焊接接头的组织和性能.ppt

焊接接头的组织和性能我们通常把焊接接头分为三个区域。即焊缝、热影响区和母材。这三个区域中只有焊缝经过了加热――高温溶化――完成一系列焊接冶金――冷却一次结晶凝固――二次结晶固态下相变这一焊接热循环。这个过程决定了焊缝金属的化学成分，组织性能，是否有焊接缺陷。热影响区是邻近焊缝的母材在熔化焊所特有的快速加热、快速冷却这一动态热过程中，在极短的时间内进行着除了熔化以外的一些金属学行为的区域，其特点是热场分布极不均匀，温度梯度非常大，与扩散有关的过程极不充分，组织和性能极不均匀，因此，它是一个最薄弱的环节，是焊接结构最容易发生破坏事故的区域，我们焊接工作者就是紧紧围绕这两个区来开展自已的全部技术工作的。我们都十分清楚，焊接工艺评定的目的是保证焊接接头的力学性能符合规定，其判据也都围绕着力学性能而提出，这是因为任何承压的特种设备的设计、制造、运行都是用其安全性来进行评价的。因此、焊缝和热影响区的性能如何得到保证是我们永恒的追求。一、碳素钢焊接接头的组织性能调控有资料显示，碳素钢的产量约占钢材总产量80%，它是经受焊接加工量最大、覆盖面最广的钢种。可见讨论碳素钢的焊接接头有关问题仍有其重要意义。GB/T700是普通碳素结构钢标准，其Mn≦0.8%，Si≦0.55%。GB/T699是优质碳素结构标准。而GB712、GB713、GB6654则是专用于船舶、锅炉、压力容器的专用碳素结构钢标准，其Si含量S、P含量限制的更低，而Mn含量提高。碳素钢的焊接性随其C含量增加而恶化，低碳钢（C≦0.25%）焊接性最好，但C含量大于0.15%时，对氢致裂纹敏感。1、焊缝金属的成分焊条电弧焊焊接碳素钢时焊接材料的选择通常都是按GB5117标准其σb都不大于490MPa。且酸性焊条的焊缝金属Mn含量大多在0.8%以下Si在0.3%以下。碱性低氩焊条焊出的焊缝中Mn与Si含量则要高得多。基本上是属于Mn――Si合金系列的焊缝金属，即以Mn、Si的固溶强化机理来保证焊缝金属的力学性能。2、焊缝金属的显微组织与性能
低碳钢是亚共析钢，在焊接熔池冷却凝固的一次结晶完成后，在一定温度下将发生二次结晶即固态相变，这时的组织应该是铁素体加少量珠光体。其组织质量分数的不同和性能的不同取决于冷却速度，即冷却速度越大，铁素体含量越少，碳素钢有同素异构转变，在固态下会发生相变所以热影响区要复杂得多。如会发生成分的变化和第二相析出。所以在距该焊缝区不同距离上由于被加热的最高温度的不同（处在不同的热力场）和在这一温度区间停留的时间长短不同以及随后的冷却速度的不同（即物理冶金特点的不同）而导致产生不同的显微组织和力学性能的差异。低碳结构钢的热影响区组织大家已熟知，这里不在叙述，我们要牢记其要点，这就是其中只有完全重结晶区（正火区）性能最好。二、低合金结构钢焊接接头组织与性能
合金结构钢是碳素钢的基础上有目的地加入一种或几种
合金元素(Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、B稀土等)，从而使钢的性能发生预期的变化。如提高强度，改善韧性，提高耐热性、耐蚀性。合金总含量W(Me)<5%为低合金钢，W(Me)=5%～10%为中合金钢，W(Me)>10%为高合金钢。合金钢按用途可分为强度用钢，即通常所说的高强钢，其主要性能是力学性能、合金元素的加入是为了保证足够的塑性、韧性的前提下，获得不同的强度级别。另一类是特殊用途钢，除了满足常温力学性能外，2、焊缝金属的组织与性能
低合金高强钢焊缝金属中常见的显微组织是铁素体，珠光体，贝氏体，马氏体四种。铁素体有在高温区沿奥氏体晶界析出的先共析铁素体(长条形、多边块形)，其多少与合金含量高低，高温停留时间长短，冷却快慢有关。太多很不利。随着继续冷却在700～550℃期间从先共析铁素体的侧面，铁素体以板条状向晶内生长，称为侧板条铁素体，也有人将这两者统称为魏氏组织，也有人因为它的特点是含碳量很低

位错密度较低且转变温度较低而称之为无碳贝氏体，它使焊缝韧性降低。在稍低于500℃时，在中等冷却速度条件下，原奥氏体晶内，以氧化物，氮化物杂质点为核心铁素体呈放射状生长，形成针状铁素体或细晶铁素体，因为它的位错密度很高，故塑性、韧性均较高，希望能获得更多的针状铁素体，细晶铁素体。

珠光体是共析转变产物，在接近平衡状态下(如热处理时的连续冷却)在Ar1～550℃之间富碳奥氏体直接转变为珠光体，在焊接的非平衡条件下，由于冷却速度很快，原子来不及充分扩散，因而珠光体转变是受到抑制的，于是就是扩大了铁素体(在较高温度时)贝氏体(在较低温度时)的转变领域。因此，低合金钢焊缝的固态转变很少能得到珠光体组织，除非在采取预热，缓冷、后热措施后使焊缝金属能在接近平衡状态的那种条件下冷却才有少量珠光体。它增加强度降低韧性。低合金高强钢焊缝中还会出现一种粒状贝氏体，