的合金等），这些材料大多对加热敏感，有些化学性质还相当活泼。学性质还相当活泼。HAZ的组织与性能将发生较大的变化，甚至会产生的组织与性能将发生较大的变化，

2、甚至会产生严重的缺陷。严重的缺陷。随着钢材强度、结构的尺寸与板厚不断增加，随着钢材强度、结构的尺寸与板厚不断增加，HAZ脆化倾向增大，产生脆化倾向增大，产生焊接缺陷的可能性增加，焊缝质量不再是决定焊接质量的唯一要素。焊接缺陷的可能性增加，焊缝质量不再是决定焊接质量的唯一要素。4焊接热循环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。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，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。从而会发生不同的组织

3、与性能变化。5 H越快，相变温度提高，均质化和碳化物在奥氏体的溶解也越越快，相变温度提高，均质化和碳化物在奥氏体的溶解也越不充分。不充分。必然影响在冷却过程中热影响区的组织转变及其性能。必然影响在冷却过程中热影响区的组织转变及其性能。678数值模拟数值模拟是指用一组控制方程来描述一个过程的基本参是指用一组控制方程来描述一个过程的基本参数变化关系；数变化关系； 利用数值方法求解，以获得该过程定量的结果。利用数值方法求解，以获得该过程定量的结果。根据焊接传热理论建立了许多描述焊接传热过程的数根据焊接传热理论建立了许多描述焊接传热过程的数学模型学模型( (包括焊接热循环参数包括焊接热循环参数) )。

4、随着计算机的发展和普及，计算机的容量日益增大，随着计算机的发展和普及，计算机的容量日益增大，计算速度也越来越快，过去难以用分析方法求解的非线性问计算速度也越来越快，过去难以用分析方法求解的非线性问题现在可以在计算机上用数值方法迎刃而解。题现在可以在计算机上用数值方法迎刃而解。920mRcE234.0TTycE242. 0TT0m点热源（厚板）：点热源（厚板）： 线热源（薄板）：线热源（薄板）： 由两式可以看出：由两式可以看出：焊件上某点离开热源轴心焊件上某点离开热源轴心距离越远，最高温度距离越远，最高温度m m越低越低；焊件上某一定点，随着焊件上某一定点，随着线能量线能量E E 的提高，其的提

5、高，其m m增高增高，焊接热影响区的，焊接热影响区的宽度增大。宽度增大。峰值温度的高低还受预热温度与焊件热物理性质的影响。峰值温度的高低还受预热温度与焊件热物理性质的影响。1011)TT(2Et0HH20H2)TT(c2)E(tH点热源（厚板）点热源（厚板） 线热源（薄板）线热源（薄板） 由公式可以看出：由公式可以看出：提高线能量提高线能量 E E，高温停留时间，高温停留时间 t tH H 延长，也就是说发生粗晶延长，也就是说发生粗晶脆化的可能性增大。脆化的可能性增大。提高初始温度提高初始温度 T T0 0（预热温度），也会在一定程度上延长高温（预热温度），也会在一定程度上延长高温停留时间停留

6、时间 t tH H。12E)TT(220CC230)E()TT(c2CC 0058T8001T50012Et2020258T8001T5001c4)E(t冷却速度冷却速度c随着线能量随着线能量E和初始温度和初始温度T0的提高而降低的提高而降低，冷却时间随着线能量冷却时间随着线能量E和初始温度和初始温度T0的提高而延长。的提高而延长。母材的热物理性质、焊件的形状、尺寸、接头型式、焊道的长度及层数都母材的热物理性质、焊件的形状、尺寸、接头型式、焊道的长度及层数都会影响焊接热循环参数，会影响焊接热循环参数， 13 14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单层焊时，因为受

7、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。的综合作用，多层焊比起单层焊具有更大的调节范围。多层焊时，对后一焊道面言，前一焊道具有多层焊时，对后一焊道面言，前一焊道具有预热作用预热作用，层间温度相当与预热，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，产生一定热处理热处理效果。效果。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

