焊接物理冶金-热影响区课件

第四章1ppt课件焊接热影响区2ppt课件第一节概述（基本特点）一、焊接热影响区的形成在焊接过程中，在形成焊缝的同时使其附近的母材经受了一次特殊的热处理，形成了一个组织和性能极不均匀的热影响区，可能成为整个接头的最薄弱环节。焊接热过程特点（局部性、瞬时性、运动性）决定了热影响区热处理的特殊性：加热、冷却速度极快使与扩散有关的过程很难充分进行加热P→γ（非均匀）;冷却γ→B、M（非平衡相）温度场极不均匀不同位置经历了不同的热循环，距焊缝愈近，峰值温度越高，冷却速度愈大。3ppt课件图1-16焊接热循环的参数4ppt课件5ppt课件二、影响焊接热影响区的主要因素1、被焊接金属与合金系统的特点例如:被焊接金属在焊接加热和冷却过程中有无固态相变，有相变的材料其热影响区较复杂，反之较简单。2、焊前母材的原始状态例如:材料焊前冷作硬化或热处理强化，焊后热影响区出现软化；易淬火材料焊前退火，焊后出现淬火的硬化区。3、焊接方法和工艺参数焊接方法（热源能量密度）和工艺参数（线能量、板厚）影响加热速度、高温停留时间、冷却速度等。6ppt课件图4—1不同焊接工艺下钢材单道焊时热影响区的热循环曲线1—CO2气体保护焊（板厚=1.5mm）

2—埋弧焊（板厚=8mm）3—埋弧焊（板厚=15mm）

4—电渣焊（板厚=100mm）7ppt课件第二节固态无相变材料的焊接热影响区特点无固态相变材料包括：纯金属：Al

Mg

Cu

Ni

Mo W等单相固溶合金：

Al

-

Mg Cu

-

Ni

等热影响区组织和性能特点与母材原始状态有关：焊前母材为冷轧（冷作硬化）状态组织：过热区（粗晶），再结晶区（等轴晶）性能：过热区脆化，再结晶区软化焊前母材为热轧或冷轧后退火状态组织：过热区（粗晶）性能：过热区脆化主要焊接性问题：接头过热区脆化8ppt课件图4—2固态无相变金属和合金的焊接热影响区特点I

—过热区

II

—再结晶区9ppt课件10ppt课件11ppt课件图4—3

X形坡口纯镍焊接热影响区过热组织焊接接头示意图二次过热区（a中1区）组织一次过热区（pap中t课件1区）组织12图4—5冷轧纯铜焊接热影响区组织a）过热区组织

b）再结晶区组pp织t课件

c）冷轧状态的母材组织13图4—4热轧纯铜焊接热影响区组织a）过热区组织

b）热轧状态的母材组织14ppt课件第三节固态有相变材料的焊接热影响区特点一、有同素异构转变的纯金属和单相合金的焊接热影响区特点只有晶体结构变化，无化学成分变化引起的第二相析出，例如：Fe、Ti、Mn、Co

纯金属及单相合金。1、冷轧状态纯金属：过热区、重结晶区、再结晶区单相合金：过热区、重结晶区、不完全重结晶区、再结晶区2、热轧或冷轧退火状态纯金属：过热区、重结晶区单相合金：过热区、重结晶区、不完全重结晶区15ppt课件16ppt课件17ppt课件18图4—6有同素异构转变的纯金属和单相合金的焊接热影响区组织特点I—过热区

II—重结晶区

II’—不完全ppt课重件结晶区 再结晶区

IV—母材图4—7工业纯钛TA2等离子弧焊时的热影响区组织特点a）过热区组织

b）重结晶区组织

c）母材组织19ppt课件二、有同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点有晶体结构变化，也有化学成分变化引起的第二相析出。以Fe-C合金为例，焊接热影响区的组织和性能特点与材料的淬火倾向有关。1.不易淬火钢焊接热影响区特点（低碳钢）过热区（粗晶区）温度：1100-1490℃,组织：粗大魏氏组织，性能:脆化重结晶区（正火区或细晶区）温度：Ac3

-1100℃,组织：晶粒细化，性能:力学性能高不完全重结晶区（不完全正火区或部分相变区）温度：

Ac1

- Ac3,组织：组织不均匀，性能:低于重结晶区再结晶区（冷作硬化）温度：

500

℃

- Ac3,组织：等轴晶，性能:软化20ppt课件21ppt课件图4—8低碳钢的焊接热影响区特点I—过热区；II—重结晶区（即正火区）；III—不完全重结晶区

IV—再结晶区；V—母材（冷轧状态）22ppt课件·图4—19不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图I—过热区；II—正火区；III—不完全重结晶区；

