焊接接头的性能和影响因素

第

八

章焊

接

接

头

的

性

能

及

其

影

响

因

素一节焊接

接

头二节焊

接

热

循

环三节

焊缝的

金

属

组

织

和

性能四节熔合区和

热

影响区的

组

织

和

性

能五

节

影响焊

接

接

头

性

能的因

素

及

其处理方

法主要第第

第

第第内

容第

一

节

焊

接

接

头焊

接

接

头

是

基

本

金

属

或

基

本

金

属

和

填

充

金

属

在

高

温

热

源

的

作

用

下

，

经

过

加

热

和

冷

却

过

程

而

形

成

不

同

组

织

和

性

能

的

不

均

匀

体

。在

熔

化

焊

的

条

件

下

，

焊

缝

及

其

邻

近

的

母

材

组

织

及

性

能

发

生

变

化

的

区

域

共

同

组

成焊

接

接

头

。毙

一.

焊

接

接

头的

组

成聚—

一粪焊接接头一般由三个区域组成

：浆

(

1

)

焊缝浆

(

2

)

熔

合

区浆

(

3

)

热

影

响

区1.

焊

缝卷焊缝是焊接接头的主体，张

焊

缝

金

属

是

焊

接

时

由

填

充

金

属

(

焊

条

、

焊

丝

)

和

部

分

基

本

金

属

经

过

熔

化、结晶凝固而形成的。浆焊

缝区的宽

度取

决

于

坡口型式

和

焊

接

线

能

量

。2.

热

影

响

区浆—--粪

受

焊

接

热

循

环

作

用

，

组

织

和

性

能

发

生

变

化

的基

本

金属

部

分

。毙

热

影响

区

的

宽

度

主

要

取

决

于

焊

接

线能量的大小。张3.熔合区器熔合区是焊缝区和热影响区的交

界

处

，

在

焊

接

过

程

中

，

处

于

固

、液

状

态

的

半熔

化

区

。浆

熔

合

区

一

般很窄,约有0.1～0.4mm

宽，常

称

熔

合

线，

在

合

金

钢

焊

接

接

头中

很

难区

分

出

熔

合区

。

焊

接

接

头

的

特

点

：(

1

)

具

有

组

织

和

性

能

的

不

均

匀(

2

)

易

产

生

各

种

焊

接

缺

陷

，(

3

)

存

在

着

应

力

集

中

、

焊

接

残

焊

接

变

形

等

。性

，余

应

力

、第

二

节

焊

接

热

循

环

.焊接热循环的特点1.

概

念焊

接热

循

环

是

指

在

焊

接

热

源的

作

用下

，焊件

上

某点的

温

度随

着时间由低

而

高、

又由

高

而

低

的

变

化

过

程

。在加热

和

冷

却

过

程中，焊

件上

不

同位

置

所经

受的热

循

环

状

态

是

不同的，靠

焊

缝

越近

的

位

置

，

被

加

热

的

最

高

温

度

越

高

，

反

之

，

越

远

的

位

置

被

加

热

的

最

高

温

度

越

低

。2

.

.

基

本

要

素(1)

加

热

速

度(

2

)

最

高

加

热

温

度(

3

)

高

温

停

留

时

间

(

4

)

冷

却

速

度t8-/5

焊接接头由8

0

0℃冷

却到

5

0

0℃所需的时

，这

个

温

度

区

域

是

焊

缝

金

属

固

态

相变过程

，

其值

大

小

，对

焊

缝

金

属

的

充

分

转变、过热过程或淬硬倾向均有一定影响。间●心3.焊

接

热

循

环

特

性

指

标反映

焊

接

热

循

环

特

性

的

指

标

主

要

有

-

2

个

过和ts/s。焊

接

接

头

在11

0

0℃以

上

高

温的

停

留

时

其值

越大，

焊

接

接

头的组

织

与

性

能

越4.焊

接

热

循

环

的

主

要

特

点—-*-——-*-——-*--—-*----*--———

.—-*-——

--—1

)

急

剧

加

热

且

温

度

高

，

熔

池

(

焊

缝

)

附

近

最

高

加

热

温

度

比

一

般

热

处

理

加

热

温

度

都

高

，

故

发

生

过

热

，

致

使

该

区

晶

粒

长

大

粗

化严重

。

2

)

