焊接接头性能课件.ppt
焊接接头性能,焊接接头性能,焊接接头的组成 焊缝金属的组织和机械性能 焊接热影响区的性能 影响焊接接头性能的因素,焊接接头的组成,焊接接头是由焊缝金属，熔合区和热影响区三部分组成。焊接接头的特点：由于焊接条件的特点：加热温度高，加热速度快，高温停留时间短，自然条件下冷却及局部加热，从而就决定了焊接接头的组织与性能的不均匀性。它不仅与结构特征、母材的钢种、接头型式、焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数、热处理等有关外，还存在应力集中，残余应力及焊接缺陷，这些无不对焊接接头性能有着重要的影响。,焊缝金属的组织和机械性能,焊接时，熔池温度高到低至室温，经过两次组织转变：一次结晶和二次结晶。焊缝组织除与化学成份有关外，还取决于一次结晶和二次结晶。焊缝金属的性能又与焊缝金属的组织有着密切的联系。,焊接熔池的一次结晶,熔池结晶的特殊性熔池的体积小，冷却速度大。平均冷却速度410/S。易产生硬化组织及焊道上的裂纹。熔池中心到边缘温度梯度大，柱状晶得到很大发展。熔池熔池中的液体金属处于过热状态，合金元素烧损严重。熔池熔池是运动状态下结晶。,焊接熔池的一次结晶组织液体金属在凝固时，通常在熔池边缘熔合区母材的晶粒上，沿与散热相反方向以柱状形态向焊接熔池中心生长，直至阻碍停止生长，称为柱状晶，其组织为奥氏体。偏析：冷却速度快，固相中化学成份来不及扩散趋于一致，保持着由于结晶先后而产生的成份均匀性，非金属夹杂物在结晶过程中来不及浮出残存在焊缝内部。,焊接熔池一次结晶组织不仅影响焊缝金属的抗裂性能，而且对焊缝金属的强度、塑性、韧性和抗腐蚀能力都有一定的影响。一次结晶为细的柱状晶时，其性能比粗大的柱状晶好，粗大的柱状晶不仅降低其塑性和韧性，偏析越严重，化学成份越不均匀，焊缝抗裂性能越差，力学性能和耐腐蚀性能的不均匀程度越大。当硫、磷等杂质元素偏析越严重，且集中在焊缝中心线处，很容易发生热裂纹。,焊缝金属的二次结晶,一次结晶的奥氏体组织继续冷却到相变温度以下时，经过二次结晶得到的实际组织，其组织状态与焊缝金属的化学成份，冷却条件和热处理等因素有关。不同钢材在不同条件下得到的焊缝组织是不同的。低碳钢的焊缝组织 低合金高强钢的焊缝组织 钼和铬耐热钢的焊缝组织,低碳钢的焊缝组织,低碳钢的焊缝组织：一次结晶得到的奥氏体，当冷却至相变时，奥氏体转变成铁素体加珠光体。冷却速度越快，珠光体的数量越多，铁素体含量就越少。若温度梯度大，冷却速度小，铁素体中还有魏氏组织特征。,低合金高强钢的焊缝组织,低合金高强钢的焊缝组织。低合金钢焊缝组织为铁素体加少量珠光体。冷却速度快产生粒状贝氏体，低合金高强钢，焊缝组织为贝氏体或低碳马氏体。,钼和铬耐热钢的焊缝组织,钼和铬耐热钢的焊缝组织。合金元素较少的耐热钢，在焊前预热、焊后缓冷的条件下，得到珠光体和部分淬硬组织，高温回火后，可得到完全的珠光体组织，合金元素较多的耐热钢，当焊接材料成份与母材相近时，在焊前预热、焊后缓冷的条件下，其焊缝组织为贝氏体，也可能出现马氏体组织。,焊缝二次结晶组织的特征和形态将直接影响焊缝金属的性能。从强度看，马氏体比其它组织强度高，贝氏体介于马氏体和铁素体加珠光体组织之间，铁素体和奥氏体的强度较低。从塑性、韧性来看，奥氏体在温度下降时无明显的脆性转变现象，塑性、韧性最好；铁素体加珠光体组织次之；粒状贝氏体强度低，韧性良好；上贝氏韧性最差，高碳马氏体硬而脆，几乎没有韧性，低碳马低体则有相当的强度。,抗裂性看，铁素体加珠光体和奥氏体的抗裂性能较好，奥氏体加少量铁素体双相组织比单相奥氏体具有更好的抗裂性能。贝氏体、贝氏体加马氏体则对冷裂纹的敏感性最大。