焊接熱影響區(qū)的性能對焊接接頭的重要性
- 2020-10-19 16:58:43
- 梁新瓊 原創(chuàng)
- 4282
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01焊接熱影響區(qū)的硬化
焊接熱影響區(qū)的硬度主要決定于被焊鋼種的化學成分和冷卻條件，其實質(zhì)是反應(yīng)不同金相組織的性能。由于硬度試驗比較方便，因此，常用熱影響區(qū)（一般在熔合區(qū)）的最高硬度Hmax判斷熱影響區(qū)的性能，它可以間接預(yù)測熱影響區(qū)的韌性、脆性和抗裂性等。近年來，HAZ的Hmax作為評定焊接性的重要標志。應(yīng)當指出，即使同一組織，也有不同的硬度。這與鋼的含碳量、合金成分及冷卻條件有關(guān)。
02焊接熱影響區(qū)的脆化
焊接熱影響區(qū)的脆化常常是引起焊接接頭開裂和脆性破壞的主要原因。目前其脆化的形式有粗晶脆化、析出脆化、組織轉(zhuǎn)變脆化、熱應(yīng)變時效脆化、氫脆以及石墨脆化等。
① 粗晶脆化。在熱循環(huán)的作用下，焊接接頭的熔合線附近和過熱區(qū)將發(fā)生晶粒粗化。晶粒粗大嚴重影響組織的脆性。一般來講，晶粒越粗，則脆性轉(zhuǎn)變溫度越高。
② 析出脆化。在時效或回火過程中，其過飽和固溶體中將析出碳化物、氮化物、金屬間化合物及其他亞穩(wěn)定的中間相等。由于這些新相的析出，使金屬或合金的強度、硬度和脆性提高，這種現(xiàn)象稱為析出脆化。
③ 組織脆化。焊接HAZ中由于出現(xiàn)脆硬組織而產(chǎn)生的脆化稱為組織脆化。對于常用的低碳低合金高強鋼，焊接HAZ的組織脆化主要是M-A組元、上貝氏體、粗大的魏氏組織等造成的。但對含碳量較高的鋼（一般≥0.2%），則組織脆化主要是由高碳馬氏體引起的。
④ HAZ的熱應(yīng)變時效脆化。在制造過程中要對焊接結(jié)構(gòu)進行加工，如下料、剪切、冷變成型、氣割、焊接和其他熱加工等。由這些加工引起的局部應(yīng)變、塑性變形對焊接HAZ脆化有很大的影響，由此而引起的脆化稱為熱應(yīng)變時效脆化。應(yīng)變時效脆化大體上可分為靜應(yīng)變時效脆化和動應(yīng)變時效脆化兩類。通常說的“藍脆性”就屬于動應(yīng)變時效現(xiàn)象。
焊接HAZ在組織和性能上是一個非均勻體，特別是熔合區(qū)和粗晶區(qū)易產(chǎn)生脆化，是整個焊接接頭的薄弱地帶。因此，應(yīng)采取措施提高焊接HAZ的韌性。根據(jù)研究，HAZ的韌化可采用以下兩方面的措施。
① 控制組織。對低合金鋼，應(yīng)控制含碳量，使合金元素的體系為低碳微量多種合金元素的強化體系。這樣，在焊接的冷卻條件下，使HAZ分布有彌散強化質(zhì)點，在組織上能獲得低碳馬氏體、下貝氏體和針狀鐵素體等韌性較好的組織。另外，應(yīng)盡量控制晶界偏析。
② 韌化處理。對于一些重要的結(jié)構(gòu)，常采用焊后熱處理來改善接頭的性能。但是對一些大型而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，即使要采用局部熱處理也是困難的。合理制定焊接工藝，正確地選擇焊接線能量和預(yù)熱、后熱溫度是提高焊接韌性的有效措施。
此外，還有許多能提高HAZ韌性的途徑。如細晶粒鋼采用控制工藝，進一步細化鐵素體的晶粒，也會提高材質(zhì)的韌性。冶金精煉技術(shù)可使鋼中的雜質(zhì)（S、P、O、N等）含量極低。這些措施使得鋼材的人行道為提高，從而也提高了焊接HAZ的韌性。
04焊接HAZ的軟化
對于焊前經(jīng)冷作硬化或熱處理強化的金屬或合金，在焊接熱影響區(qū)一般均會產(chǎn)生不同程度的矢強現(xiàn)象，最典型的是經(jīng)過調(diào)制處理的高強鋼和具有沉淀強化及彌散強化的合金，焊后在熱影響區(qū)產(chǎn)生的軟化或矢強。
焊接調(diào)質(zhì)鋼時，HAZ的軟化程度與母材焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。母材焊接前調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低，即強化程度越大，則焊后的軟化程度越嚴重。大量實驗研究表明，不同焊接方法和不同焊接線能量時，HAZ中軟化最明顯的部位，是溫度處于A1-A3之間的區(qū)段。
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