焊接物理冶金-热影响区-ppt课件.ppt（90页）

1、第四章焊接热影响区1ppt课件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： （1）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（非均匀）; 冷却B、 M（非平衡相） （2）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

2、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课件图图41 41 不同焊接工艺下钢材单道焊时热影响区的热循环曲线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（板厚气体保护焊（板厚=1.5mm） 2埋弧焊（板厚埋弧焊（板厚=8mm）3埋弧焊（板厚埋弧焊（板厚=15mm） 4电渣焊

3、（板厚电渣焊（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： 1. 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 2. 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课件图图42 42 固态无相变金属和合金的焊接热影响区特点固态无相变金属和合金的焊接热影响区特点I 过热区过热区 II 再结

4、晶区再结晶区9ppt课件10ppt课件11ppt课件图图43 X43 X形坡口纯镍焊接热影响区过热组织形坡口纯镍焊接热影响区过热组织a) 焊接接头示意图焊接接头示意图b) 二次过热区（二次过热区（a中中1区）组织区）组织c) 一次过热区（一次过热区（a中中1区）组织区）组织12ppt课件图图45 45 冷轧纯铜焊接热影响区组织冷轧纯铜焊接热影响区组织a）过热区组织）过热区组织 b）再结晶区组织）再结晶区组织 c）冷轧状态的母材组织）冷轧状态的母材组织13ppt课件图图44 44 热轧纯铜焊接热影响区组织热轧纯铜焊接热影响区组织a）过热区组织）过热区组织 b）热轧状态的母材组织）热轧状态的母材组

5、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课件图图46 46 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

6、过热区 II重结晶区重结晶区 II不完全重结晶区不完全重结晶区 再结晶区再结晶区 IV母材母材18ppt课件图图47 47 工业纯钛工业纯钛TA2TA2等离子弧焊时的等离子弧焊时的 热影响区组织特点热影响区组织特点a）过热区组织）过热区组织b）重结晶区组织）重结晶区组织c）母材组织）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）（1）过热区（粗晶区）温度：1100-1490, 组织：粗大魏氏组织，性能: 脆化（

7、2）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（3）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（4）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课件图图48 48 低碳钢的焊接热影响区特点低碳钢的焊接热影响区特点I过热区；过热区；II重结晶区（即正火区）；重结晶区（即正火区）；III不完全重结晶区不完全重结晶区IV再结晶区；再结晶区； V母材（冷轧状态）母材（冷轧状态） 22ppt课件图图419 419 不同类型钢材的焊接热

8、影响区划分示意图不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图I过热区；过热区；II正火区；正火区；III不完全重结晶区；不完全重结晶区；IV淬火区；淬火区；V不完全淬火区；不完全淬火区；VI回火区回火区23ppt课件图图49 Q235A49 Q235A钢焊接热影响区的组织特点钢焊接热影响区的组织特点a) 过热区组织；过热区组织；b) 重结晶区（正火区）组织；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；不完全重结晶区（不完全正火区）组织；d) 母材组织母材组织24ppt课件25ppt课件26ppt课件27ppt课件28ppt课件29ppt课件图图410 410 焊接方法对过热区高温

9、停留时间和晶粒大小的影响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（板厚焊条电弧焊（板厚10mm）；）；2埋弧焊（板厚埋弧焊（板厚1525mm）；）；3电渣焊（板厚电渣焊（板厚100200mm）30ppt课件图图411 411 等温和连续加热时珠光体转变为奥氏体的示意图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：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：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：碳化物溶解完了的温度T4：均匀化的加热速度：均匀化的加热速度vH1、vH2、vH3：不同的加热速度：不同的加热速度31

10、ppt课件图图412 Q235A412 Q235A钢焊接热影响区的组织钢焊接热影响区的组织a) 过热区组织；过热区组织；b) 重结晶区组织；重结晶区组织；c) 不完全重结晶区组织；不完全重结晶区组织；d) 母材组织母材组织32ppt课件图图413 20413 20钢焊接热影响区组织钢焊接热影响区组织a) 过热区组织；过热区组织；b) 重结晶区重结晶区c) 不完全重结晶区组织不完全重结晶区组织d) 母材组织母材组织33ppt课件图图414 414 低碳钢焊接接头各区的低碳钢焊接接头各区的V V形缺口夏比冲击值的分布示意图形缺口夏比冲击值的分布示意图I过热区；过热区；II正火区（重结晶区）；正火区