8、温度即多层焊时，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。为层间温度。1516由图可知，焊件近缝区由图可知，焊件近缝区1点和点和4点所经点所经历的焊接热循环是比较理想的。历的焊接热循环是比较理想的。1点：点：一方面使该点在一方面使该点在Ac3以上停留时以上停留时间较短，避免了晶粒长大，另一方面间较短，避免了晶粒长大，另一方面由于层间的热作用，减缓了冷却速度，由于层间的热作用，减缓了冷却速度，从而防止产淬火组织。从而防止产淬火组织。4点：点：它是在预热基础上开始焊接的，它是在预热基础上开始焊接的，只要焊缝长度控制合适，只要焊缝长度控制合适， Ac3 以上停以上停留时间仍可很短，晶

9、粒不会长大。留时间仍可很短，晶粒不会长大。为了防止最后一层产生淬火组织，可为了防止最后一层产生淬火组织，可另加一层退火焊遵，以增加奥氏体的另加一层退火焊遵，以增加奥氏体的分解时间。分解时间。短短段多层焊对于段多层焊对于晶粒易长大而又易淬火晶粒易长大而又易淬火钢种钢种的热影响区和焊缝具有改善作用。的热影响区和焊缝具有改善作用。 但但短段多层焊的操作十分繁琐，生产率短段多层焊的操作十分繁琐，生产率低，因此除非在特殊的情况下才采用。低，因此除非在特殊的情况下才采用。1718q热处理：热处理：Ac3以上以上100200q焊焊 接：近缝区熔合区接近熔点（低碳钢、低合金钢为接：近缝区熔合区接近熔点（低碳钢

10、、低合金钢为1350）q热处理：随热处理炉缓慢升温（几度热处理：随热处理炉缓慢升温（几度几十度几十度/S）q焊焊 接：采用的热源强烈集中，比热处理快几十到几百倍（手弧焊：接：采用的热源强烈集中，比热处理快几十到几百倍（手弧焊：2001000 /s）q热处理：保温时间可任意控制热处理：保温时间可任意控制q焊焊 接：接： Ac3以上停留时间短（手弧焊以上停留时间短（手弧焊420s，埋弧焊，埋弧焊30100s）q热处理：冷却速度可控制热处理：冷却速度可控制q焊焊 接：为自然条件下冷却接：为自然条件下冷却q热处理：炉中整体加热热处理：炉中整体加热q焊焊 接：局部集中加热，热源在移动接：局部集中加热，热

11、源在移动19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。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。碳化物合金元素的扩散速度小（比碳小碳化物合金元素的扩散速度小（比碳小1000到到10000倍）、同时它们还阻碍碳的扩散。倍）、同时它们还阻碍碳的扩散。导致相变温度进一步升高。导致相变温度进一步升高。见图，见图，45钢奥氏体晶粒开始长大温度低，高温区晶粒粗大；钢奥氏体晶粒开始长大温度低，高温区晶粒粗大；4

12、0 Cr奥氏体晶粒开始长大温度高，高温区晶粒小。奥氏体晶粒开始长大温度高，高温区晶粒小。20焊接快速加热对焊接快速加热对Ac1、Ac3和晶粒长大的影响和晶粒长大的影响d晶粒的平均直径；晶粒的平均直径；A奥氏体；奥氏体；P珠光体；珠光体；F铁素体；铁素体；K碳化物碳化物45钢钢40Cr40CrH ： 11400/s；2270/s； 335/s； 47.5/s)H ：11600/s；2300/s； 442/s； 57.2/s21加热速度对相变点加热速度对相变点Ac1和和Ac3及其温差的影响及其温差的影响22q在奥氏体均质化程度相同的情况下，随着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