组织越细，越均匀，其性能比粗大而不均匀的组织好。,焊接热影响区的性能,在焊接热源作用下，焊缝两侧的母材金属发生了组织、性能的变化。这个组织性能发生变化的区域叫做热影响区。焊接熔合区及热影响区的组织分布。（不易淬火钢热影响区的组织分布）焊接热影响区里根据组织的特征可分为四个小区。,熔合区焊接条件下，熔化过程很复杂，母材相邻的晶粒熔化的程度有很大区别。由于晶粒导热不同而熔化情况各不相同。大量实践证明，熔合区是整个焊接接头中的一个薄弱地带。此地带存在着严重的化学不均匀性和物理不均匀性。熔合区在组织上和性能上也是不均匀的，接近母材一侧的金属组织是过热组织，塑性差，晶粒十分粗大，许多情况下，熔合区是产生裂纹，局部脆性破坏的发源地。过热区 此区段处于1100的固相线温度的高温范围。奥氏体晶粒发生严重长大。,正火区（相变重结晶区）金属被加热到Ac3以上稍高的温度下，将会发生重结晶（铁素体和珠光体全部转变为奥氏体）。焊接速度快，最高温度下降，奥氏体晶粒还未十分长大。故在空气中冷却时得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，是接头中综合性能最好的区域。此区温度范围在Ac31000之间。不完全重结晶区 焊接时处于Ac1Ac3之间范围的热影响区。金属加热温度稍高于Ac1时，珠光体转变为奥氏体，温度升高部分铁素体逐步向奥氏体中溶解，温度越高溶解越多。当冷却时又从奥氏体中析出细小的铁素体，一直冷却到Ac1时，残余奥氏体转变为共析组织珠光体。溶入奥氏体的铁素体不发生转变。未溶于奥氏体中的铁素体便发生长大，变成粗大的铁素体。,焊接热影响区的硬度分布一般来说，凡是硬度高的区域，其强度也高，但塑性、韧性下降。因而测定焊接热影响区的硬度分布可间接估计热影响区的强度，塑性和热裂纹倾向等。一般在热影响区的熔合区附近硬度最高。离熔合线越远的地方，硬度逐渐下降而接近母材的硬度。钢中的合金元素对硬度的影响，可以用碳当量的公式计算：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14,影响焊接接头性能的因素,获得优质的焊接接头，使其具有各种所期望的性能，必须掌握焊接接头性能的因素，根据不同要求，从以下几个方面加以控制。1.材料匹配 2.焊接工艺方法 3.熔合比 4.焊接线能量及工艺参数 5.操作方法 6.焊后热处理,材料匹配,考虑母材的化学成分和力学性能的前提，根据焊接接头和坡口形式，结构和刚性拘束程度的大小，不同材料的焊接特点以及焊接过程本身的特点等，按等性能（强度，塑性、韧性、抗腐蚀性能、抗氧化性能和抗疲劳性能等）原则和设计要求进行匹配。耐热钢和不锈钢。焊材化学成分与母材大致相同，对于奥氏体不锈钢，为提高抗裂性，防止产生热裂纹，加入Ti、Nb等。,低碳钢、低合金高强钢、低温钢一般情况下要求焊材与母材化学成份一样。为提高焊缝的抗裂性，应降低焊缝中心的碳、硫、磷等杂质。提高韧性和塑性，要求在焊缝中加入碳化物和氮化物形成元素。如Mo、Ni、V、Ti、Al等，以细化焊缝组织。为降低焊缝中的硫、磷，除控制外还需添加Ti、Re等进一步脱硫。,焊接工艺方法,同一焊接接头采用不同焊接工艺方法有着不同的特点，因而对焊缝和热影响区的性能也产生不同影响。组织性能：气焊加热速度慢，易产生过热和过烧组织，焊缝性能恶化。手工钨极氩弧焊热量集中，焊缝冷却速度快，结晶组织细小，焊缝组织性能好。,熔合比,熔合比：被熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。d=Fp/(Fp+Fd)Fd=焊缝截面中母材所占的面积 Fp=焊缝截面中焊条金属所占的面积焊材与母材的化学成分基本相近，熔池保护良好。