焊接熱影響區(qū)(HAZ)


        對(duì)于一般焊接結(jié)構(gòu)來(lái)講,主要考慮熱影響區(qū)的硬化、脆化、韌化、軟化,以及綜合的力學(xué)性能、抗腐蝕性能和疲勞性能等。這些性能指標(biāo)都與焊接結(jié)構(gòu)的具體使用要求相關(guān),需要根據(jù)使用要求來(lái)確定。


        焊接熱影響區(qū)的硬化


        焊接熱影響區(qū)(HAZ)的硬度主要是由被焊鋼種的化學(xué)成分和冷卻條件決定的。這是因?yàn)椴煌鹣嘟M織的性能會(huì)在焊接過程中產(chǎn)生不同影響。由于硬度試驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單,因此常用熱影響區(qū)(一般在熔合區(qū))的最高硬度Hmax來(lái)判斷熱影響區(qū)的性能。Hmax可以間接預(yù)測(cè)熱影響區(qū)的韌性、脆性和抗裂性等性能。


        近年來(lái),HAZ的Hmax已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于評(píng)定焊接性的重要標(biāo)志。然而,需要注意的是,即使同一組織,也可能存在不同的硬度。這是因?yàn)殇摰暮剂?、合金成分及冷卻條件都會(huì)對(duì)硬度產(chǎn)生影響。


        因此,在焊接設(shè)計(jì)和制造中,需要充分考慮HAZ的硬度特性,并根據(jù)具體的使用要求和焊接工藝來(lái)選擇適合的焊接材料和工藝。


        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(shí)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(yán)重影響組織的脆性。一般來(lái)講,晶粒越粗,則脆性轉(zhuǎn)變溫度越高。


        ② 析出脆化。

        在時(shí)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(qiáng)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(duì)于常用的低碳低合金高強(qiáng)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(duì)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(shí)效脆化。

        在制造過程中要對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)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(shí)效脆化。應(yīng)變時(shí)效脆化大體上可分為靜應(yīng)變時(shí)效脆化和動(dòng)應(yīng)變時(shí)效脆化兩類。通常說的“藍(lán)脆性”就屬于動(dòng)應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。


        焊接HAZ的韌化


        焊接HAZ在組織和性能上是一個(gè)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(gè)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(duì)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(qiáng)化體系。這樣,在焊接的冷卻條件下,使HAZ分布有彌散強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn),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(duì)于一些重要的結(jié)構(gòu),常采用焊后熱處理來(lái)改善接頭的性能。但是對(duì)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(xì)晶粒鋼采用控制工藝,進(jìn)一步細(xì)化鐵素體的晶粒,也會(huì)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。


        焊接HAZ的軟化


        對(duì)于焊前經(jīng)冷作硬化或熱處理強(qiáng)化的金屬或合金,在焊接熱影響區(qū)(HAZ)中,通常會(huì)出現(xiàn)不同程度的矢強(qiáng)現(xiàn)象。這種情況最常見于經(jīng)過調(diào)制處理的高強(qiáng)鋼和具有沉淀強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化的合金。在焊接后,HAZ中可能會(huì)出現(xiàn)軟化或矢強(qiáng)。


        在焊接調(diào)質(zhì)鋼時(shí),HAZ中的軟化程度與母材焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。如果母材焊接前進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理,并且回火溫度越低,即強(qiáng)化程度越大,那么焊后的軟化程度也將越嚴(yán)重。


        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同焊接方法和不同焊接線能量時(shí),HAZ中軟化最明顯的部位是溫度處于A1-A3之間的區(qū)段。這意味著在焊接過程中,溫度在這個(gè)范圍內(nèi)的HAZ區(qū)將最容易軟化。




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