急

速

冷

却

且

速

度

快

，

从

而

致

使

焊

接接

头

容

易

发

生

淬

硬

，

形

成

淬

硬

组

织

，

加

剧

了

焊

接

冷

裂

纹

的

产

生

。

、影

响

焊

接

热

循

环

的

因

素影

响

焊

接

热

循

环

的

因

素

主

要

有

焊

接

方

法

、焊接规范*焊接线能量、预热和层何温度、*焊件

厚

度

和

接

头

型

式

及

材

料

本

身

的

导

热

性

等

。1.焊

接

方

法焊接方

法

不同，加热

速

度、高温

停留时间和

焊

后冷却

速

度

都

会

有

所

不同。气

焊

加热

速

度

慢，

冷却速

度

也

慢，高

温

停留时间长；而

钨极

氩

弧

焊

，

则

加热

速

度

快，

冷

却

速

度

也

快，高

温

停留

时间

较短

。2

。

焊

接

规

范

及

线

能

量

的

影

响_

焊接规范指焊接时的主要工艺参数，

_也就是保证煜接质量而选_

定的各物理量，如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。焊接线能量是单位长度焊缝内输入的焊接能量，对电弧焊常用

下式表示：Q=IU/uQ-----线能量，J/cmI----

焊接电流，AU-焊接电压，V

v—焊速，cm/s焊接线能量越大，热影响区越宽，加热到1100℃以上高温区域也就越宽，而且t和ts/s越大，焊接线能量偏小时，不利于焊缝的熔透和成形，因此焊接线能量必须在一个合理的范围才能保证焊接接头具有良好的性能。一般通过焊接规范来调整焊接线能量，不同的焊接方法，在常规规范条件下，焊接线能量的差别较大，埋弧焊时焊接线能量较大，手工电弧焊次之、钨极氩弧焊最小。3.

预

热

与

层

间

温

度

的

影

响----焊接性差的钢材，

--般要采取预热和保持屎-

间温度的技术措施，以降低焊接接头的冷却速

度，降低焊接过程的淬硬倾向

，防止裂纹

的产

生

。金属材料预热温度一

般不

超

过350℃,在低

温

(600℃)时对冷却

速

度能起到显著的降低作

用

，对t值影响

不

大

，所

以预热对焊接线

能量

不

起

增强

作

用，

对

焊

接

热

循

环

是

有

利的

。在多层多道焊接中，层间温度一般等

于或略

高于预热温度，控制层间温度的

目的在于降低焊

接

接

头

在

低

温

时

的

冷

却

速

度

，

有

利

于

焊

接

热

循

环

的

作

用

。4.

连

接

结

构

和

钢

材

性

能

的

影

响---焊缝处的连接结构是由焊件厚度和按头型

式--

决

定

的

，

焊

件

厚

度

越

大

，

焊

接

接

头

的

相

对

冷

却速度越大，tgs越小；当焊缝为角接接头时，其冷却速度比对接接头速度要大，

tys比对接接头焊缝要小钢材的导热性能对焊接热循环具有直接的影响，导热性不同的钢材在相同的线能量条件下，

焊接接头的t过和tgs是不同的，导热性好的钢材t

和ts/s都小手导热性差的钢材。粪第三节

焊缝的金属组织和性能浆熔

池中的

金

属

从

液

态

变

为固

态的

这

种

过

-----程称为熔池的一次结晶。器熔池凝固后的焊缝金属从高温冷却到室

温时，还会发生固态的相变，

产

生

不同

。固

态

相

变

过

程

称

为浆焊

缝

金

属

组

织除

与

化

学

成

分

有

关

外，

在

很大

程

度

上

取决

于

这

两

次

结晶的

特

征

，而焊

缝

金

属的

性能

与

其

组

织

有

密

切

关

系

。结这二缝属。缝组浆一、焊接熔池的一次结晶器

1

.

结晶

过

程

的

特

点—-4-——-浆

(1

)

熔

池

的

体

积

小

、

冷

却

速

度

快

；浆

(

2

)

液

态

金

属

温

度

高

；浆

(

3

)

运

动

状

态

下

结晶

；浆

(4

)以散热

方向向焊缝中呈柱

状

生

长

。浆2.

组

织

特

征

与

组

织

偏

析--

-

柱

状

晶是

一次

结

喆的

组

织

特

征张由于冷却速度极快，

相内的成分来不及趋于

一致，所以保持着结晶先后而产生成分不均

匀性，

这种不均匀性就是晶内偏析，浆二、焊缝金属的二次结晶蔡焊缝熔池金属二次结晶后的组织基不是

柱

状奥氏

体，

在

冷

却

至

室

温的

过

程中

，

。组。织

转

变

，

这

就

是

焊晶生二还属金粪1.低碳钢的焊缝组织粪低碳钢的焊缝组织含碳量低，组织一般

---为粗大的柱状铁素体和少量珠光体，如果高

温

停留时间

过

长(如气

焊、电渣

焊

)

