焊接热影响区的组织和性能

§5-4熔合区及焊接热影响区熔焊时，不仅焊缝在焊接热源的作用下发生从熔化到固态相变等一系列变化，而且焊缝两侧未熔化的母材也会因焊接热传递的影响而产生组织和性能变化。此外，由母材到焊缝也存在着性能即不同于焊缝，又不同于母材的过渡区，这些都会对焊接接头的性能产生较大影响。一、熔合区的组织和性能熔合区是指在焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。该区范围很窄，甚至在显微镜下也很难分辨。过热组织(overheatedstructure）是钢材内部缺陷之一，钢因加热温度超过Ac3很多或在高温下停留时间很长而形成的以晶粒粗大为特征的金属组织。熔合区温度处于铁碳合金状态图中固相线和液相线之间。该区金属处于部分熔化状态（半熔化区），晶粒非常粗大，冷却后组织为粗大的过热组织，塑性、韧性很差。由于熔合区具有明显的化学不均匀性及组织不均匀性，所以往往是焊接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地，是焊接接头中性能最差的区域。二、焊接热循环焊接热循环曲线Tm—加热的最高温度TA—相变温度tA—相变温度以上停留的时间在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。焊接热循环是针对焊件上某个具体的点而言的，当热源向该点靠近时。该点的温度随之升高直到达到最大值，随着热源离开，温度又逐渐降低至室温，该过程可用一条曲线来表示。距焊缝不同距离焊件上各点的热循环A—至焊缝轴线10mmB—至焊缝轴线11mmC—至焊缝轴线14mmD—至焊缝轴线18mmE—至焊缝轴线25mm在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的热循环不同，显然，距焊缝越近的各点，加热达到的最高温度越高；距焊缝越远的各点，加热达到的最高温度越低。•焊接热循环的主要特点是：加热温度高，停留时间短（几秒到几十秒），加热和冷却速度快。•热循环的主要参数是加热速度、加热的最高温度（Tm）、在相变温度以上停留的时间（tA）和冷却速度。影响焊接热循环的主要因素有焊接参数、焊接方法、预热和道间温度、接头形式、母材导热性等。焊接热循环曲线Tm—加热的最高温度TA—相变温度tA—相变温度以上停留的时间三、焊接热影响区的组织和性能不易淬火钢焊接热影响区1—熔合区2—过热区3—正火区4—不完全重结晶区5—再结晶区6—母材焊接热影响区就是指在焊接过程中，母材因受热影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。焊接热影响区的组织和性能基本反映了焊接接头的性能和质量。对于低碳钢及合金元素较少的低合金高强度钢来说，焊接热影响区可分为过热区、正火区、不完全重结晶区和再结晶区过热组织：魏氏组织(widmanstattenstructure)•区焊接热影响中的过热区，由于奥氏体晶粒长得非常粗大，这种粗大的奥氏体在较快的冷却速度下会形成一种特殊的过热组织，其组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体(渗碳体)针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种过热组织称为铁素体(渗碳体)魏氏组织。•简单说来，就是在奥氏体晶粒较粗大，冷却速度适宜时，钢中的先共析相以针片状形态与片状珠光体混合存在的复相组织。•魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面，使金属的的柔韧性急速下降，这是不易淬火钢焊接接头变脆的一个主要原因。焊接热影响区除了组织变化而引起性能变化外，热影响区宽度对焊接接头中产生的应力与变形也有较大影响。一般来说，热影响区越窄，焊接接头中内应力越大，越容易产生裂纹；热影响区越宽，则变形越大。因此，焊接生产中，在保证焊接接头不产生裂纹的前提下，应尽量减小热影响区的宽度。•热影响区宽度的大小与焊接方法、焊接参数、焊件大小和厚度、金属材料热物理性质和接头形式等有关。采用小的焊接参数，如降低焊接电流、增加焊接速度，可以减小热影响区宽度。不同焊接方法，其热影响区宽度也不相同，焊条电弧焊的热影响区总宽度为6mm，埋弧焊约为2.5mm，而气焊则可达到27mm左右。§5-5控制和改善焊接接头性能的方法一、材料的匹配材料的匹配主要是指焊接材料的选用。对于低碳钢、低合金高强度结构钢、低温钢，一般不要求焊缝金属与母材成分一样，而是要求力学性能与母材相同。对于耐热钢和不锈钢，为保证焊缝具有与母材相近的高温性能和耐腐蚀性能，其焊接材料的化学成分应与母材大致相同。二、控制熔合比熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比，称为熔合比。熔合比的计算公式为：r＝Fm/（Fm＋Ft）式中r——熔合比；Fm——熔化的母材金属的横截面积；Ft——焊缝中填充金属的横截面积。三、焊接工艺方法的选用1.气焊气焊的机械保护效果较差，合金元素烧损较大，焊缝中气体元素和杂质元素含量也较高。2.焊条电弧焊焊条电弧焊机械保护效果较好，合金元素烧损较少，焊缝中气体元素和杂质元素含量较低。3.埋弧焊埋弧焊的机械保护效果也较好，合金元素烧损较少，焊缝中气体元素和杂质元素含量也较低。4.手工钨极氩弧焊手工钨极氩弧焊由于采用氩气保护，保护效果好，合金元素基本没有烧损，焊缝中气体元素和杂质元素含量极少，焊缝金属纯净。5.CO2气体保护焊CO2气体保护焊采用氧化性气体CO2进行保护，对合金元素烧损较多，故需采用含硅、锰较多的焊丝。四、焊接热输入及焊接参数的选用1.焊接参数对焊接接头性能的影响及控制2.焊接热输入对焊接接头性能的影响及控制五、焊接工艺措施焊接工艺措施很多，有焊接操作技术、焊前预热、焊后后热、焊后热处理等，焊接操作技术包括单道焊法、多层多道焊法、不摆动焊法和摆动焊法等，这些工艺措施对焊接接头的性能都有较大影响。