IV—淬火区；V—不完全淬火区；VI—回火区23ppt课件图4—9

Q235A钢焊接热影响区的组织特点a)

过热区组织；b)重结晶区（正火区）组织；c)不完全重结晶区（不完全正火区）组织；d)母材组织24ppt课件25ppt课件26ppt课件27ppt课件28ppt课件29ppt课件图4—10焊接方法对过热区高温停留时间和晶粒大小的影响1—焊条电弧焊（板厚<10mm）；2—埋弧焊（板厚15~25mm）；3—电渣焊（板厚100~200mm）30ppt课件图4—11等温和连续加热时珠光体转变为奥氏体的示意图T1：珠光体转变为奥氏体的开始温度

T2：珠光体转变为奥氏体的结束温度

T3：碳化物溶解完了的温度

T4：均匀化的加热速度vH1、vH2、vH3：不同的加热速度31ppt课件图4—12

Q235A钢焊接热影响区的组织a)

过热区组织；b)重结晶区组织；c)不完全重结晶区组织；d)母材组织32ppt课件图4—13

20钢焊接热影响区组织33ppt课件a)

过热区组织；b)重结晶区不完全重结晶区组织母材组织图4—14低碳钢焊接接头各区的V形缺口夏比冲击值的分布示意图I—过热区；II—正火区（重结晶区）；III—不完全重结晶区；IV—脆化区34ppt课件2.易淬火钢焊接热影响区特点（低合金高强钢）易淬火钢：热轧钢、正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢、高碳钢等（在焊接条件下）。易淬火钢的实质是奥氏体稳定，奥氏体连续冷却曲线CCT右移，淬透性提高（淬硬性）。合金元素↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑（易淬火）加热温度↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑（易淬火）加热速度↑→奥氏体稳定性↓→淬透性↓奥氏体晶粒尺寸↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑冷却速度↑→易淬火35ppt课件表2-1

几种热轧和正火钢的成分和性能36ppt课件37ppt课件38ppt课件39ppt课件40ppt课件41ppt课件图4—15不同奥氏体化温度的CCT图42ppt课件(钢材w

(C)0.17%和w(Mn)1.34%)900℃奥氏体化（炉中缓慢连续加热）1300℃奥氏体化（炉中缓慢连续加热）图4—16模拟焊接条件下不同加热速度时的CCT图（45钢，Tmax

=1350℃）实线—升温速度9~10℃/s，由Ac3加热到1350℃的时间40s虚线—升温速度150℃/s，由Ac3加热到1350℃的时间4.5s43ppt课件图4—17加热速度对45钢临界点的影响

Ac1k—珠光体转变为奥氏体的开始温度

Ac1j—珠光体转变为奥氏体的结束温度vH—加热速度（℃/s）；D—奥氏体晶粒尺寸（mm）44ppt课件图4—8低碳钢的焊接热影响区特点I—过热区；II—重结晶区（即正火区）；III—不完全重结晶区

IV—再结晶区；V—母材（冷轧状态）45ppt课件·图4—19不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图I—过热区；II—正火区；III—不完全重结晶区；

IV—淬火区；V—不完全淬火区；VI—回火区46ppt课件（1）淬火区温度：Ac3

-1490℃组织：不均匀组织（M、B、P、F）距焊缝越近、冷却速度越大，越易形成M性能:

接头脆化47ppt课件图4—18不同钢材焊接热影响区中硬度和马氏体数量的分布（CTS试样，热输入1340J/cm，过热区的冷却速度28℃/s）48ppt课件49ppt课件50ppt课件图4—20

490MPa级高强钢的模拟焊接热影响区CCT曲线和t8/5对组织与硬度的影响a)

CCT曲线

b)

t8/5对组织与硬度的影响51ppt课件图4—21

16Mn钢气电立焊热影响区组织a)

过热区组织；

b)正火区组织；

c)

不完全重结晶区组织52ppt课件图4—22

16Mn钢焊条电弧焊的角焊缝热影响区组织a)

过热区组织；b)正火区组织；c)pp不t课完件全重结晶区组织；d)母材组织53图4—23

12Cr2MoWVTiB钢氩弧焊时的热影响区组织a)

过热区组织；b)正火区组织；c)不完全重结晶区组织；d)母材组织ppt课件细小的马氏体+少量粒贝粗大的马氏体铁素体+马氏体+粒贝+少量铁素体—碳化物型混合组织铁素体—碳化物型混合物54图4—24抗拉强度为784MPa级高强pp度t课件钢焊接热影响区各取的冲击韧度55图4—25

