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焊接热影响区的组织和性能

焊接热影响区就是指在焊接过程中,母材因受热影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域。焊接热影响区的组织和性能,基本上反映了焊接接头的性能和质量。

对于低碳钢及合金元素较少的低合金高强度结构钢(Q295、Q345、Q390),焊接热影响区可分为过热区、正火区、不完全重结晶区和再结晶区。

1.过热区

焊接热影响区中,具有过热组织或晶粒显著粗大的区域称为过热区,又称粗晶区。过热区的加热温度范围是在固相线以下到1100℃左右之间。在这样高的温度下,奥氏体晶粒严重长大,冷却后呈现为晶粒粗大的过热组织,甚至出现魏氏组织。过热区塑性、韧性很低,尤其是冲击韧性比母材低20%~30%,是热影响区中性能最差的区域。

2.正火区

正火区的加热温度范围约在A3~1100℃之间。加热时该区的铁素体和珠光体全部转变为奥氏体。由于温度不高,晶粒长大较慢,空冷后,获得均匀而细小的铁素体和珠光体,相当于热处理时的正火组织,因此,该区也称为相变重结晶区或细晶区。

其力学性能路高于母材,是热影响区中综合力学性能最好的区域。

3.不完全重结晶区

该区的加热温度范围处于Aa-Aa之间。加热时该区的部分铁素体和珠光体转变为奥氏体,冷却时奥氏体转变为细小的铁素体和珠光体;而未溶入奥氏体的铁素体不发生转变,晶粒长大粗化,成为粗大的铁素体。所以这个区的金属组织是不均匀的,一部分是经过重结晶的晶粒细小的铁素体和珠光体,另一部分是粗大的铁素体。由于品粒大小不同,所以力学性能也不均匀。

4.再结晶区

对于焊前经过冷塑性变形(冷轧、冷成型)的母材,加热温度在Aa~450℃之间区域,将发生再结晶。经过再结晶,塑性、韧性提高了,但强度却降低了。

焊接热影响区除了组织变化而引起性能变化外,热影响区宽度对焊接接头中产生的应力与变形也有较大影响。一般来说,热影响区越窄,则焊接接头中内应力越大,越容易出现裂纹;热影响区越宽,则变形较大。因此,焊接生产中,在保证焊接接头不产生裂纹的前提下,应尽量减小热影响区的宽度。

热影响区宽度的大小与焊接方法、焊接工艺参数、焊件大小和厚度、金属材料热物理性质和接头形式等有关。采用小的焊接工艺参数,如降低焊接电流、增加焊接速度,可以减少热影响区宽度。不同焊接方法,其热影响区宽度也不相同,焊条电弧焊的热影响区总宽约为6mm,埋弧自动焊约为2.5mm,而气焊则达到27mm左右。