13、，钢铁材料的相变温焊接冷却速度的加快，钢铁材料的相变温度度Ac1、Ac3 以及以及Am均均降低降低。q在快冷条件下，共析成分也发生变化，甚在快冷条件下，共析成分也发生变化，甚至得到非平衡状态的至得到非平衡状态的伪共析组织伪共析组织。q这种组织转变特点也是因为奥氏体向铁素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体或珠光体的转变是由扩散过程扩散过程控制的结控制的结果。果。q但应指出，由于奥氏体均质化程度受到焊但应指出，由于奥氏体均质化程度受到焊接加热过程的影响，因而加热过程也会对接加热过程的影响，因而加热过程也会对冷却过程的组织转变产生影响，对此必须冷却过程的组织转变产生影响，对此

14、必须给予充分注意。否则，在分析具体问题时，给予充分注意。否则，在分析具体问题时，可能得出不准确的结论。可能得出不准确的结论。共析成分成为一个成分范围共析成分成为一个成分范围 2345钢在钢在Ms附近，焊接曲线右移，即同样冷却速度条件下，焊接比热处理淬硬倾向大。附近，焊接曲线右移，即同样冷却速度条件下，焊接比热处理淬硬倾向大。40Cr在在Ms附近，焊接曲线左移，即同样冷却速度下，热处理比焊接淬硬倾向大。附近，焊接曲线左移，即同样冷却速度下，热处理比焊接淬硬倾向大。q一方面，熔合线附近晶粒因过热而粗化，增加了奥氏体的稳定性，使淬硬倾向增大；一方面，熔合线附近晶粒因过热而粗化，增加了奥氏体的稳定性，

15、使淬硬倾向增大；q另一方面，钢中的碳化物合金元素另一方面，钢中的碳化物合金元素( (如如CrCr、W W、MoMo、V V、Ti Ti 、Nb )Nb )只有充分溶解在奥氏只有充分溶解在奥氏体的内部，才能增加奥氏体的稳定性体的内部，才能增加奥氏体的稳定性( (即增加淬硬倾向即增加淬硬倾向) )。q在热处理条件下，可以有充分的时间使碳化物合金元素向奥氏体的内部溶解。在热处理条件下，可以有充分的时间使碳化物合金元素向奥氏体的内部溶解。q在焊接条件下，由于加热速度快、高温停留时间短，所以这些合金元素不能充分地溶解在焊接条件下，由于加热速度快、高温停留时间短，所以这些合金元素不能充分地溶解在奥氏体中，

16、因此降低了奥氏体的稳定性，使淬硬倾向降低。在奥氏体中，因此降低了奥氏体的稳定性，使淬硬倾向降低。q正是由于这两方面的共同作用，使冷却过程中马氏体转变临界冷速发生变化，亦促使焊正是由于这两方面的共同作用，使冷却过程中马氏体转变临界冷速发生变化，亦促使焊接连续冷却组织转变图接连续冷却组织转变图( (焊接焊接CCTCCT图图) )上上MsMs点附近的曲线右移或左移。点附近的曲线右移或左移。2425用途：用途：1）确定给定）确定给定时热时热影响区的组织及硬度，影响区的组织及硬度，2）按照热影响区组）按照热影响区组织及硬度的要求确定织及硬度的要求确定所需的所需的例如：例如：若若36s，热影响，热影响区的

17、组织组成约为：区的组织组成约为：10F+5P+85BHV5硬度值为硬度值为240。Q345(16Mn)钢的CCT图26272829温度：温度：固液相线之间，范围很窄固液相线之间，范围很窄特征：特征：焊缝与母材不规则结合，形焊缝与母材不规则结合，形成参差不齐的分界面成参差不齐的分界面组织：组织：组织性能不均，母材一侧晶组织性能不均，母材一侧晶粒大粒大性能：性能：性能不均，对接头的强度、性能不均，对接头的强度、韧性影响大，是裂纹、脆性韧性影响大，是裂纹、脆性破坏发源地破坏发源地30温度：温度：1100（晶粒开始急剧长大的温度）（晶粒开始急剧长大的温度）固相线以下固相线以下特征：特征：加热温度高，在