熔合比对焊缝熔合区的性能没有明显影响。当不同时，焊缝中熔合区部位的化学成分变化比较大，变化的幅度与焊缝及母材的化学成分之间的差异及熔合比有关。,母材合金元素多，焊缝中含合金元素少时，焊缝中的合金元素对改善焊缝金属性能有利的情况下，增加熔合比可以提高焊缝的性能。母材合金元素少，焊缝中合金元素多时。焊缝中的合金元素对改善焊缝金属性能起着关键作用，增加熔合比将导致焊缝金属性能下降。母材含杂质元素比焊材金属多时，增加熔合比，母材杂质元素深入焊缝中的量也就越多，从而使焊缝金属韧性下降，增大裂纹倾向性。,焊接线能量及工艺参数,焊接线能量和工艺参数直接影响焊接热循环特征。通过改变焊接过程中的加热和冷却条件而改善焊接接头的组织和性能。对焊缝性能的影响和控制 对过热区性能的影响及控制,对焊缝性能的影响和控制,焊接速度直接影响着焊接熔池的形状，结晶速度，柱状晶长大的方向和形态。焊速加快结晶速度加快，焊缝一次结晶组织细化，塑性、韧性提高。焊接速度加快杂质元素在焊缝中心偏析，导致中心裂纹，焊接速度应不快也不慢。采用大电流，中等焊速，可以获得较宽的焊缝形状，柱状晶由底向上生长，等最后凝固的杂质推向焊缝表面，防止产生中心裂纹。当焊速快而电流小，焊缝形状窄，柱状晶从两侧向中心生长，最后形成中心线偏析，应力集中，性能下降，应力足够大时易产生裂纹。线能量的大小不仅决定了一次结晶组织的特征和粗细，而且决定了二次结晶组织的特征和粗细。小的线能量胞状晶组织，中等线能量胞状树枝晶组织。过大线能量粗大的胞状树枝晶组织。线能量过大，高温停留时间长，二次结晶组织也产生粗大的过热组织。,对过热区性能的影响及控制,线能量大，高温停留时间长，过热区宽，过热现象严重，晶粒边就越粗大，塑性和韧性下降，甚至造成冷脆。对过热区淬硬组织的影响：对不易淬火钢，线能量大，冷却速度慢，得到珠光体与铁素体的混合组织，随着冷却速度速度的增大，铁素体减少，珠光体变细，渐变为索氏体、屈氏体、粒状贝氏体，上贝氏体。对易淬火钢，一般冷速下，易得到很硬的马氏体，导致塑性和韧性下降。在应力和扩散氢的作用下，容易生产冷裂纹。因此，对易淬钢，为避免过热区产生淬硬组织，常采用预热，控制层间温度和焊后缓冷等工艺措施。对热应变脆化区性能的影响及控制：采用小的线能量，可以减少焊接应力，减少热影响区的热塑性应变量，从而有利于减轻热应变脆化的程度。对热应变脆化区性能的影响及控制：采用小的线能量，可以减少焊接应力，减少热影响区的热塑性应变量，从而有利于减轻热应变脆化的程度。,操作方法,单道焊时，若大电流慢速摆焊，线能量大，电弧在坡口两侧停留时间长，焊缝晶粒粗化，杂质元素集中在焊缝中心区域，使焊接应力增大，导致力学性能下降，易产生中心裂纹，使焊缝热影响区加宽，过热区晶粒粗化，塑、韧性下降。多层多道焊时，小电流快速焊，线能量小，焊缝晶粒细化，热影响区窄，接头的塑韧性得到改善，结晶方向随每一焊道位置不同而不断变化，杂质元素的偏析分散，避免产生中心线裂纹。多层多道不仅由于线能量小而改善接头性能，而且由于后一道焊道对前一焊道及其热影响区进行再加热，使组织和性能发生变化。Ac3以上区域发生相变重结晶，形成细小的等轴晶，在回火温度再加热区使淬硬组织发生再结晶，随回火温度的高低而产生不同的回火组织，使该区的强度，硬度下降，塑性和韧性得到改善。,焊后热处理,焊后热处理把焊件或局部（接头）均匀地加热到一定温度，保温一定时间，然后冷却的过程。作用焊接接头的组织和性能，软化淬硬区，提高塑、韧性及蠕变极限，防止焊接结构的脆性破坏，松弛或消除焊接应力。防止延迟裂纹的产生和发展，提高焊接结构的使用可靠性和寿命。,THE END谢谢大家,2013.08.06,