11、（重结晶区）；III不完全重结晶区；不完全重结晶区；IV脆化区脆化区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课件图图415 415 不同

12、奥氏体化温度的不同奥氏体化温度的CCTCCT图图(钢材钢材w (C) 0.17%和和w (Mn) 1.34%)a) 900奥氏体化（炉中缓慢连续加热）奥氏体化（炉中缓慢连续加热）b) 1300奥氏体化（炉中缓慢连续加热）奥氏体化（炉中缓慢连续加热）42ppt课件图图416 416 模拟焊接条件下不同加热速度时的模拟焊接条件下不同加热速度时的CCTCCT图图实线实线升温速度升温速度910/s，由，由Ac3加热到加热到1350的时间的时间40s虚线虚线升温速度升温速度150/s，由，由Ac3加热到加热到1350的时间的时间4.5s（45钢，钢，Tmax =1350）43ppt课件图图417 417

13、 加热速度对加热速度对4545钢临界点的影响钢临界点的影响Ac1k珠光体转变为奥氏体的开始温度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珠光体转变为奥氏体的结束温度vH加热速度（加热速度（/s/s）；）；D奥氏体晶粒尺寸（奥氏体晶粒尺寸（mm）44ppt课件图图48 48 低碳钢的焊接热影响区特点低碳钢的焊接热影响区特点I过热区；过热区；II重结晶区（即正火区）；重结晶区（即正火区）；III不完全重结晶区不完全重结晶区IV再结晶区；再结晶区； V母材（冷轧状态）母材（冷轧状态） 45ppt课件图图419 419 不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图不同类型钢材的焊接热影响

14、区划分示意图I过热区；过热区；II正火区；正火区；III不完全重结晶区；不完全重结晶区；IV淬火区；淬火区；V不完全淬火区；不完全淬火区；VI回火区回火区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课件图图418 418 不同钢材焊接热影响区中硬度和马氏体数量的分布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，热输入试样，热输入1340J/cm，过热区的冷却速度，过热区的冷却速度28/s/s）48ppt课件49ppt课件50ppt课件图图420 490MPa420

15、 490MPa级高强钢的模拟焊接热影响区级高强钢的模拟焊接热影响区CCTCCT曲线和曲线和t t8/58/5对组织与硬度的影响对组织与硬度的影响a) CCT曲线曲线 b) t8/5对组织与硬度的影响对组织与硬度的影响51ppt课件图图421 16Mn421 16Mn钢气电立焊热影响区组织钢气电立焊热影响区组织a) 过热区组织；过热区组织； b) 正火区组织；正火区组织； c) 不完全重结晶区组织不完全重结晶区组织52ppt课件图图422 16Mn422 16Mn钢焊条电弧焊的角焊缝热影响区组织钢焊条电弧焊的角焊缝热影响区组织a) 过热区组织；过热区组织； b) 正火区组织；正火区组织； c)

16、不完全重结晶区组织；不完全重结晶区组织； d) 母材组织母材组织53ppt课件图图423 12Cr2MoWVTiB423 12Cr2MoWVTiB钢氩弧焊时的热影响区组织钢氩弧焊时的热影响区组织a) 过热区组织；过热区组织；b) 正火区组织；正火区组织；c) 不完全重结晶区组织；不完全重结晶区组织；d) 母材组织母材组织细小的马氏体细小的马氏体+少量粒贝少量粒贝粗大的马粗大的马氏体氏体铁素体铁素体+马氏体马氏体+粒粒贝贝+少量铁素体少量铁素体碳碳化物型混合组织化物型混合组织铁素体铁素体碳化碳化物型混合物物型混合物54ppt课件图图424 424 抗拉强度为抗拉强度为784MPa784MPa级高