18、固相线附近，一些加热温度高，在固相线附近，一些难熔质点如碳化物和氮化物等溶入难熔质点如碳化物和氮化物等溶入奥氏体，奥氏体晶粒粗大。奥氏体，奥氏体晶粒粗大。组织：组织：粗大的奥氏体在较快的冷却速度下粗大的奥氏体在较快的冷却速度下形成过热组织形成过热组织魏氏组织魏氏组织性能：性能：韧性很低，韧性下降韧性很低，韧性下降20%30%，塑性低，与熔合区一样，是接头的塑性低，与熔合区一样，是接头的薄弱环节薄弱环节措施：措施：严重时采用焊后正火处理（如电渣严重时采用焊后正火处理（如电渣焊）焊）31温度：温度：Ac31100 特征：特征：加热和冷却过程中经受了加热和冷却过程中经受了两次重结晶相变，使晶粒两次重

19、结晶相变，使晶粒得到显著的细化。得到显著的细化。组织：组织：相当于低碳钢正火处理后相当于低碳钢正火处理后的组织。的组织。性能：性能：较好的综合性能较好的综合性能32温度：温度：Ac1Ac3之间（之间（700850 ）特征：特征：一部分组织发生了相变重结一部分组织发生了相变重结晶过程，形成晶粒细小的铁晶过程，形成晶粒细小的铁素体素体+珠光体，另一部分未珠光体，另一部分未相变的铁素体长大成为粗大相变的铁素体长大成为粗大铁素体。铁素体。组织：组织：组织不均，原始的铁素体晶组织不均，原始的铁素体晶粒和细晶粒的混合区粒和细晶粒的混合区性能：性能：力学性能差。力学性能差。33返回不易淬火钢焊接热影响区的组

20、织分布不易淬火钢焊接热影响区的组织分布34温度：温度：热影响区热影响区AcAc3 3以上以上特征：特征：加热时转变为奥氏体，在快速冷却时，加热时转变为奥氏体，在快速冷却时，淬硬倾向较大，得到淬火组织淬硬倾向较大，得到淬火组织组织：组织：相当于低碳钢过热区的部位为相当于低碳钢过热区的部位为粗大马粗大马氏体氏体，相当于正火区的部位为，相当于正火区的部位为细小马细小马氏体氏体。当焊件母材的淬硬性不是太高。当焊件母材的淬硬性不是太高时，还会出现贝氏体、索氏体等正火时，还会出现贝氏体、索氏体等正火组织与马氏体共存的混合组织组织与马氏体共存的混合组织性能：性能：塑性、韧性差塑性、韧性差35温度：温度： A

21、c1Ac3之间之间特征：特征：加热时珠光体等转变为奥氏体，冷加热时珠光体等转变为奥氏体，冷却时得到淬火组织；原铁素体保却时得到淬火组织；原铁素体保持不变，有不同程度长大持不变，有不同程度长大组织：组织：马氏体马氏体+铁素体。如含碳量和合金铁素体。如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，元素含量不高或冷却速度较小时，奥氏体也可能转变成索氏体或珠奥氏体也可能转变成索氏体或珠光体。光体。性能：性能：塑性、韧性有所降低塑性、韧性有所降低36温度：温度： 焊前母材的回火温度以上焊前母材的回火温度以上 Ac1以下以下特征：特征：对于加热温度高于焊前回火温度的部对于加热温度高于焊前回火温度的部分，相当于

22、又进行了更高温度的回火分，相当于又进行了更高温度的回火处理处理组织：组织：回火组织回火组织性能：性能：出现出现回火软化现象回火软化现象3738母材的淬硬倾向（内因）母材的淬硬倾向（内因）HAZ的冷却速度（外因）的冷却速度（外因）化学成分化学成分焊接规范焊接规范39含碳量越高，越容易得到马氏体组织，含碳量越高，越容易得到马氏体组织，含碳量越高，马氏体的硬度越高。含碳量越高，马氏体的硬度越高。q溶于奥氏体时提高淬硬性溶于奥氏体时提高淬硬性(和淬透性和淬透性)；q而形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为非马氏体相变形核的核心，促进细化而形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为非马氏体相变形核的核心，促进细化晶

