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薛振林 陆志春 2.2.2焊接接头的组成 4、热影响区: 焊接接头在焊接或切割过程中,材料因受热的影响(但未熔化)而发生的金相组织和力学性能变化的区域。其区域的宽度与焊接方法、焊接工艺及参数(热输入)、构件厚度等有关。 焊接方法 各区平均尺寸(mm) 总宽(mm) 过热 相变重结晶 不完全重结晶 手工电弧焊 2.2~3.0 1.5~2.5 2.2~3.0 6.0~8.0 埋弧自动焊 0.8~1.2 0.8~1.7 0.7~1.0 2.3~4.0 电渣焊 18~20 5.0~7.0 2.0~3.0 25~30 氧、乙炔气焊 21 4.0 2.0 27.0 真空电子束焊 — — — 0.05~0.75 不同焊接方法热影响区平均尺寸表 薛振林 陆志春 2.2.3焊接接头的组织性能 1、接头形成过程:焊接接头中,焊缝金属是高温液态冷却至常温固态的。这期间经历了两次结晶过程,即从液相转变为固相的一次结晶过程和在固相状态下发生组织转变的二次结晶过程。 焊缝金属的一次结晶过程如下: 结晶最先发生在熔池中温度最 低的熔合线部位,随着熔池温 度的降低,晶体逐渐长大,在 长大过程中,由于相邻晶体的 阻碍,晶体只能向熔池中心生 长,从而形成柱状晶,当柱状 晶体长大至相互接触时,一次 结晶过程即结束。 薛振林 陆志春 2.2.3焊接接头的组织性能 一次结晶过程中,由于冷却速度快,焊缝金属元素来不及扩散,会产生化学成份分布不均匀现象,这种现象称为—偏析,偏析有可能使焊缝力学性能和耐腐蚀性能不均匀,还有可能产生缺陷,例如热裂纹的产生与偏析有关。 焊缝金属的二次结晶的组织和性能与焊缝的化学成份、冷却速度及焊后热处理有关。 低碳钢和低合金钢在平衡状态下的二次结晶组织是铁素体加少量珠光体,当采用奥氏体不锈钢焊接材料时,则焊缝组织一般为奥氏体加少量铁素体。 低碳钢的热影响区 薛振林 陆志春 2.2.3焊接接头的组织和性能 2、不易淬火钢(低碳钢和低合金钢)熔合区、热影响区的组织和性能 定义:在一般焊接条件下淬火倾向较小的,如低碳钢和含合金元素很少的低合金钢,称为“不易淬火钢”。含碳量较高或含合金元素较多,在一般焊接条件下淬火倾向较大,称为“易淬火钢”。 ①熔合区(不完全熔化区):此区为熔合线附近焊缝金属到母材金属的过渡部分,温度处于固相线和液相线之间,金属处于局部熔化状态,晶粒粗大,组织和化学成分不均匀,冷却后的组织属于过热组织。该区域很小,但对接头的强度、塑性影响较大。熔合区附近是产生裂纹和局部脆性破坏的发源地。 薛振林 陆志春 2.2.3焊接接头的组织和性能 ②热影响区: A.过热区(晶粒粗大区):此区段金属处于1100℃以上,晶粒粗大,冷却后会出现粗大的魏氏组织(铁素体呈针状不规则交叉),使材料塑性和韧性大大降低。 该区域大小取决于焊接方法和 焊接规范,焊接速度越快,过 热区越小。其力学性能取决于 冷却速度,冷却速度提高,过 热区强度、硬度则增高,塑性 及韧性则降低。 亚共析钢魏氏组织 薛振林 陆志春 2.2.3焊接接头的组织和性能 B.正火区(重结晶区): 此区加热温度在Ac3以上至1100℃,此间铁素体和珠光体全部转变为晶粒较小的奥氏体,冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体。该区段相当于热处理正火组织,晶粒细小均匀,既有较高的强度,又有较好的塑性。 C.部分相变区: 此区加热温度范围在Ac1~Ac3之间,在此温度下,珠光体及部分铁素体转变为晶粒较小的奥氏体,另一部分铁素体在升温中晶粒长大成为粗大的铁素体。冷却后,既有经过重结晶的细晶粒铁素体和珠光体,又有晶粒大小极不均的铁素体,其力学性能较差。 薛振林 陆志春 2.2.3焊接接头的组织和性能 3、焊接接头的力学性能评价: ①焊缝:由于焊缝金属的化学成份较合理,二次结晶的晶粒较细,所以焊缝部位的金属具有较好的力学性能,加上余高使焊缝部位受力截面增大(但余高不能增加整个接头的强度),故焊缝不是接头力学性能薄弱部位。 ②熔合区:熔合区是结构和应力不连续的部位,是应力集中严重区段、是产生裂纹和局部脆性破坏的发源地,是接头最薄弱部位。 ③热影响区:此区段是晶粒粗大且不均匀,易出现粗大的魏氏组织,力学性能较差,又是结构和应力不连续的部位,是应力集中严重区段,其薄弱程度仅次于熔合区。 薛振林 陆志春 2.3 焊接应力与变形 2.3.1 焊接应力及变形的概念及分类 1、定义:在焊接过程中,工件受电弧热的不均匀加热而产生的内应力及变形是暂时的。当工件冷却后,仍然保留在工件内部的内应力及变形叫着残余内应力及残余变形。我们所说的焊接应力及变形就是指的焊接的残余内应力和焊接的残余变形。 2、分类: 1)焊接应力的分类
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