焊

缝

还

会出

现

魏氏

组

织。多

层

多

道

焊

时

，

后

一

层

焊

道

对

前

一

层

焊

道

有

热

处

理

作

用

，

部分柱状晶可转化为细小的等轴晶，其

金属组织为细小的铁素体和少量的珠光

体

。粪2.低合金高强度钢的焊缝组织粪低

合金

钢

合

金

元

素

含

量

较

小

时，

其

焊

缝

---组织与低碳钢相似，

在一般冷速条件下-为

铁

素

体

加

少

量

珠

光

体

，冷速过大时，

也会产生粒状贝氏体。浆合金

元

素

含

量

较

高

时，

淬

硬

性

较

好的

低合金高强

度

钢

焊

缝

金

属

组

织

为贝氏体或

低碳马氏体，高温回火后为回火索氏体。柴3.铬钼和铬钼钒耐热钢的焊缝组织紫合金含量较少(Cr<5%)的耐热钢在焊

----前预热--焊后缓冷的条件下，

-得到的是-珠光体和部分淬硬组织，高温回火后可

得到完全的珠光体组织柒合金

含

量

较

多(Cr5%~9%)

的

耐

热

钢

在

焊

接

材

料

化

学

成

分

与

母

材

成

分

相

近

、焊前

预

热

和

焊

后

缓

冷

条

件

下，

其

焊

缝

组

织为贝氏

体，

有时

可能出

现

马氏

体，高

温回火后可得到回火索氏体，当采用奥氏

体

焊

接

材

料时，

焊

缝

组

织

主

要

为奥氏

体

。器

4

.不锈

钢

焊

缝

组织张

奥

氏

体

不

锈

钢

一

般

为

奥

氏

体

加

少

量--

(

2

%

～

6

%

)

-

铁

素

体-----

粪铁

素

体

不

锈

钢

组

织与

采

用的

焊

接

材

料

有关

，

焊

接

材

料

与

母

材

金

属

化

学

成

分

相

近

时

，

其

焊

缝

组

织

为

铁

素

体

，

焊

接

材

料

为

铬

镍

奥

氏

体

时

其

焊

缝

组

织

为

奥

氏

体

。张马氏体不

锈

钢

焊

缝组

织

与

焊

接

材

料

和

热处理状

态

有

关，焊

接

材

料

与

母

材

金

属

化学

成

分

相

近

时

，

焊

态

组

织

为

马

氏

体

，

回火

后

为

回

火

马

氏

体

，

焊

接

材

料

为

铬

镍

奥氏体时，焊缝组织为奥氏体。-

一柴三、焊缝金属组织与性能的关系

张1.一次结晶组织与性能的关系--

-

焊

缝

一

次

结

晶

组

织

中

细

柱

状

晶

比粗

柱

状

-

晶好，胞状晶比树枝晶好，

因为粗晶体

金属的强

度、塑

性

和

韧

性

都

较

低，

而

且

热裂纹

敏

感

性

大，

尤

其

是

粗

大的

树

枝晶

对热裂纹的敏感倾向很强。性变

差，偏

析

越

严

重，力

学

性

能

和

蚀性的不

均

匀

程

度

就

越

大，

偏

析

使

聚集

在

焊

缝中心，

就

容易

产

生

热

裂浆由于偏

析、

化

学

成

分

极

不

均

匀，

焊

缝的抗

裂

抗

腐

S、P

纹

。粪2.二次结晶组织与性能的关系张二次结晶组织的类型、特征和形态不同，则

----焊缝金属的性能也不同。

-浆1)强

度

高

低马氏体比其它组织的强度都高，

铁素体、

奥

氏体较低

，

贝

氏

体

介

于

马

氏

体

和铁素体加珠光体之间。*2)塑性和韧性

奥

氏

体

在

温

度

下

降

时

无

明

显

脆性转变现象，塑性和韧性

比其他组织好，铁素体加珠光体次之

，粒状

贝

氏体具有较低的强度和较好的韧性，

高碳

马

氏体硬而脆，几乎无韧性，低碳马氏体具有较高的强度和

一定的塑性和韧性。账3)抗裂性铁

素

体

加

珠

光

体

和奥氏

体

抗

裂

性

能好，奥氏体

加

少

量

铁素

体的

双向组

织比单

向奥氏体具有更

好的抗

裂

性。贝氏体加马氏----体和马氏体对冷裂纹的敏感性最大。

-----装4)晶粒度，晶粒越细，

组织越均匀，其性能

比粗大的不均匀组织要好。铁素

体、奥氏体的

强

度

较

低，

而塑

性

和

韧

性

好，抗裂

性

好

；

珠

光

体

的

强

度

比

铁

素

体

高，塑性和韧性比铁素体差；马氏体强度高，高

碳马氏体硬

而

脆，

低碳

马氏体

具

有

相当高的

强度和较良好的塑性、韧性相结合的特点；

粒状贝氏体的强度和塑性、韧性介于马氏体

和铁

素

体

加

珠

光

体

之间。低

碳

钢

焊

缝

过

热

形

成的粗大的魏氏组织，使塑性、韧性降低。o粪

3

.