23、粒，使淬硬性下降。晶粒，使淬硬性下降。405Mo156Mn)(VCrNiCuCIIWCEBVMoNiCrCuMnSiC51015602030Pcm41降低冷却速度，一定程度上可降低降低冷却速度，一定程度上可降低HAZHAZ的硬化性；的硬化性；高温停留时间高温停留时间t tH H越长，晶粒粗化，易使合金元素溶于奥氏体，会提高淬硬性越长，晶粒粗化，易使合金元素溶于奥氏体，会提高淬硬性42不同材料的焊接热影响区不同材料的焊接热影响区及热影响区的不同部位都会发生及热影响区的不同部位都会发生程度不同的材料脆化。程度不同的材料脆化。粗晶脆化粗晶脆化组织脆化组织脆化析出脆化析出脆化热应变时效脆化热应变时效脆

24、化氢脆化及石墨脆化氢脆化及石墨脆化 43q钢中含有碳、氮化物形成元素，就钢中含有碳、氮化物形成元素，就会阻碍晶界迁移，防止晶粒长大。会阻碍晶界迁移，防止晶粒长大。例如例如18CrWV18CrWV钢，晶粒显著长大温度钢，晶粒显著长大温度可达可达11401140之高之高q不含碳化物元素的不含碳化物元素的23Mn23Mn和和4545号钢，号钢，超过超过10001000晶粒就显著长大。晶粒就显著长大。晶粒直径晶粒直径d d 对脆性转变温度对脆性转变温度VTVTrsrs的影响的影响应当注意脆化程度和粗晶区的组织有关：应当注意脆化程度和粗晶区的组织有关： 对于不易淬火钢，主要是晶粒长大，形成粗大魏氏组织对

25、于不易淬火钢，主要是晶粒长大，形成粗大魏氏组织(W)；降低焊接；降低焊接线能量，提高冷却速度，可提高韧性。线能量，提高冷却速度，可提高韧性。 对于易淬火钢（如高碳低合金高强钢），提高冷却速度会产生脆硬的对于易淬火钢（如高碳低合金高强钢），提高冷却速度会产生脆硬的孪晶孪晶M，使脆性增加。应适当提高焊接线能量，降低冷却速度。，使脆性增加。应适当提高焊接线能量，降低冷却速度。44q低碳低合金高强钢：组织脆化主要是低碳低合金高强钢：组织脆化主要是M-A组元、上贝氏体、粗大的魏氏组织组元、上贝氏体、粗大的魏氏组织等所造成。等所造成。q含碳量较高的钢（含碳量较高的钢（0.2）：组织脆化主要是高碳马氏体。）

26、：组织脆化主要是高碳马氏体。qM-A组元是焊接高强钢时在一定冷却速度下形成的。它组元是焊接高强钢时在一定冷却速度下形成的。它不仅出现在热影响区，不仅出现在热影响区，也出现在焊缝中。也出现在焊缝中。q粗大的奥氏体冷却过程中先形成铁素体，而使残余奥氏体的碳浓度增高，随粗大的奥氏体冷却过程中先形成铁素体，而使残余奥氏体的碳浓度增高，随后这种高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残余奥氏体的混合物，即后这种高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残余奥氏体的混合物，即M-A组元。组元。 qM-A组元分布在粗大铁素体基底上的组织称为粒状贝氏体。组元分布在粗大铁素体基底上的组织称为粒状贝氏体。qM-A组元只在生成上贝氏体的

27、冷却条件下才能观察到，组元只在生成上贝氏体的冷却条件下才能观察到，冷速太快和太慢冷速太快和太慢都不都不能产生能产生M-A组元。组元。 q焊缝和焊缝和HAZ有有M-A组元存在时，会降低接头韧性。组元存在时，会降低接头韧性。45q在焊接碳化物或氮化物形成元素的钢时，在过热区母材中原有第二相（各类碳、在焊接碳化物或氮化物形成元素的钢时，在过热区母材中原有第二相（各类碳、氮化物的沉淀相）经一定温度和一定时间后沿晶界不均匀析出，或发生聚集，氮化物的沉淀相）经一定温度和一定时间后沿晶界不均匀析出，或发生聚集，或沿晶界以薄膜状分布，或沿晶界以薄膜状分布，阻碍位错运动阻碍位错运动，从而使金属的强度和硬度提高，

