材成第十章

焊接温度场反应了某瞬时 焊接接头中各点的温度随时间的变化过程。 1、 何谓焊接热影响区？

熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧一定范围内发生组织和性能变化

的区域。

2、 何谓焊接热循环？主要参数有哪些？简述这些参数对焊接接

头性能的影响？

焊接热循环：在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程。反映了热源对焊件金属的热作用。 参数： ? 加热速度

ωH ：ωH提高，相变温度随之提高，同时奥氏体的均质化和

碳化物的溶解也越不充分。

? 最高加热温度Ｔm ：Ｔm越高，晶粒长大越严重，HAZ的韧性越低。如熔合区附近的过热区，温度达1300~1350℃。 ? 相变温度以上停留时间

tH ：tH越长，越有利于奥氏体的均质化过程。

但温度太高时（如1100℃以上），即使停留时间不长，也会产生严重的晶粒长大。

电渣焊>埋弧焊>焊条电弧焊 ? 冷却速度

ωc(或冷却时间t8/5)ωc是决定HAZ组织性能的主要参数。

：

焊接时的冷却速度通常指冷至某一温度Tc（低合金钢约540℃)的瞬时冷却速度。 瞬时冷却速度测定比较困难。在实际应用中，常采用某一温度范围内的冷却时间来分析HAZ的组织性能变化。

3、 45钢和40Cr钢在焊接及热处理条件下的组织转变有何差异？

在相同条件下焊接45钢和40Cr钢，哪一种钢近缝区的淬硬倾向大？为什么？

45钢--在焊接条件下比在热处理条件下的CCT曲线稍向右移（主要考虑Ms附近）。40Cr钢--在焊接条件下比热处理条件下的CCT曲线向左移动，在相同冷速下，45钢焊接时的淬硬倾向比热处理大，40Cr钢焊接时淬硬倾向小。

同样焊接条件下，40Cr钢的淬硬倾向比45钢大。（两者成分不同，含碳量接近，Cr能提高钢的淬硬性）

? 碳化物合金元素（Cr、Mo、V、Ti等）只有充分溶解在奥氏体的内部，才会增加奥氏体的稳定性,即增加淬硬倾向。 ? 热处理条件下，有充分的时间使碳化物合金元素向奥氏体内部溶解；而在

焊接条件下，加热速度快，高温停留时间短，合金元素不能充分溶解到奥氏体中，故40Cr淬硬倾向降低。

? 至于不含碳化物合金元素的钢(如45)，一是不存在碳化物的溶解过程，二是在焊接条件下近缝区组织粗化，故淬硬倾向比热处理条件下要大。

4、 不易淬火钢和易淬火钢焊接热影响区的分区及各区的温度范

围、组织特点？ 不易淬火钢：

? 熔合区（半熔化区） 焊缝与母材的交界区。

? 加热温度：1490～1530℃（固、液相线之间） ? 特点：宽度很窄（几个晶粒），成分、组织和性能不均匀，强度下降，塑性很差，是裂纹及局部脆断的发源地——HAZ薄弱部位。 ? 过热区（粗晶区） 紧靠熔合区

? 加热温度：1100℃～固相线 (1490℃)

? 特点：宽度为1-3mm，组织粗大(过热)，塑性、韧性较差，易产生脆化或裂纹——薄弱部位

? 相变重结晶区（正火区或细晶区） 紧靠着过热区

? 加热温度： AC3(850℃)～1100℃ ? 特点：宽度约1.2～4.0mm，（全A化后空冷）组织为均匀细小的铁素体和珠光体（近似于正火组织），塑性和韧性均较好，是HAZ中组织性能最佳的区域。 ? 不完全重结晶区：

? 加热温度：AC1～AC3 ? 特点：组织为F+P，组织粗细不均；仅部分组织发生相变重结晶，组织和力学性能不均匀。

易淬火钢：

母材焊前调质状态：完全淬火区、不完全淬火区、回火软化区 母材焊前正火状态或退火状态：完全淬火区、不完全淬火区

? 完全淬火区：

温度---Ac3以上的区域，与不易淬火钢过热区和正火区对应。

特点---加热时铁素体、珠光体全部转变为奥氏体，冷却时很容易得到淬火组织(M)。

在紧靠焊缝相当于低碳钢过热区的部位，得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位则得到细小的马氏体。

当母材的淬硬性不太高时，还会出现贝氏体、索氏体等正火组织，形成与马氏体共存的混合组织。 ? 不完全淬火区：

温度：Ac1～Ac3之间，相当于不易淬火钢的不完全重结晶区。

特点：快速加热条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索

氏体等转变为奥氏体。

在随后快冷时，奥氏体转变为马氏体，原铁素体保持不变，并有不同程度的长大，最后形成马氏体加铁素体的混合组织。

含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时,奥氏体也可能转变成索氏体或珠光体。

? 回火软化区：母材焊前为调质状态时，还存在一个回火软化区。 回火区内的组织和性能决定于焊前调质的回火温度Ｔt ：热循环温度低于Ｔt 的部位，其组织性能不发生变化，而高于Ｔt 的部位，将发生软化现象; 若焊前为淬火态，则可获得不同的回火组织。紧靠Ac1的部位，相当于瞬时高温回火，得到回火索氏体；离焊缝较远的区域，获得回火马氏体。

6、碳当量定义？

碳当量反映钢中化学成分对硬化程度的影响，它是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相当含量。 碳当量越高，淬硬倾向越大。 7、HAZ脆化类型有哪些？如何产生这些脆化？如何控制？ 粗晶脆化

? 对于淬硬倾向较小的钢，主要是晶粒长大所致。 控制：适当降低焊接热输入和提高冷却速度

? 对于易淬火钢，主要是产生脆性组织（如孪晶M等）所致。 控制：适当提高焊接热输入和降低冷速。

组织脆化：焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化

? 对于常用的低碳低合金高强钢，主要是M-A组元、上贝氏体、粗大的魏

氏组织等所造成。

? 对含碳量较高的钢（一般wＣ≥0.2％），主要是高碳马氏体。 低温回火（<250℃）可改善M-A组元的韧性

析出脆化：在时效或回火过程中，从过饱和固溶体中将析出碳化物、氮化物、

金属间化合物及其它亚稳定的中间相等，使材料的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。

热应变时效脆化：由加工所产生的局部应变、塑性变形而引起的脆化称为热应变时效脆化（HSE） 氢脆以及石墨脆化

焊接热影响区的性能控制：

8、M-A 组元的定义？分析存在M-A 组元对焊接接头韧性不利的原因？

M-A 组元：高碳M和残余A的混合物。它是焊接高强钢时在一定冷却速度下形成的，既可出现在焊缝，也可出现在热影响区。

焊缝和HAZ一旦出现M-A组元，其脆性倾向增大，即脆性转变温度升高，接头韧性降低。原因在于：残余奥氏体增碳后，易形成孪晶马氏体，并在界面上产生显微裂纹，沿M-A组元的边界扩展。

因此，M-A组元存在时易成为潜在的裂纹源，并起到应力集中的作用。9、熔合区和过热区（粗晶区）是焊接接头的薄弱环节。