HQ70钢模拟焊接热影响区过热区的金相组织a)

t8/5

=

8s;

b)

t8/5

=

90s;

c)

t8/5

=

120s;56ppt课件图4—26

HQ70钢模拟焊接热影响区过热区中M-A组元扫描电镜照片a)

t8/5=8s; b)

t8/5=8s;57ppt课件图4—27

784MPa级高强钢模拟焊接热影响区过热区中M-A组元与t8/5之间的关系58ppt课件图4—28784MPa级高强钢模拟焊接热影响区过热区中M-A组元的透射电镜照片（t8/5=240s）M-A组元的全貌M-A组元中的板条马氏体M-A组元中的孪晶马氏体59ppt课件图4—29

M-A组元的数量与VTrs之间的关系（图中的数字为t8/5/s）60ppt课件图4—30贝氏体的组织形态BU—上贝；BL—下贝61ppt课件图4—31片状下贝氏体的组织形态62ppt课件图4—32板条马氏体的组织形态板条马氏体的光学金相照片板条马氏体的透射电镜照片63ppt课件图4—33片状马氏体的组织形态片状马氏体的光学金相照片片状马氏体的透射电镜照片64ppt课件图4—19不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图I—过热区；II—正火区；III—不完全重结晶区；

IV—淬火区；V—不完全淬火区；VI—回火区65ppt课件（2）不完全淬火区温度：Ac1

-Ac3

（750-900℃）组织：

M

+

F

混合组织性能:

接头脆化（3）回火区（母材处于淬火+回火状态）温度：回火温度-Ac1组织：

碳化物析出、长大性能:

硬度降低（软化）66ppt课件图4—36

Q345钢水下半自动焊时的不完全淬火区组织67ppt课件图4—37焊前母材热处理状态对焊接热影响区中硬度或抗拉强度的影响68ppt课件图4—39

Ni9%钢多道焊时实际热影响区中的组织遗传现象69ppt课件多道焊热影响区示意图a图中AB区放大后的晶粒特点图4—38

Ni9%钢模拟焊接热影响区中的组织遗传现象峰值温度1350℃的模拟焊接热影响区组织峰值温度1350℃的模拟焊接热影响区的晶粒特点经1350℃+900℃两次热循环后的晶粒特点照片c上的晶界局部放大70ppt课件三、无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点1.

不能时效强化的多相合金的焊接热影响区特点Al-Mg、Al-Mn等母材为退火状态（固溶体α-Al,第二相Mg2Al3）

只存在固溶区,温度：T2-Tc,

组织：单相固溶体α-Al如果加热速度非常快，固溶区组织：固溶体+少量第二相。母材为固溶状态固溶区

温度：T2-Tc, 组织：单相固溶体

第二相析出区 温度：T1-T2,

组织：固溶体+第二相71ppt课件72ppt课件图4—40无同素异构转变ppt课的件多相合金的焊接热影响区特点73图4—41

5A03铝合金钨极氩弧焊时热影响区的组织变化带有局部晶界熔化的固溶区；退火状态下的母材，在α(Al)固溶体上分布有Mg2Si及杂质74ppt课件2.

时效强化的多相合金的焊接热影响区特点Al–Cu

合金时效过程：退火态（α+θ）→固溶态（

α）→GP区→θ’（CuAl2）→θ（CuAl2）

→θ聚集长大焊态下热影响区组织：固溶区（α）+ 过时效区（α+

θ

）热影响区性能：低于时效强化的母材，固溶区硬度最低焊后时效处理热影响区组织：固溶区（α+

GP或θ’）+ 过时效区（α+

θ

）热影响区性能：过时效区性能最低，可通过固溶处理+时效恢复过时效区性能75ppt课件76ppt课件图4—40无同素异构转变ppt课的件多相合金的焊接热影响区特点77图4—42

Al-Cu合金的时效过程示意图A—退火状态；B—固溶状态；C—时效状态；D—过时效状态78ppt课件图4—43

2A12铝合金在不同温度下时效的强度变化曲线79ppt课件图4—44时效铝合金焊接热影响区硬度变化特点I）固溶区；II）过时效区；III）时效母材1—焊态下的热影响区硬度变化特点；2—焊后又经过时效的热影响区硬度变化特点80ppt课件图4—45

2A12CZ铝合金手工钨极氩弧焊热影响区的组织变化a)

靠近溶合线的固溶区；b)过时效区c)母材（淬火+自然时效）81ppt课件图4—46

Al-Zn-Mg合金焊接热影响区透射电镜照片a)

峰值温度