第十章焊接热影响区的组织和性能.ppt
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1、第十章 焊接热影响区的组织与性能,熔焊时在高温热源作用下,靠近焊缝两侧一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“焊接热影响区” 。,图10-1 焊接接头示意图 1-焊缝;2-熔合区;3-热影响区;4-母材,第一节 焊接热循环 第二节 焊接热循环下的金属组织转变特点 第三节 焊接热影响区的组织与性能,第一节 焊接热循环,一、研究焊接热循环的意义 二、焊接热循环的参数及特征 三、焊接热循环参数的计算,一、研究焊接热循环的意义,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。 研究焊接热循环的意义为: 找出最佳的焊接热循环; 用工艺手段改善焊接热循环; 预测焊接
2、应力分布及改善热影响区组织与性能。,二、焊接热循环的参数及特征,加热速度H 最高加热温度m 相变温度以上 的停留时间tH 冷却速度c (或冷却时间t8 / 5),晶粒大小,相变组织,三、焊接热循环参数的计算,峰值温度m的计算 相变温度以上的停留时间tH 的计算 冷却速度C和冷却时间的计算,点热源(厚板),线热源(薄板),冷却速度: 厚板 薄板 冷却时间: 厚板 薄板,第二节 焊接热循环条件下的 金属组织转变特点,焊接过程的特殊性 焊接加热过程的组织转变 焊接时冷却过程的组织转变,一、焊接过程的特殊性,五个特点(以低合金钢为例): 加热温度高 在熔合线附近温度可达l350l400; 加热速度快
3、加热速度比热处理时快几十倍甚至几百倍; 高温停留时间短 在AC3以上保温的时间很短(一般手工电弧焊约为420s,埋弧焊时30l00s) ; 在自然条件下连续冷却(个别情况下进行焊后保温缓冷); 有热应力作用状态下进行的组织转变。,二、焊接加热过程的组织转变,焊接过程的快速加热,将使各种金属的相变温度比起等温转变时大有提高。,图10-4 焊接快速加热对Ac1、Ac3和晶粒长大的影响(CCT图) d晶粒的平均直径;A奥氏体;P珠光体;F铁素体;K碳化物,45钢,40Cr,H : 11400/s;2270/s; 335/s; 47.5/s),H :11600/s;2300/s; 442/s; 57.
4、2/s,表10-1 加热速度对相变点Ac1和Ac3及其温差的影响,三、焊接冷却过程中的组织转变,焊接条件下的组织转变不仅与等温转变不同,也与热处理条件下的连续冷却组织转变不同 。 随冷却速度增大,平衡状态图上各相变点和温度线均发生偏移。,共析成分成为一个成分范围,第三节 焊接热影响区的 组织与性能,焊接热影响区的组织分布 焊接热影响区的性能,不易淬火钢焊接热影响区的组织分布,熔合区: 又称半熔化区,是焊缝与母材的交界区。 加热温度:14901530(固、液相线之间) 组织:(未熔化但因过热而长大的)粗晶组织和(部分新凝固的)铸态组织。 特点:该区很窄,组织不均匀,强度下降,塑性很差,是裂纹及局
5、部脆断的发源地。,过热区: 紧靠熔合区 加热温度: 11001490(1100固相线) 组织: 粗大的过热组织。 特点: 宽度为13mm,塑性和韧性下降。,相变重结晶区(正火区): 紧靠着过热区 加热温度: 8501100 (AC3至1100) 组织: 均匀细小的铁素体和珠光体组织(近似于正火组织) 特点: 宽度约1.24.0mm,力学性能优于母材。,不完全重结晶区: 加热温度: AC1AC3之间 组织: F+P (F粗、细不均)特点: 部分组织发生相变,晶粒不均匀,力学性能差。,一、焊接热影响区的组织分布,1-熔合区; 2-过热区; 3-相变重结晶区; 4-不完全重结晶区; 5-母材; 6-
6、完全淬火区; 7-不完全淬火区; 8-回火软化区,焊接热影响区的组织分布特征,1、 完全淬火区,焊接时处于Ac3以上的区域,与不易淬火钢的过热区、正火区对应。加热时铁素体、珠光体全部转变为奥氏体,冷却时很容易得到淬火组织。在紧靠焊缝相当于低碳钢过热区的部位,得到粗大的马氏体,而相当于正火区的部位则得到细小的马氏体。当焊件母材的淬透性不是太高时,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。,2、 不完全淬火区,母材被加热到Ac1Ac3温度之间的热影响区,相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。在快速加热条件下,铁素体很少溶入奥氏体,而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体。在随后快冷时,奥氏
7、体转变为马氏体,原铁素体保持不变,并有不同程度的长大,最后形成马氏体加铁素体的混合组织。如含碳量和合金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光体。,3、回火软化区,如母材焊前是调质状态,焊接热影响区的组织分布除存在完全淬火区和不完全淬火区外,还存在一个回火软化区。 在回火区内组织和性能发生变化的程度决定于焊前调质的回火温度t :热循环温度低于t 的部位,其组织性能不发生变化,而高于t 的部位,将发生软化现象; 若焊前为淬火态,则可获得不同的回火组织。紧靠Ac1的部位,相当于瞬时高温回火,得到回火索氏体;离焊缝较远的区域,获得回火马氏体。,二、 焊接热影响区的性能,焊接热影响
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