28、造成，从而使金属的强度和硬度提高，造成脆化。脆化。q若析出物以若析出物以细小弥散细小弥散的质点均匀地分布在晶内和晶界时，不但不发生脆化，还的质点均匀地分布在晶内和晶界时，不但不发生脆化，还将有利于改善韧性。将有利于改善韧性。q杂质元素（如杂质元素（如S、P、Sn、Sb等）在晶界的偏析也会严重损害韧性。钢中杂质等）在晶界的偏析也会严重损害韧性。钢中杂质元素越多，脆性越严重，因为这些杂质元素将降低金属的结合能。因此，母材元素越多，脆性越严重，因为这些杂质元素将降低金属的结合能。因此，母材纯度越低，近缝区的韧性越难控制。纯度越低，近缝区的韧性越难控制。q 应指出，应指出，强度和硬度提高并不一定发生脆

29、化强度和硬度提高并不一定发生脆化（如（如时效马氏体钢时效马氏体钢等）。但等）。但发生脆发生脆化必然伴随强度和硬度的提高化必然伴随强度和硬度的提高。46HAZ焊缝焊缝封头封头产生应变时效脆化的原因：产生应变时效脆化的原因：主要是由于应变引起位错增殖，焊接热循环时，碳、氮原子析集到主要是由于应变引起位错增殖，焊接热循环时，碳、氮原子析集到这些位错的周围形成所谓这些位错的周围形成所谓Cottrell气团，气团，对位错产生钉扎和阻塞对位错产生钉扎和阻塞作用而使作用而使材料脆化。材料脆化。明显产生热应变时效脆化的部位是明显产生热应变时效脆化的部位是HAZ的熔合的熔合区和区和Ar1以下的亚临界以下的亚临界

30、HAZ（200400）47q特征是强度和硬度增高，而塑性、韧性下降。特征是强度和硬度增高，而塑性、韧性下降。q只有钢中存在碳、氮自由间隙原子时才会产生这种现象。只有钢中存在碳、氮自由间隙原子时才会产生这种现象。q在室温或低温下受到预应变，如工件下料、剪切、弯曲成形等，随后加在室温或低温下受到预应变，如工件下料、剪切、弯曲成形等，随后加热产生的时效脆化现象。热产生的时效脆化现象。q因加热预应变的同时，氮、碳的扩散也在进行，所以称为因加热预应变的同时，氮、碳的扩散也在进行，所以称为“动动”。q焊接热影响区的热应变脆化多数是由动应变时效所引起。焊接热影响区的热应变脆化多数是由动应变时效所引起。q通常

31、所说的通常所说的“蓝脆性蓝脆性”就属于动应变时效脆化现象。就属于动应变时效脆化现象。4849调质钢焊接调质钢焊接HAZ的硬度分布的硬度分布A焊前淬火焊前淬火+低温回火；低温回火；B焊前淬火焊前淬火+高温回火；高温回火；C焊前退火焊前退火 1淬火区；淬火区；2部分淬火；部分淬火；3回火区回火区q焊接调质处理后的钢（特别是焊接调质处理后的钢（特别是中碳调质钢），在重新加热到中碳调质钢），在重新加热到超过超过它的调质处理时的它的调质处理时的回火温回火温度度后就会出现软化问题。后就会出现软化问题。q焊前所处的焊前所处的热处理状态不同热处理状态不同，软化区的温度范围和软化程度软化区的温度范围和软化程度有

