1、6.1焊接热影响区组织转变特点6.2焊接热影响区组织转变6.3焊接热影响区的性能6.4焊接热/力物理模拟技术,第六章 热影响区的组织与性能,6.3热影响区的性能,焊接热影响区的性能损伤主要包括软化、硬化、脆化、抗腐性能和疲劳性能等。,6.3.1 热影响区的硬度,1、再结晶软化,热影响区再结晶软化示意图,对于形变强化状态材料的焊接热影响区，焊接热循环将产生退火热处理效果，使得一定范围的热影响区组织发生回复与再结晶过程，使该区的硬度与强度硬度低于母材。,1）硬度分布,2）防止措施,单位长度焊缝热输入对加工硬化5356铝合金的热影响,加工硬化2219-T37铝合金熔化区边界附近的显微组织a) 电子束
2、焊接，b) 钨极惰性气体保护焊,降低热输入；采用高能束焊接。,2、过时效软化,1）硬度分布,Al-Cu合金人工时效状态下焊接接头的组织与性能分布AW：焊态，PWNA焊后自然时效，AWNA焊后人工时效,对于人工时效2219铝合金峰值温度高于母材时效温度时，细小的相将开始发生分解，而粗大相同时开始长大，距离焊缝越近相溶解越多；焊缝以及非常接近焊缝的热影响区部分完全溶解，较高的焊接冷却速度使晶格处于过饱和状态。焊后自然时效（PWNA）可以使焊缝及热影响区的硬度略有上升；焊后人工时效（AWAA）可以使焊缝及非常接近焊缝的热影响区强化效果得到恢复；对距离焊缝稍远的热影响区；焊后人工时效也没有办法使其强度
3、得到恢复。,焊前热处理含有GP区的Al-Cu合金：a)相图；b）热循环曲线；c）沉淀C-曲线；d）微观组织结构；e）硬度分布,讨论自然时效2219铝合金软化问题,2）防止措施,焊接方法的影响,热输入的影响,3、钢的高温回火软化,1）硬度分布,低合金钢不同处理状态下焊接接头的硬度分布,在接近焊缝区域由于其峰值温度高且冷却速度快，发生了较强的淬硬倾向；热影响区的峰值温度在Ac1附近焊前为退火状态时热影响区不出现软化区域；若焊前为淬火+回火处理状态，则焊接热影响区的硬度降低的程度和范围随回火温度降低而增大；AC1至AC3的温度区域软化程度最大。,2）防止措施,钢的回火软化程度取决于回火温度与回火时间
4、。焊后重新进行调质处理可以将钢热影响区的性能回复到焊前水平。但是，很多大型的结构件没有办法进行焊后热处理，采用合适的焊接方法和焊接工艺就成为必然选择。钢的回火软化程度和软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系。一般地，线能量越小，加热冷却速度越快，受热时间越短，软化程度越小，软化区的宽度越窄。,焊接方法及其线能量对软化区宽度b和接头强度J的影响（42Cr2MnSiNiMo）,调质状态下的30CrMnSi钢焊接接头的强度分布,电弧焊,气焊,4、钢的硬化,1）硬度分布,低合金钢焊接接头的硬度分布,硬化是钢焊接热影响区的一个比较普遍的现象。热影响区硬化可以明显地提高热影响区冷裂倾向，脆性增大。不
5、易淬火钢焊接接头在热影响区发生硬化现象；对于易淬火钢在正火或退火条件下焊接，其热影响区的淬火区必然会发生较大的淬硬倾向，这种淬硬倾向与回火软化恰恰相反，焊前强化程度越低，淬硬倾向也就越明显。,常用热影响区的最高硬度Hmax来间接判断热影响区的性能。焊接热影响区的最高硬度主要取决于被焊钢材的化学成分和冷却条件。因此，可将Hmax写成碳当量Ceq和冷却时间t8/5的函数，即Hmax=f（Ceq,t8/5）,碳当量Ceq是将钢中包含碳在内的所有合金元素按其对淬硬倾向的影响程度，认为折算成相当于碳的影响而得到的一个量值，即,和 分别是某合金元素的质量分数和碳当量系数,国际焊接学会（IIW）推荐的CE主
6、要适用于中、高强度的非调质合金高强钢b=500900MPa。当CE(IIW)0.40%，且板厚小于20mm时，钢材淬硬倾向不大，焊接性良好；而当CE(IIW)=0.40%0.60%，特别当大于0.5%时，钢材易于淬硬，焊接性能较差,碳当量对焊接热影响区最高硬度的影响,随着钢种（Pcm、CE(IIW)）的增加，硬度也随之增加，即淬硬性增加。最高硬度和碳当量大致呈线性关系。,HAZ最高硬度与冷却时间的关系,随着冷却时间的增加，HAZ的最高硬度明显降低,2）防止措施。除了进行焊后回火处理之外，对于不能进行热处理的工件可以采用预热的办法或采用较大的热输入方法来降低母材的淬硬倾向。但是对于某些调质钢来说，在焊接的热影响可能又同时存在着软化问题，因此在选择焊接工艺过程中要同时考虑硬化和软化两方面的因素。,6.3.2焊接热影响区的韧性,韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。材料的韧性越高，意味着材料的脆性越小，抵抗冲击破坏的能力也就越强。材料的韧性可以用冲击韧性或韧-脆转变温度来表征。冲击韧性是反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击韧性值（ak）和冲击
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