焊接热影响区的性能(一文带你了解金属材料的焊接性能)

Posted 2023-06-02

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焊接热影响区的性能(一文带你了解金属材料的焊接性能)

焊接性能

金属焊接性是金属材料本身对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下（包括焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数和结构形式等），能否获得优质焊接接头的难易程度以及该接头能否在规定的使用条件下可靠运行。它包括两方面内容：

一是焊接接头的接合性能，即在一定焊接工艺条件下，能否得到优质而无缺陷焊接接头的能力；

一是使用性能，即焊接接头或焊后的整体构件能否满足技术要求所规定的各种使用条件。影响焊接性的因素很多，对钢铁材料而言，有选用的材料、结构及其接头的设计、工艺方法及其规范，接头服役的环境条件等因素。

焊接接头热影响区的基本组织

焊接接头一般包括焊缝金属区、熔合线、热影响区几部分。热影响区系指焊缝两侧金属因焊接加热致使组织和性能发生变化的区域。热影响区组织性能的变化不仅取决于所受的热循环，而且还取决于母材的成分和原始状态，如图2所示。

图2 焊接热影响区的分布特征 1一熔合区；2一过热区；3一正火区；4一不完全重结晶区；5一母材；6-淬火区；7一部分淬火区；8一回火区

不易淬火钢热影响区的组织分布及性能

不易淬火钢是指在焊后自然冷却条件下不易形成马氏体的钢种，如普通低碳钢等。如图2所示，不易淬火钢的热影响区由熔合区、过热区、正火区和不完全结晶区四部分组成。

(1)熔合区。熔合区包括填充金属熔化区和半熔化区（即加热温度在液相线和固相线之间），半熔化区由于化学成分和组织性能有较大的不均匀性，其强度、韧性较差，应引起注意。

(2）过热区。受热温度一般在1100℃左右，该区晶粒开始急剧长大，冷却后会得到粗大的过热组织，也叫粗晶区。此区容易产生脆化和引起裂纹。

(3)正火区（相变重结晶区）。受热温度在 Ac3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内，此区晶粒未显著长大，冷却后得到均匀而细小的珠光体和铁素体，相当于正火热处理组织，具有好的综合性能。

(4）不完全重结晶区。受热温度处于Ac1~Ac3之间，此区组织不均匀，晶粒大小不一，其力学性能不均匀。

以上四区是低碳钢、低合金钢热影响区的基本组织特征。但有些母材在焊前，经过冷轧或冷加工变形后，则会在处于受热温度接近 500℃-Ac1之间的范围内，金属发生再结晶过程，使加工硬化作用消失，强度下降，塑性、韧性提高。但对于有时效敏感性的钢，在 Ac1-300℃温度范围内，如时间稍长、极易发生应变时效，使此区脆化，因此，此区又叫时效脆化区，虽其金属组织无明显变化，但具有缺口敏感性，焊接时应注意。

易淬火钢热影响区的组织分布及性能

易淬火钢是指在焊后空冷条件下容易淬火形成马氏体等淬硬组织的钢种、如调质钢和中碳钢等。

(1)完全淬火区。受热温度处于固相线到A,之间，此区由于晶粒长大，得到粗大的马氏体，如冷却速度不同，还可能出现马氏体和贝氏体混合组织。淬火组织容易产生脆性和裂纹。

(2）不完全淬火区。受热温度处于 Ac1-Ac3之间，相当于不完全重结晶区。随母材元素含量或冷却速度的不同，也可能出现贝氏体、索氏体、珠光体等混合组织。

(3)回火区。如母材在焊前是经过调质处理的钢材，还会存在一个回火软化区。如母材焊前调质回火温度为t1时，焊接过程中，当受热温度超过此回火温度 t1（且小于Ac1时），则发生过回火软化现象。如低于t1，其组织性能不变。

焊接裂纹

焊接裂纹可以通过肉眼或探伤手段发现。焊接裂纹的分类：如按裂纹产生的部位可分焊缝裂纹、熔合区裂纹、根部裂纹、焊趾裂纹、弧坑裂纹等；如按裂纹产生的机理可分热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹等。焊接裂纹是焊接接头中最严重的缺陷，在结构和设备部件中，都不允许存在。

表5 各种焊接裂纹分类表

参考文献：[1］阮於珍．核电厂材料［M]．北京：原子能出版社，2010.