焊

缝的

性

能焊缝

金

属的性

能

决

定

于

化

学

成

分

和

组

织

，

--焊缝的特点是碳低。但有三定数量的合金元素，一

般

来

说

焊

缝的

化

学

成

分比较

理想。但焊缝的组织较差(晶粒粗大、

组织疏松、成分偏析),

没有

轧制

的母

材组织

均

匀，因此，

焊

缝的强

度

可以达

到母材，但塑性、韧性比母材差。浆五、焊接区域的气体对焊缝金属的影响浆

焊

接

时

焊

接

区

域

中

主

要

有

一

氧

化

碳-*--cCO)-

、-

二

氧

化

碳

-(C-O,)-

、-氢(H₂)

、

水

蒸

汽(H₂O)

、

氧

(O₂)、氮(N₂)

等气体，其中氧、氮、氢对焊接质量的影响最大。张1.

氧(O₂)

的影响强氧在焊缝中的存在形式主要是FeO

夹杂物。在焊接过程中，

FeO与碳生成CO,

会产生气孔，引起飞溅，影一响焊接过程的稳定性。

焊缝中的氧来源有2个：

一是高温条件下氧向熔池金属里溶解，冷却时来不及逸出；二是一些合金元素氧化后形成氧化物残留在焊缝中。数焊接过

程

的

氧

化

作

用

，

将

导

致

焊

缝

中

有

益

合

金

元

素(如锰、硅等)的烧损；溶解在焊缝中的氧在适当条件下与碳生成CO气孔，残留在焊缝中的氧会降低焊缝金属的力学性能和耐腐蚀性。数

防止措施：

加强保护，选用合适的气体流量、短弧焊，

防止空气进入；焊前清理坡口及两侧的锈及水；烘干焊条、

焊剂；冶金处理，从焊条药皮或焊丝中加入铁合金(锰、硅

)

脱

氧

。一

-—■

■——紫2.氮的影响柴氮在高温时与液态金属接触，

一方面以-

-

-

-

原子状态直接溶解到液态金属中；

一

另

→

-方

面

与

氧

生

成

氧

化

氮(NO)

被溶解到

焊

缝中，当氮量过多时，容易产生N,气孔。

凝固时，

氮的溶

解

度

急

剧降

低，

析出

氮

气，来不及逸出熔池表面便形成气孔。张主

要

来源

是空气，防

止

措

施只有加强熔池的

保

护

。张

氮

在

焊

缝中

存

在

会

使

焊

缝

金

属

变

脆，塑

性

和

韧

性

变

劣

。类3.

氢的影响张氢侵入焊缝的主要原因各种形态的水分：

-

-

-

焊

接

材

料

潮

湿

、

-

坡日

表

面

附

近

有

油

锈

水

-

分，或

焊

接

环

境

介

质的

湿

度

太

大，

氢

在高温

条

件

下

是以

原

子

状

态

溶

解

到

熔

化的

金

属中

。粪氢的存在危害极大，它使焊缝金属变脆，

塑

性

和

韧

性显

著降

低，

导

致

氢

致

裂

纹

、氢白点和氢气孔缺陷。控制氢的措施：烘干焊条、焊剂，清除锈、水

、

油

污。

选

用

低

氢

型

焊

条，

采

用

后

热、

消

氢

处

理

等

。粪

六、

焊

接

材

料

化

学

成

分的

影

响浆

焊条焊丝和钢

材

一

样，

由于冶

炼的原因

，--

-除

含

铁(Fe)*

、碳

(C)

元素外

，还含有锰

(Mn)、

硅

Si、硫S、

磷P等，为获得某一

性能，焊

接

材

料中需加

入

一

些

其

他

合

金

元素。这些元素的存在对焊接冶金和焊

缝金属性能有很大的影响。粪

1

.

碳C粪碳是焊芯、焊丝的主要元素，它对焊缝性能起主导作用，碳量越高，焊缝的强度和硬度越高，但塑性越低，

淬硬性越大，裂纹倾向越大。下

焱碳在焊接过程中是一个良好的脱氧剂，减少O₂

在焊缝

中的含量。但碳的含量不能过高，除淬硬性使焊接性变差外，还会由于强烈的还原反应引起焊接过程中的较大金属飞溅，产生来不及逸出的CO

气体。碳量过高，焊缝金属凝固点变低，对仰焊操作不利，因而焊芯、焊丝的

碳含量一般控制在0.2%以下，常用低碳钢焊芯、焊丝碳含量小于0.10%

。袭对低合金焊芯、焊丝，碳在高温下与碳化物形成元素形成的碳化物容易分解，且聚集长大，对抗蠕变能力和持久强度起不良作用。————

一

单张2

.

