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)有一個很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(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)歷了一個加熱和冷卻的熱過程。由于溫度分布不均勻,焊縫受到一次復雜的冶金過程,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,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為柱狀晶,最后這些柱狀晶在焊縫中心相接觸而停止生長。
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,使焊縫化學成分優(yōu)于母材,所以焊縫金屬的力學性能一般不低于母材。
熔合區(qū)和熱影響區(qū)
焊接過程中,除焊縫金屬達到熔化狀態(tài)外,靠近焊縫金屬的母材由于熱傳導作用也有不同程度的溫度升高,其中一部分區(qū)域還會發(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,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)和部分過熱組織,化學成分和組織極不均勻,是焊接接頭和力學性能最差的薄弱部位,嚴重影響焊接接頭質(zhì)量。
②過熱區(qū):加熱溫度在固相線至1100℃之間,寬度約1-3mm。焊接時,該區(qū)域內(nèi)奧氏體晶粒嚴重長大,冷卻后得到晶粒粗大的過熱組織,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)的金屬相當于進行了正火處理,故其組織為均勻而細小的鐵素體和珠光體,力學性能優(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。焊接時只有部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,冷卻后獲得細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。對于低碳鋼,采用細焊絲,小電流,高焊速,可提高接頭韌性,減輕接頭脆化;對于易淬硬鋼,在不出現(xiàn)硬脆馬氏體的前提下適當提高冷卻速度,可細化晶粒,有利于改善接頭性能。③采用多層焊,利用后層對前層的回火作用,使前層的組織和性能得到改善。④進行焊后熱處理。焊后進行退火或正火處理可以細化晶粒,改善焊接接頭的力學性能。
本文參考《金屬工藝基礎(chǔ)與實踐》一書。
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