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焊接基础 3 姚舜 焊接接头金属的组织与性能 一、熔焊过程冶金特点 焊接冶金 电弧气体介质 O2 、CO2、 N2、H2、Ar 、He O2 → O + O CO2 → CO+O －－氧化性 Me + O = MeO Fe +O = FeO Mn +O = MnO Si + 2O =SiO2 Ti + O = TiO2 2Ai +3O = Al2O3 - - 焊接冶金 工艺措施 1. 防止有害气体进入熔化金属（熔池、熔滴） 2. 脱氧 3. 向熔池渗入合金元素 惰性气体保护 Ar、He MIG （GMAW） TIG 活性气体保护 CO2 MAG （GMAW） 熔渣保护 SAW ESW 气渣联合保护 SMAW FCAW 脱氧合金元素 （Mn、Si、Ti、Al） 渗合金元素（Mn、Si－－） 焊接接头金属组织与性能 焊接热循环 热影响区 ① 熔合区 热影响区性能 热影响区不同区域经受不同的热循环过程，导致热影响区成分、组织、晶粒大小严重不均匀，焊接热影响区成为焊接接头性能最薄弱的环节。 对于含碳量高，合金元素较多，淬硬倾向较大的钢种，热影响区会出现淬火组织，降低基体的塑性和韧性，容易产生裂纹。 针对不同材料、热影响区性能可能发生晶粒粗化、硬化、软化、脆化等现象。 焊缝的凝固 焊接热影响区组织 在焊接热循环下，热影响区组织非平衡转变的结果，往往得到混合组织。一般地说，热影响区究竟出现哪几种组织，主要取决于母材的化学成分和焊接工艺条件。 母材的化学成分是决定性因素，母材含碳量和合金元素越多，淬硬倾向就越大。低碳钢、低合金钢，其热影响区一般是铁素体、珠光体和魏氏体组织，可能有少量贝氏体或马氏体；对于淬硬倾向较大的钢种，热影响区主要是马氏体组织，按冷却速度不同，可能出现贝氏体、索氏体组织。 工艺条件影响 焊接工艺条件主要指线能量和预热、层间保温后热等热规范条件。 焊接工艺主要影响焊接温度场、焊接热循环、峰值温度、加热速度、高温停留时间和冷却速度，从而决定了材料奥氏体晶粒的倾向、均质化程度和冷却时组织转变。 对于碳当量较高的钢种，高温停留时间越长，冷却速度越快，得到的淬硬组织越多。即使对于低碳钢，加热温度在AC1-AC3间不完全重结晶区，也可能出现高碳马氏体组织。因为快速加热，原珠光体转变为高碳奥氏体，来不及扩散均匀化，在快速冷却时，高碳奥氏体转变为高碳马氏体。 热影响区晶粒粗化 焊接热循环条件下，热影响区由于强烈过热使晶粒发生严重长大。 加热速度提高，高温停留时间减小，晶粒开始长大的温度提高，得到的晶粒则较小。 冷却速度越大，晶粒尺寸越细小。 最高加热温度提高，晶粒尺寸急剧增大；在最高加热温度下保温也使晶粒长大加剧。 随着焊接线能量增大，（熔合线附近）奥氏体晶粒直径增大，而且晶粒长大的范围也增大。 焊接热影响区的硬化 焊接热影响区硬度取决于材料的化学成分和冷却条件。 材料含碳量或碳当量影响材料淬硬性。含碳量越高，淬硬性越大，越容易得到马氏体组织，而马氏体硬度随含碳量的增高而增大。 W（c）≦0.2% 加热和冷却速度越快，奥氏体不均匀性增加，局部会产生高碳马氏体，淬性倾向增大 焊接热影响区软化 冷作强化，焊后温度超过再结晶温度的区域，发生再结晶，导致冷作强化效应消失；对热处理强化金属，温度大于热处理回火温度，发生高温回火，或过失效和脱溶，导致热处理强化效应消失称之为热影响区软化。 HAZ产生软化现象不可避免。通过焊接工艺措施只能改变软化区的尺寸及软化程度。 小线能量多层焊可以减轻时效强化合金焊后软化程度及软化区的宽度。 焊接方法不同，加热时峰值温度不同，软化区宽度也不同。 热影响区脆化 粗晶脆化、析出相脆化、组织脆化、晶界偏析脆化、氢脆化。 在HAZ熔合线附近的过热区发生严重晶粒粗化，导致材料韧性恶化－粗晶脆化。晶粒越粗，脆性越大（脆性转变温度越高）。 组织脆化 焊接HAZ出现淬硬组织，使焊接热影响区发生脆化。 焊接含碳量和合金元素较多易淬火钢时，在过热区形成淬硬的孪晶马氏体，而导致脆性。含碳量越高，马氏体越硬脆。 热影响区过热区、加热温度在AC1-AC3 范围，特别稍高于AC1温度时，易形成M-A－脆性相组织。 M-A 组织在铁素体－奥氏体双相区加热范围内，奥氏体相含碳量高，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，易于形成挛晶马氏体，挛晶马氏体中铁素体与碳化物界面产生微裂纹，沿M-A 组元边界扩展。M-A组元数量越多，脆化越严重。 某些金属或合金焊接区处于非平衡态组织，在时效或回火过程中沿晶界析出碳化物、氮化物、或金属间化合物以及其他亚稳态中间相，使金属或合金的强度和脆性提高－称之为析出脆化。HAZ的熔合线附近（包括