锰(Mn)张锰是一个良好的合金剂，当焊缝含锰量在2%-----以下时-,-锰量越高。

-焊缝的力学性能越好，

-特别是强度和韧性的提高最为明显，

当锰量>2%时，可提高焊

缝

金

属耐

磨

性，但却

增

加

了焊缝的淬硬和过热的敏感性。强锰是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中的含氧量，含量为0.4%~0.6%时，能提高熔渣的流

动性，减少金属飞

溅，改善焊条的工艺性能

。袭锰还是一种极好的脱硫剂，能与S化合形成不溶于液态金属的硫化锰(MnS)

熔渣，焊接时浮于焊缝表面，减少焊缝硫的含量。类3.

硅Si浆

硅

含

量

不高

时

，

硅

是

一

个

较

好

的

合

金

剂

，能

提高

焊

缝

金

属的

强

度

和

弹

性，

而

塑

性降

低

不明显

，

但

含

量

超

过

2

%

时

，

塑

性

和

韧

性

显

著

降

低

。张

Si和Si

O₂过多时，会引起焊接飞溅，恶

化

操

作性

能，

所以

在

焊

条、

焊

丝中

希

望Si含量适当少些，除合金钢焊丝外，

一

般

控

制

在

0

.

0

3

%

以

下

。発

4

.

铬Cr張铬是重要的合金元素，常被用来配制耐热钢

和不锈钢及其焊接材料，

_

以提高耐腐蚀性和_

热

強

性

。张铬能在钢的表面形成一层

附着性很強

的氧化铬

薄膜

(Cr,O₂),显著降低金属的氧化速度，铬含

量

超

过12

%

时，能

显

著

提

高

钢的电极电位

，

使钢及其焊接接头具有

良好的耐腐蚀

性

，铬

含量小于2%时，

能显著提高再结晶温度和热

強性，铬还

能

阻止钢

中

的石

墨

化

过

程

，

降

低

碳化物的球化速度

，含铬钢及其焊缝具

有

回火脆

性，其

含

量

越

高，

焊

接

性

能

越

差

。粪对低碳钢而言，铬是一种杂质

，

易產生

夹渣

缺陷，

因而碳

素钢焊

芯

、

焊

丝

含铬

量

不超

过0.2%。张5

.

钼

(Mo)钼是铁素

体

形

成

元

素，

可

提高

钢

及

其

焊

缝的_

进石墨化过程，张钼含量较小时，可提高焊缝金属力学性能，对

焊

接

性

无

大的

影

响

。6.镍

(Ni)5

%，为强量热金

钢

中

常

用

含结晶温度和合要强镍主要

作

用

在于

形

成

和

稳定

奥氏体组

织，提

高钢的耐腐蚀

性能，镍还

可

提

高

钢

及

焊

缝的

强度、塑性和韧性，降低钢中高铬的不

良影

响，改善焊接性，这就是镍

为

不

锈

钢

和

耐

氧化钢及其焊

接

材

料

几

乎

不

可

少的元

素的基

本原因。但镍能促进石墨化，有它不利的影响张7

.

钒(V)浆钒是良好的脱氧元素，能去除焊缝中的氧，----它又是强碳化物形成元素，其碳化物在650℃-以下是相当稳定的，钒能阻止晶粒在高温下的长大，改善焊缝组织和力学性能，但钒提高了焊缝金属的淬硬倾向。张

8

.

钛Ti

与

铌Nb毙钛、铌都是碳化物形成元素，比钒还稳定，它们与碳结合作为稳定剂，防止奥氏体钢在高温或焊后产生晶间腐蚀。它们都能提高钢的再结晶温度和高温性能，改善钢的焊接性。浆

9

.

铝(Al)器铝是非常强的脱氧剂，少量铝可细化晶

粒，提高

钢的抗

氧

化

性

能

力，

铝

与

氮

可

形成

稳定的

氮

化

物，使

某

些

钢的

焊

接

接

头获得良好的耐

热

性

能，

铝

会

促

使

石墨化，在

钢

及

其

焊

接

接头中

容易形

成

夹

渣

。浆1

0

.

钨(W

)浆

钨的熔点

很

高，能

大

大

提

高

金

属的

再

结

晶温

度

和

热

强

性，

钨

在

钢中的含

量

很

低，

过高对加工性能不利。张

1

1

.

硼(

B

)强

硼

可

提高

钢的

热强

性

，

在

低

合

金

钢中

含

量

不

-----超过0-007%,-它是强脱氧剂，

-能细化晶粒，

--含

硼

钢

焊

接

性

较

差

，

焊

接

时

易出

现

裂

纹

。张12

.

