焊接接头性能课件.ppt

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、，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

6、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

7、，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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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，

15、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,