焊接接頭的組織和性能

焊縫附近的母材組織和性能發(fā)生變化的區(qū)域稱為焊接熱影響區(qū)。焊縫和母材的交界線叫溶合線，溶合線兩側(cè)有一個(gè)很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過(guò)渡區(qū)，叫熔合區(qū)，也叫半熔化區(qū)。因此，焊接接頭由焊縫、溶合區(qū)和焊接熱影響區(qū)組成。 熔焊使焊縫及其附近的母材經(jīng)歷了一個(gè)加熱和冷卻的熱過(guò)程。由于溫度分布不均勻，焊縫受到一次復(fù)雜的冶金過(guò)程，焊縫附近區(qū)域受到一次不同規(guī)范的熱處理，因此必然引起相應(yīng)的組織和性能的變化，直接影響焊接質(zhì)量。 焊縫 焊縫是由母材和焊條(絲)熔化形成的熔池冷卻結(jié)晶而成的。焊縫金屬在結(jié)晶時(shí)，是以熔池和母材金屬的交界處的半熔化金屬晶粒為晶核，沿垂直于散熱面方面反向生長(zhǎng)為柱狀晶，最后這些柱狀晶在焊縫中心相接觸而停止生長(zhǎng)。 由于焊縫組織是鑄態(tài)組織，故晶粒粗大，成分偏析，組織不致密。但由于焊絲本身的雜質(zhì)含量低及合金化作用，使焊縫化學(xué)成分優(yōu)于母材，所以焊縫金屬的力學(xué)性能一般不低于母材。 熔合區(qū)和熱影響區(qū) 焊接過(guò)程中，除焊縫金屬達(dá)到熔化狀態(tài)外，靠近焊縫金屬的母材由于熱傳導(dǎo)作用也有不同程度的溫度升高，其中一部分區(qū)域還會(huì)發(fā)生組織和性能的變化，這一區(qū)域稱為焊接熱影響區(qū)。熱影響區(qū)的加熱溫度是不均勻的，越靠近焊縫，加熱溫度越高。焊縫與熱影響區(qū)的過(guò)渡區(qū)稱熔合區(qū)，也稱半熔化區(qū)。 熱影響區(qū)按加熱溫度的不同，可劃分為過(guò)熱區(qū)，正火區(qū)，不完全重結(jié)晶區(qū)等區(qū)域。①熔合區(qū)：該區(qū)受熱溫度處于液相線與固相線之間，寬度只有0.1-0.4mm。焊接時(shí)，該區(qū)內(nèi)液態(tài)金屬與未熔化的母材金屬共存，冷卻后，其組織為部分鑄態(tài)和部分過(guò)熱組織，化學(xué)成分和組織極不均勻，是焊接接頭和力學(xué)性能最差的薄弱部位，嚴(yán)重影響焊接接頭質(zhì)量。 ②過(guò)熱區(qū)：加熱溫度在固相線至1100℃之間，寬度約1-3mm。焊接時(shí)，該區(qū)域內(nèi)奧氏體晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，冷卻后得到晶粒粗大的過(guò)熱組織，塑性和韌性明顯下降。 ③正火區(qū)：加熱溫度在1100℃-Ac3之間，寬度約為1.2-4mm。焊后空冷使該區(qū)內(nèi)的金屬相當(dāng)于進(jìn)行了正火處理，故其組織為均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體，力學(xué)性能優(yōu)于母材。 ④部分正火區(qū)：也稱不完全重結(jié)晶區(qū)，加熱溫度在一定范圍之間。焊接時(shí)只有部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻后獲得細(xì)小但不均勻的鐵素體和珠光體。 改善焊接接頭組織和性能的措施：①盡量選擇低碳且硫、磷含量低的鋼材作為焊接結(jié)構(gòu)材料。②使熱影響區(qū)的冷卻速度適當(dāng)。對(duì)于低碳鋼，采用細(xì)焊絲，小電流，高焊速，可提高接頭韌性，減輕接頭脆化；對(duì)于易淬硬鋼，在不出現(xiàn)硬脆馬氏體的前提下適當(dāng)提高冷卻速度，可細(xì)化晶粒，有利于改善接頭性能。③采用多層焊，利用后層對(duì)前層的回火作用，使前層的組織和性能得到改善。④進(jìn)行焊后熱處理。焊后進(jìn)行退火或正火處理可以細(xì)化晶粒，改善焊接接頭的力學(xué)性能。 本文參考《金屬工藝基礎(chǔ)與實(shí)踐》一書(shū)。