稀

土

(Re)

元素浆稀土元素能强化晶界，提高焊缝抗蠕变能力

和

持

久强

度，

焊

丝中

加

入

适

量

稀

土

元

素能

去

除焊缝金属中的S

、P,

显著改善焊缝的冲击

韧性，亦能细化晶粒，减少树枝晶偏析和回

火

脆性，

焊

接

过

程中

稀

土

元

素

可以改

善

钢

水

的

流

动性，

减

少

焊

接

飞

溅，

有

利

于

操

作

工

艺

。张

1

3

.

硫(S)硫是

有害

杂

质

，

温

度

较

高

时

，

会

降

低

焊

接

接

头

强

度

，产生热脆性，这是因为S与铁在高温化合成低熔点的-

-

-

-

-

硫

化

亚

铁(FeS);-并与

其

他

化

合

物形成

低

熔点

共晶

-体

(980℃)

,

当

结

晶

时

，

这些

低熔点

物质

集聚

在晶界处，由于晶内已

凝固，

而晶

界

还

处

于

液

态，

强

度

很低，在组织应力下会被拉裂。在优质钢材中S含量控制严格，焊芯和焊丝一般在

0

.

0

3

%以

下，

氩

弧

焊

打

底

焊

丝

更

严，

控

制

在

0

.

0

1

5

%以

下

。14.

磷

(P):磷是

影

响

焊

接

性

的

有

害

杂

质

元

素

，

它

是

以

磷

化

铁(Fe,P

、Fe₃P)形

态

存

在

于

钢

及

焊

缝中，降

低了

钢

和焊

缝

金

属的

性能，

特

别

是

冲

击

韧

性，

低

温时

能

使

金

属晶粒粗化，引起冷脆性，焊接时和其他物质形成低熔点共晶体，亦能产生热裂纹，所以对磷和硫一样，在焊芯和焊丝中的含量控制的相当严格。聚第四节熔

合区

和热

影响区的组织

和

性

能集熔合区和热影响区

的组织和性能与基本金属化

学

成

分

及

焊

接

热

循

环

特

征

有

关

，不同钢材在不同焊接热循环作用下，其

金属组织与性能有极大的差异。器

一

、熔合区的组织与性能数熔合区是焊缝到热影响区的过渡段，加热过__

程

中

的

温

度

为

固

、

_

液

线

之

间

，

_

是

一

个

不

完

全袭焊接材料和钢材都为化学成分相近的低碳钢时，该区化学

成

分

无明显

变

化，

但

靠

近

基

本金属一侧可能具有过热组织的特点，晶粒粗大

，金属

塑

性

和

韧

性

较

低

。

是

焊

接

接

头

中

性能最差的区域。浆当焊

缝

金

属

与

基

本

金

属

化

学

成

分、

线

膨

胀

系数和组

织

状

态

相

差

较

大

时，

就

会

导

致

合

金

元素再分配，可能同时存在着较大的热应力和严重的淬

硬

组

织，

所以熔

合区

是

产

生

裂

纹

、发生局部脆性破坏的危险区。的熔化区。张一、热影响区的组织和性能袭1.低碳钢焊接热影响区的组织和性能---

热影响区分为过热区、

-正火区--部分相变区、

再

结

晶

区

和

蓝

脆

区张

(

1

)

过热区强

过热区是处于1100℃至固相线间的高温部位，这部分加热温度大大超过相变温度，

奥氏体晶

粒

急

剧

长

大

，

冷

却

后

成

为

粗

大

的

过

热

组

织

。尤其在1300℃以上晶粒十分粗大，焊后快冷时产生魏氏组织，魏氏体塑性、韧性比基本金

属

低

2

5

%

~

3

0

%

。毙过热区是焊接接头的最危险的易破坏区段，

其性能最差张

(2)正火区粪正火区处于AC3至1100℃间的部分金属，

其铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，

由于焊接速度快，高温停留时间短，奥

氏

体

来不

及

长

大，

冷

却

下

来

得

到的

是

细

小的

铁

素

体

和

珠

光

体

组

织

。粪

焊

接

热

循

环

对

这

部

分

金

属的

影响

相当

于

热处

理中的

正

火

工

艺，

冷

却

后的

组

织比

原

基

本

金

属

细小，

力

学

性

能比

原

金

属

高

，

故

而正

火区

是

焊

接

接

头

组

织

和

性

能

最

佳

的

部

位

。张

(

3

)

部分相变区浆该区段金属被加热到AC1~AC3

温度之间

，

珠--*--光体转变为奥氏体，

-铁素体部分溶入奥氏体，在加热过程中，随着温度

的升高奥

氏体

的转变随着增多，未溶入奥氏体的铁素体减少，在冷却过程中，奥氏体转变为细小的珠光体和铁素体，而未被溶入奥氏体铁素体不发生转变，可见，重结晶过程是不完全的，该区又称不完全重结晶区。浆部分相变区金属随着温度的升高晶粒略有长大，其晶粒的大小不均匀