32、很大差别。有很大差别。q母材焊前调质处理的回火温度母材焊前调质处理的回火温度越低越低，焊后，焊后HAZHAZ软化区域软化区域越宽越宽，它相对于母材的软化程度也它相对于母材的软化程度也越越大大。5051q合金时效过程中，由于析出不同的合金时效过程中，由于析出不同的脱脱溶产物溶产物而使其强化。而使其强化。q低温时效时以形成原子低温时效时以形成原子偏聚区（即偏聚区（即GP区）区）为主，其强化作用来源于形成为主，其强化作用来源于形成GP区时造成的应力场对区时造成的应力场对位错运动的阻碍位错运动的阻碍作用。作用。q经低温时效的合金重新加热到较高温经低温时效的合金重新加热到较高温度时，低温下形成的度时，低

33、温下形成的GP区将区将迅速溶解迅速溶解于基体中，于基体中，GP区所造成的强化效果也区所造成的强化效果也随之消失。随之消失。 LD2铝合金铝合金HAZ的软化现象的软化现象( (HR为表面洛氏硬度为表面洛氏硬度) () (自动自动TIG焊焊) )52q采用低碳微合金化钢：采用低碳微合金化钢：利用微量元素弥散强化、固溶强化，提高利用微量元素弥散强化、固溶强化，提高材料的热稳定材料的热稳定性性（控制析出相的尺寸及母材晶粒尺寸）。这些钢在焊接热影响区可获得韧性（控制析出相的尺寸及母材晶粒尺寸）。这些钢在焊接热影响区可获得韧性较高的组织较高的组织针状铁素体、下贝氏体或低碳马氏体，同时还有弥散分布的强针状铁

34、素体、下贝氏体或低碳马氏体，同时还有弥散分布的强化质点。化质点。q 采用控轧工艺：采用控轧工艺：得到得到细晶粒钢细晶粒钢。q采用炉内精练、炉外提纯等一系列工艺：采用炉内精练、炉外提纯等一系列工艺：使钢中的杂质使钢中的杂质(S、P、N、O等等)含量极含量极低，加之微量元素的强化作用，而得到低，加之微量元素的强化作用，而得到高纯度、细晶粒的高强度钢高纯度、细晶粒的高强度钢。这些钢有。这些钢有很高的韧性，热影响区的韧性相应也有明显的提高。很高的韧性，热影响区的韧性相应也有明显的提高。在母材选用上，必须注重合理性。也就是说，钢材的质量与价格应与产品在母材选用上，必须注重合理性。也就是说，钢材的质量与价

35、格应与产品的重要性及工作条件相匹配，而不是一味追求高质量。的重要性及工作条件相匹配，而不是一味追求高质量。53q焊后热处理焊后热处理(如正火或正火加回火如正火或正火加回火)可以改善组织，有效提高性能，是重可以改善组织，有效提高性能，是重要产品制造中常用的一种工艺方法。要产品制造中常用的一种工艺方法。q但对大型的、复杂的或在工地装配的结构，即使采用局部热处理也很困但对大型的、复杂的或在工地装配的结构，即使采用局部热处理也很困难，因此焊后热处理的应用很有局限性。难，因此焊后热处理的应用很有局限性。5455焊接热模拟技术从焊接热模拟技术从2020世纪世纪4040年代开始年代开始, , 在在美国、前苏

36、联美国、前苏联及日本及日本等国家兴起。后来各国对该项技术及其装置的研究都等国家兴起。后来各国对该项技术及其装置的研究都非常重视非常重视, , 并取得了很大的进展。并取得了很大的进展。我国从我国从2020世纪世纪6060年代年代开始研究焊接热模拟技术开始研究焊接热模拟技术, , 相继推相继推出各种类型的焊接热模拟试验机出各种类型的焊接热模拟试验机, , 利用这项技术为我国的国民利用这项技术为我国的国民经济发展做出了贡献。经济发展做出了贡献。目前我国材料及热加工模拟技术已取得了很大的进步目前我国材料及热加工模拟技术已取得了很大的进步, , 该领域的研究和应用已达到了很高的水平该领域的研究和应用已达

