焊接接头的组织和性能

焊缝附近的母材组织和性能发生变化的区域称为焊接热影响区。焊缝和母材的交界线叫溶合线，溶合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区，叫熔合区，也叫半熔化区。因此，焊接接头由焊缝、溶合区和焊接热影响区组成。 熔焊使焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的热过程。由于温度分布不均匀，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝附近区域受到一次不同规范的热处理，因此必然引起相应的组织和性能的变化，直接影响焊接质量。 焊缝 焊缝是由母材和焊条(丝)熔化形成的熔池冷却结晶而成的。焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的半熔化金属晶粒为晶核，沿垂直于散热面方面反向生长为柱状晶，最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。 由于焊缝组织是铸态组织，故晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝金属的力学性能一般不低于母材。 熔合区和热影响区 焊接过程中，除焊缝金属达到熔化状态外，靠近焊缝金属的母材由于热传导作用也有不同程度的温度升高，其中一部分区域还会发生组织和性能的变化，这一区域称为焊接热影响区。热影响区的加热温度是不均匀的，越靠近焊缝，加热温度越高。焊缝与热影响区的过渡区称熔合区，也称半熔化区。 热影响区按加热温度的不同，可划分为过热区，正火区，不完全重结晶区等区域。①熔合区：该区受热温度处于液相线与固相线之间，宽度只有0.1-0.4mm。焊接时，该区内液态金属与未熔化的母材金属共存，冷却后，其组织为部分铸态和部分过热组织，化学成分和组织极不均匀，是焊接接头和力学性能最差的薄弱部位，严重影响焊接接头质量。 ②过热区：加热温度在固相线至1100℃之间，宽度约1-3mm。焊接时，该区域内奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到晶粒粗大的过热组织，塑性和韧性明显下降。 ③正火区：加热温度在1100℃-Ac3之间，宽度约为1.2-4mm。焊后空冷使该区内的金属相当于进行了正火处理，故其组织为均匀而细小的铁素体和珠光体，力学性能优于母材。 ④部分正火区：也称不完全重结晶区，加热温度在一定范围之间。焊接时只有部分组织转变为奥氏体，冷却后获得细小但不均匀的铁素体和珠光体。 改善焊接接头组织和性能的措施：①尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结构材料。②使热影响区的冷却速度适当。对于低碳钢，采用细焊丝，小电流，高焊速，可提高接头韧性，减轻接头脆化；对于易淬硬钢，在不出现硬脆马氏体的前提下适当提高冷却速度，可细化晶粒，有利于改善接头性能。③采用多层焊，利用后层对前层的回火作用，使前层的组织和性能得到改善。④进行焊后热处理。焊后进行退火或正火处理可以细化晶粒，改善焊接接头的力学性能。 本文参考《金属工艺基础与实践》一书。