，而且相互混杂在一起，成为焊接接头强度最低的部位。张

(4)

再结晶区粪

再

结晶区

金

属

加

热的

温

度

为

500℃~AC1,对经

过

冷

塑

性

变

形

而

产

生

碎晶

和晶格

扭

曲缺陷的基本金属，在该区的加热温度

范围

会发

生

再

结晶

过

程，

再

结晶

的

结

果

，

晶粒重新稍有长大，塑性稍有改变，对

于无冷塑性变形的金属则不发生任何变化。浆

O强由上可知，低碳钢焊接接头性能受到近缝区影响最大的是过热区，除正火区外，其它各区都有不同程度的不良影响。蔡热影响区的宽度取决于焊祥的最高温度分布、焊接规范、焊接

方

法

、

焊

件

大

小

及

厚

薄

、

接头型式等。如焊接方法对热影响区的宽度影响：

在正

常

规

范

下，

钨

极

氩

弧

焊

约

为1

.

5mm,埋

弧

焊

约

为

2

.

5mm,手工电弧焊约为6mm,电渣

焊约

为

2

5mm,

气焊约为27mm。浆热影响区的

宽

窄对焊接接头性能

是有影

响

的，

热影响区越

窄

，

焊接

产

生

的

应

力

越

大

，

越

容

易产生焊接裂纹

；热影

响

区越

宽

，内

应

力

越

小，变形越大，但对于常用焊接结构，单纯

的焊接应力还不足

以形

成裂

纹

，

因

此

总

希

望

热

影响区

越小

越

好

。浆2.合金钢焊接接头热影响

区

的组

织

和

性能蒸焊接时合金

钢

和

低

碳

钢

一

样，热影响区

被加

热

到

高

温，

然

后

冷却，

使各区段都有加热和冷却的过程，

一般淬硬倾向小

的普

通

低

合

金

钢，其

热

影响区的组

织

特

征和性能变化与低碳钢相似，而淬硬倾

向大的合

金

钢

热

影响区

将

会出现

马氏体

等组织，其硬度高，脆性大，易开裂。张易淬火钢的焊接接头热影响区可分为三个区

段

：张

1

)

淬

火

区—-裂一淬火区是被加热到1100℃以土的金属部在，“该区金属在冷却时，

高碳当量的奥氏体转变为马氏体，室温下其组织是硬而脆的马氏体。张2)不完全淬火区张该区被加热在AC1至AC3之间的温度范围内，冷却时其金属部分

奥氏体转变为马氏体，未转变的铁素体保留下来，室温时是马氏体加粗大的铁素体。张

3

)

回

火

区器该区被加热到AC1以下温度，并紧邻AC1温度区，焊接热循环对

这个部位的影响相当于热处理中的回火作用，室温下其显微组

织为回火的索氏体或回火屈氏体。案从上述三个区段来说，易淬火钢接头热影响区出现的淬硬组织对焊接质量是不利的，对此必须采取预热和热处理工艺措施，调节焊接时的热循环，清除硬化组织，改善接头性能。聚o张

3.

不锈钢焊接接头热影响区的组织与性能袭奥氏体不锈钢热影响区可划分为：过热区、σ

相脆化区和敏化区三个部分；

*

*

·张铁素体不锈钢热影响区可划分为：过热区、σ

相脆化区和475℃脆性区三个部分。张1)过热区袭该区被加热的温度在1100℃~1500℃之间，不

锈钢在加热和冷却过程中不发生相变，因此

该区金属无论是高温还是室温，均为奥氏体

或铁素体，由于温度很高，

接近熔点，

晶粒

长大严重，温度越高，高温时间越长，晶粒

越粗大，严重的晶粒长大使金属塑性和韧性下降2)

σ相脆化区这个区段被加热的温度在650~850℃之间，在这一温度范围时如

停留的时间长，铁素体不锈钢就析出一种脆性相---o

相，一些奥

氏体不锈钢在一定的条件下也可能析出σ相，a相的析出，_割断_

了晶间的联系，σ相本身又是硬而脆的，所以金属塑性和韧性下降的厉害，使抗腐蚀能力也有所下降。3

)

敏

化

区敏化区的加热温度在450~850℃之间，金属在该温度区间停留一定时间后，奥氏体不锈钢中的碳和铬在晶粒边界形成碳化铬(Cr₂₃C₆),

使晶界处奥氏体贫铬，从而失去抗晶间腐蚀的能力。张

4

)