17、强度钢焊接热影响区各取的冲击韧度级高强度钢焊接热影响区各取的冲击韧度55ppt课件图图425 HQ70425 HQ70钢模拟焊接热影响区钢模拟焊接热影响区 过热区的金相组织过热区的金相组织a) t8/5 = 8s; b) t8/5 = 90s; c) t8/5 = 120s;56ppt课件图图426 HQ70426 HQ70钢模拟焊接热影响区过热区中钢模拟焊接热影响区过热区中M-AM-A组元扫描电镜照片组元扫描电镜照片 a) t8/5=8s; b) t8/5=8s;57ppt课件图图427 784MPa427 784MPa级高强钢模拟焊接热影响区过热区中级高强钢模拟焊接热影响区过热区中M-AM

18、-A组元与组元与t t8/58/5之间的关系之间的关系58ppt课件 图图428428784MPa级高强钢模拟焊接级高强钢模拟焊接热影响区过热区中热影响区过热区中M-A组元组元的透射电镜照片（的透射电镜照片（t8/5=240s）a) M-A组元的全貌组元的全貌b) M-A组元中的板条马氏体组元中的板条马氏体c) M-A组元中的孪晶马氏体组元中的孪晶马氏体59ppt课件图图429 M-A429 M-A组元的数量与组元的数量与VTVTrsrs之间的关系之间的关系（图中的数字为（图中的数字为t8/5/s）60ppt课件图图430 430 贝氏体的组织形态贝氏体的组织形态BU上贝；上贝；BL下贝下贝6

19、1ppt课件图图431 431 片状下贝氏体的组织形态片状下贝氏体的组织形态62ppt课件图图432 432 板条马氏体的组织形态板条马氏体的组织形态a) 板条马氏体的光学金相照片板条马氏体的光学金相照片b) 板条马氏体的透射电镜照片板条马氏体的透射电镜照片63ppt课件图图433 433 片状马氏体的组织形态片状马氏体的组织形态a) 片状马氏体的光学金相照片片状马氏体的光学金相照片b) 片状马氏体的透射电镜照片片状马氏体的透射电镜照片64ppt课件图图419 419 不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图不同类型钢材的焊接热影响区划分示意图I过热区；过热区；II正火区；正火区；III不完全重结

20、晶区；不完全重结晶区；IV淬火区；淬火区；V不完全淬火区；不完全淬火区；VI回火区回火区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课件图图436 Q345436 Q345钢水下半自动焊时的不完全淬火区组织钢水下半自动焊时的不完全淬火区组织67ppt课件图图437 437 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68

21、ppt课件图图439 Ni9%439 Ni9%钢多道焊时实际热影钢多道焊时实际热影 响区中的组织遗传现象响区中的组织遗传现象a) 多道焊热影响区示意图多道焊热影响区示意图b) a图中图中AB区放大后的晶粒特点区放大后的晶粒特点69ppt课件图图438 Ni9%438 Ni9%钢模拟焊接热影响区中的组织遗传现象钢模拟焊接热影响区中的组织遗传现象a) 峰值温度峰值温度1350的模拟焊接热影响区组织的模拟焊接热影响区组织b) 峰值温度峰值温度1350的模拟焊接热影响区的晶粒特点的模拟焊接热影响区的晶粒特点c) 经经1350 +900两次热循环后的晶粒特点两次热循环后的晶粒特点d) 照片照片c上的晶界

22、局部放大上的晶界局部放大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（1）母材为退火状态（固溶体-Al, 第二相 Mg2Al3） 只存在固溶区,温度：T2-Tc, 组织：单相固溶体-Al 如果加热速度非常快，固溶区组织：固溶体+少量第二 相。（2）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课件图图440 440 无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点73ppt课

23、件图图441 5A03441 5A03铝合金钨极氩弧焊时热影响区的组织变化铝合金钨极氩弧焊时热影响区的组织变化a) 带有局部晶界熔化的固溶区；带有局部晶界熔化的固溶区；b) 退火状态下的母材，在退火状态下的母材，在(Al)固溶体上分布有固溶体上分布有Mg2Si及杂质及杂质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（+）固溶态（ ）GP区 （CuAl2） （CuAl2） 聚集长大（1）焊态下 热影响区组织：固溶区（）+ 过时效区（+ ） 热影响区性能：低于时效强化的母材，固溶区硬度最低（2）焊后时效处理 热影响区组织：固溶区（+ GP或 ）+ 过