37、到了很高的水平, , 由于计算机技术的由于计算机技术的发展发展, , 材料及加工模拟技术已经成为材料科学中非常活跃的研材料及加工模拟技术已经成为材料科学中非常活跃的研究领域。物理模拟及数值模拟技术使材料科学的研究究领域。物理模拟及数值模拟技术使材料科学的研究“定量定量化化”及及“科学化科学化”, , 不再是不再是“定性定性“的经验型的低水平研究。的经验型的低水平研究。热模拟技术对于推动材料科学的发展具有重要意义。热模拟技术对于推动材料科学的发展具有重要意义。56q焊接接头的力学性能是指焊缝和焊接接头的力学性能是指焊缝和HAZ的综合力学性能。对某些材料，的综合力学性能。对某些材料，如低合金高强钢

38、，如低合金高强钢，HAZ是接头中的薄弱环节，接头性能往往取决于是接头中的薄弱环节，接头性能往往取决于HAZ的力学性能。的力学性能。q由于由于HAZ十分狭窄，且又分为组织特征极不相同的许多更小的区域，十分狭窄，且又分为组织特征极不相同的许多更小的区域，因此，常规试验只能反映因此，常规试验只能反映HAZ整体性能，不能反映各小区性能。整体性能，不能反映各小区性能。q焊接热模拟试验方法就是在上述情况下提出来的，其目的就是用来焊接热模拟试验方法就是在上述情况下提出来的，其目的就是用来研究焊接热影响区中各个小区的组织和性能的变化规律。研究焊接热影响区中各个小区的组织和性能的变化规律。 5758采用热模拟技

39、术采用热模拟技术, , 就可以在一定尺寸的试件上就可以在一定尺寸的试件上, , 模拟焊接热循环及模拟焊接热循环及焊接应力应变对焊接热影响区中某个区段的影响焊接应力应变对焊接热影响区中某个区段的影响, , 从而研究该区段的组从而研究该区段的组织及性能的变化规律织及性能的变化规律。利用该项技术可以研究金属的焊接性。利用该项技术可以研究金属的焊接性, ,主要应用有：主要应用有：q研究焊接热影响区不同区段的组织及力学性能研究焊接热影响区不同区段的组织及力学性能q研究焊接热影响区的粗晶脆化研究焊接热影响区的粗晶脆化q研究焊接热影响区的热应变脆化研究焊接热影响区的热应变脆化q研究冷裂纹、热裂纹、再热裂纹及

40、层状撕裂的形成条件及产生机理研究冷裂纹、热裂纹、再热裂纹及层状撕裂的形成条件及产生机理q绘制焊接连续冷却转变图绘制焊接连续冷却转变图(SHCCT(SHCCT图图) )此外此外, , 还可以应用于金属材料的热强性、热塑性、热疲劳、高温蠕还可以应用于金属材料的热强性、热塑性、热疲劳、高温蠕变、动态再结晶等方面的研究工作。变、动态再结晶等方面的研究工作。冶金工业中的铸钢高温流变行为、连铸钢的高温力学性能以及变形冶金工业中的铸钢高温流变行为、连铸钢的高温力学性能以及变形速度对不同温度下材料强度的影响速度对不同温度下材料强度的影响, , 模拟轧制、模拟锻造工艺等方面也模拟轧制、模拟锻造工艺等方面也成功地应用了焊接热模拟技术。成功地应用了焊接热模拟技术。59例如例如: :模拟焊接冷裂纹模拟焊接冷裂纹模拟焊接冷裂纹的模拟焊接冷裂纹的淬硬组织、氢的聚集、拘束应力淬硬组织、氢的聚集、拘束应力等三个因素等三个因素q利用焊接热模拟试验机对试样进行按照给定程序的加热及加载；利用焊接热模拟试验机对试样进行按照给定程序的加热及加载；q试样加热到峰值温度后试样加热到峰值温度后, , 冷却到冷却到900 900 左右时左右时, , 对试进行恒温充对试进行恒温充氢；氢；q然后按规定的冷却速度冷却。在冷却过程中然后按规定的冷却速度冷却。在冷却过程中, , 控制其应