475℃脆

性

区这个区的加热温度在400~600℃之间，在该温度区间停留一定时间后，铁素体不锈钢的硬度显著提高，冲击韧性显著下降，因此把钢在这个温度停留一定时间后而引起硬度提高、塑性和韧性下降的现象称为475℃脆性区—浆

从

上

可

知：σ

相

脆

化区、

敏

化

区

、475

℃脆性区是在

一

定

条

件下

(

焊

接

热

循

环

)-

-

-

-

小

出

现

的

；

因

此

只

要

焊

接

规

范

适

当

是

可

-

以

避免的，

其

关

键

在

于

控

制

温

度的

存

在

时间，希望越短越好，这就需要通过焊

接

规范的

掌

握

来

实

现，

采

用

小

规

范、

快

速

冷却

等

工

艺

措

施，

不

使

焊

件

温

度

过

高

。浆

影响焊

接

接头

性

能的

主

要因

素

有

焊

接

材

料、结构

特

征、

坡口型式、

焊

接

工

艺、

操

作

方

法、

焊

接

规

范

和

焊

后

热

处

理

等

。张

第

五

节

影

响

焊

接

接

头

性

能

的

因

素及其处理方法粪一、焊接材料的选择一聚焊接材料的选择首先应以基本金属的化

学成分和性能为前提，根据结构和接头的刚

性、

材

料的

焊

接

特点、

焊

接

过

程

本

身的

特点

等

要

求

来

进

行，

一

经

确

定，

不

得随意用其他材料代用，更不能错用，因

为

焊

条

焊

丝

是

决

定

焊

缝

性

能

的

主

要

因

素。张焊条焊丝的选用主要从以下几方面考虑：1)焊条、焊丝的化学成分和性能要与基本金属的化学成分和性能相当，焊接工艺性能良好。--卷-2)-对耐热钢和-不锈钢的焊接，

-为保证焊接接头的高温性能和抗-腐蚀性

能

，

焊条

、

焊

丝

的

化

学

成

分

应

与

基

本

金

属

的

化

学

成

分

大致相同，对于18-8(18Cr-9Ni)型奥氏体不锈钢的焊接，为提高抗裂性能，应选用含有少量铁素体形成元素的焊接材料，以获得奥氏体加少量铁素体的双相组织焊缝。3)等强原则。

一般情况下，考虑到焊接过程的一些可能工艺缺

陷，所选用的焊接材料，其抗拉强度应略高于基本金属，但对某些有再热裂纹倾向的钢种，或外拘束度大的焊接结构，为了提高焊接接头在消除应力时的蠕变塑性，焊接材料的抗拉强度以稍低于基本金属为宜。张4)对重要结构和高温高压容器及管道的焊接，为减少接头的冷裂纹倾向，应采用低氢型碱性材料。账5)在异种钢焊接时，因基本金属与焊缝金属的化学成分差异较大，需要考虑熔合线的特点，其焊接材料的选用原则是：

当焊缝两侧基本金属均非奥氏体不锈钢时，可选用成分与低合金一侧相配或介于两者之间的焊条或焊丝，当焊缝两侧之一为奥氏体不锈钢时，可选用含镍量较高的不锈钢焊条或焊丝，如奥307、

奥407等。柴二、线能量对焊接接头性能的影响装

线能量是指焊接过程中，单位长度的焊缝上_-__所能得到的热

能量

。_这种

热

能量

就

是

电

弧

的_热能或火焰的热能，线能量是由焊接规范确定的。它的大小对焊接接头影响是很明显的。张当采用小规范时，如小电流、高焊速等可以减小热影响区的宽度，减少晶粒长大倾向，排除过热组织的危害，提高焊缝的塑性和韧性，但

对

某些

重

要的

焊

接

接

头，能

量

大

些

有利于氢的逸出，减少冷裂纹的倾向。所以线能量的大小，对每一种焊接方法具有一个最佳的规范，如不照这个最佳规范进行焊接，可能导致接头性能变差。浆

三

、

操

作

方

法的

影

响蔡操作方法的区分，有单道焊和多层多道焊

(包括焊道布置和焊接次序),在手工

焊时

有

小电

流、

快

速

、

不

摆

动

焊

和

大

电

流、

慢

焊

速、

摆

动

焊

法

等。

这

些

操

作

方

法

对

焊

缝

性

能

有

如

下的

影

响

：1.

单道大功率慢速摆动焊法的特点是焊接线能量大，

操作时在坡口两侧的高温停留时间长，热影响区加宽、

接头晶粒粗化，塑性和韧性降低，同时杂质元素的偏--*--析易集中在焊缝中心，

-有导致热裂纹的可能，

---------

粪2.多层多道小电流、快速小摆动焊法的特点是线能量小，这种焊法热影响区窄，接头晶粒较细，塑性和韧性较好，杂质元素分布弥散，有害作用小。效