24、时效区（+ ） 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课件图图440 440 无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区特点77ppt课件图图442 Al-Cu442 Al-Cu合金的时效过程示意图合金的时效过程示意图A退火状态；退火状态；B固溶状态；固溶状态；C时效状态；时效状态；D过时效状态过时效状态78ppt课件图图443 2A12443 2A12铝合金在不同温度下时效的强度变化曲线铝合金在不同温度下时效的强度变化曲线79ppt课件图图444 444 时效铝合金焊接热影响区硬度变化特点时效铝合金

25、焊接热影响区硬度变化特点I）固溶区；）固溶区；II）过时效区；）过时效区；III）时效母材）时效母材1焊态下的热影响区硬度变化特点；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焊后又经过时效的热影响区硬度变化特点80ppt课件图图445 2A12CZ445 2A12CZ铝合金手工钨极铝合金手工钨极 氩弧焊热影响区的组织变化氩弧焊热影响区的组织变化a) 靠近溶合线的固溶区；靠近溶合线的固溶区；b) 过时效区过时效区c) 母材（淬火母材（淬火+自然时效）自然时效）81ppt课件图图446 Al-Zn-Mg446 Al-Zn-Mg合金焊合金焊接热影响区透射电镜照片接热影响区透

26、射电镜照片a) 峰值温度峰值温度530；b) 峰值温度峰值温度400c) 峰值温度峰值温度240; d) 母材母材82ppt课件图图447 447 用用08MoV08MoV焊条焊条12AlMoV12AlMoV钢溶合线附近热影响区内的粗大铁素体脱碳层钢溶合线附近热影响区内的粗大铁素体脱碳层83ppt课件图图448 448 用用08MoV08MoV焊条改进后的焊条改进后的12AlMoV12AlMoV钢时熔合线附近的组织钢时熔合线附近的组织84ppt课件图图449 449 在在Q235AQ235A钢板上用钢板上用Cr28Ni11Cr28Ni11带极进行埋弧堆焊时的热影响区脱碳层组织带极进行埋弧堆焊时

27、的热影响区脱碳层组织85ppt课件图图450 Q235A450 Q235A钢与钢与Cr25Ni13Cr25Ni13奥氏体焊缝的异种钢接头经奥氏体焊缝的异种钢接头经600600， 300h300h后的组织特点及分布情况后的组织特点及分布情况86ppt课件图图451 Q235A451 Q235A钢和钢和Cr25Ni13Cr25Ni13焊缝的异种钢接头中脱碳层焊缝的异种钢接头中脱碳层 宽度（宽度（B1B1）与加热温度和加热时间的关系）与加热温度和加热时间的关系a) 脱碳层宽度与加热温度之间的关系；脱碳层宽度与加热温度之间的关系；b) 脱碳层宽度与加热时间之间的关系脱碳层宽度与加热时间之间的关系87p

28、pt课件图图452 452 异种钢焊接时，奥氏体高合金钢焊缝中碳化物形成元素异种钢焊接时，奥氏体高合金钢焊缝中碳化物形成元素 与其含碳量之比（与其含碳量之比（Me/CMe/C）对）对700700、100h100h加热后熔合线附近加热后熔合线附近 碳钢（碳钢（Q235AQ235A、w w（C C）=0.17%=0.17%）中脱碳层宽度的影响）中脱碳层宽度的影响88ppt课件图图434 434 模拟不同焊接热输入条件下，模拟不同焊接热输入条件下，Q420Q420钢中含钢中含TiTi量对奥氏体晶粒度的影响量对奥氏体晶粒度的影响Aw (Ti)=0%; Bw (Ti)=0.015%； Cw (Ti)=0.028%89ppt课件图图435 Q420435 Q420钢中钢中TiTi对过热区晶粒大小的影响对过热区晶粒大小的影响a) w (Ti) = 0%的的A钢；钢； b) w (Ti) = 0.028%的的C钢钢90ppt课件