焊接冶金基本知識(shí)-焊接冶金基本原理
作者：小編 時(shí)間：2025/7/4 9:01:06
熔焊的過(guò)程就是靠近焊縫的母材被加熱、冷卻和焊縫金屬結(jié)晶并隨后冷卻的過(guò)程。與此同時(shí)，焊接接頭的某些部位還發(fā)生一定的塑性變形。焊條電弧焊的焊接過(guò)程一般都要經(jīng)歷加熱、熔化、化學(xué)冶金反應(yīng)、結(jié)晶、固態(tài)相變、形成接頭等過(guò)程。從冶金學(xué)的角度對(duì)各個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析和研究，是金屬材料焊接的理論基礎(chǔ)。
1.2.1焊接熔池的形成
焊條電弧焊時(shí)，焊接電弧作為熱源，對(duì)焊條和母材進(jìn)行加熱。在焊接熱源作用下，母材上所形成的具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分稱為熔池。它主要由熔化的焊條金屬和局部熔化的母材金屬所組成。
熔池的形狀近似呈半橢圓球狀，其幾何尺寸有熔池長(zhǎng)度(L)、熔深(H)和熔寬(C),見圖1-16。熔池的幾何尺寸與焊接工藝參數(shù)、母材性質(zhì)、坡口形狀和尺寸有關(guān)。一般情況下，
隨電流的增加，熔池的最大深度HAx增大，熔池的最大寬度Cmax相對(duì)減??；而隨電壓的升高，Hma減小，Cmx增大。
熔池中的液態(tài)金屬始終處于劇烈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其運(yùn)動(dòng)形式主要有三種：
1)液態(tài)金屬密度差所造成的自由對(duì)流運(yùn)動(dòng) 由于熔池溫度分布不均勻，溫度高處金屬密度小，而溫度低處金屬密度大，這樣，密度差就促使液態(tài)金屬由低溫區(qū)向高溫區(qū)運(yùn)動(dòng)。
2)液態(tài)金屬表面張力差所引起的強(qiáng)制對(duì)流運(yùn)動(dòng) 溫度高，表面張力則??；反之，溫度
圖1-16焊接熔池形狀示意圖
熔池的形成有一段過(guò)渡時(shí)間，然后才進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，一般只存在幾秒至幾十秒，這時(shí)熔池的形狀、尺寸和質(zhì)量基本保持不變。對(duì)于焊條電弧焊，熔池金屬的質(zhì)量一般在0.6～16g范圍之內(nèi)，多數(shù)情況在5g以下。
隨著熱源的移動(dòng)，熔池沿焊接方向作同步移動(dòng)。在熔池的前部母材不斷地熔化，溫度較高；熔池的尾部，熔池金屬不斷地凝固，溫度逐漸降低。熔池的溫度分布見圖1-17,圖中TM為熔化溫度。
熔池中的液態(tài)金屬始終處于劇烈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其運(yùn)動(dòng)形式主要有三種：
1)液態(tài)金屬密度差所造成的自由對(duì)流運(yùn)動(dòng) 由于熔池溫度分布不均勻，溫度高處金屬密度小，而溫度低處金屬密度大，這樣，密度差就促使液態(tài)金屬由低溫區(qū)向高溫區(qū)運(yùn)動(dòng)。
2)液態(tài)金屬表面張力差所引起的強(qiáng)制對(duì)流運(yùn)動(dòng) 溫度高，表面張力則小；反之，溫度低，表面張力就大。熔池溫度的不均勻分布，必然帶來(lái)表面張力的不均勻分布，由此將迫使熔池金屬發(fā)生對(duì)流運(yùn)動(dòng)。
3)熱源的各種機(jī)械力所產(chǎn)生的攪拌運(yùn)動(dòng)焊條電弧焊時(shí)，熔池上的作用力主要有電弧吹力、熔滴下落的沖擊力等，它們對(duì)熔池液態(tài)金屬具有強(qiáng)烈的攪拌作用。
這三種形式的運(yùn)動(dòng)綜合作用在一起，構(gòu)成了熔池液態(tài)金屬的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。正是這種運(yùn)動(dòng)，使填充金屬和熔化的母材均勻混合，獲得成分均勻的焊縫金屬，同時(shí)促進(jìn)了氣體的逸出和非金屬夾雜的浮出，提高了焊縫質(zhì)量。但在液態(tài)金屬與母材交界處，由于運(yùn)動(dòng)受到限制，在這些部位容易造成化學(xué)成分的不均勻，產(chǎn)生焊接缺陷。
1.2.2焊接化學(xué)冶金
焊接化學(xué)冶金，是指熔焊時(shí)，焊接區(qū)的熔化金屬、熔渣、氣體之間在高溫下進(jìn)行的一系列化學(xué)冶金反應(yīng)，這些冶金反應(yīng)會(huì)直接影響焊縫金屬的成分、組織和性能。
焊條電弧焊的化學(xué)冶金過(guò)程，是在氣渣聯(lián)合保護(hù)的前提下，分藥皮反應(yīng)區(qū)、熔滴反應(yīng)區(qū)和熔池反應(yīng)區(qū)連續(xù)進(jìn)行的。
1.氣體對(duì)熔化金屬的作用
焊接區(qū)的氣體主要有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氧氣、氮?dú)狻⑺魵饧敖饘倥c熔渣的蒸氣等，其中氧氣、氫氣、氮?dú)鈱?duì)焊接質(zhì)量的影響最大。氧氣、氮?dú)?、氫氣在焊接熔池中的溶解度比較見
1)氫氣 主要來(lái)源于空氣中的氧、藥皮
中的氧化物和母材表面的鐵銹、水分的分解產(chǎn)
物。氧在電弧高溫下，能與鐵和其他合金元素
發(fā)生氧化反應(yīng)，造成合金元素?zé)龘p，氧化產(chǎn)物
(如MnO、SiO?、TiO?、Al?O?)一般浮到熔
渣中去，也會(huì)夾雜于焊縫中。
氧與碳或氫反應(yīng)，生成不溶于金屬的氣體CO或H?O,若不能順利逸出，就會(huì)形成氣孔。焊縫金屬中的氧，一般以FeO形式存在。焊條電弧焊時(shí)，通過(guò)焊條藥皮中的脫氧劑、造氣劑和焊芯中的脫氧元素的作用，能使焊縫金屬中的含氧量顯著減少。
焊縫金屬中的含氧量增加，對(duì)金屬性能的影響如下：
①伸長(zhǎng)率和沖擊韌度下降。
②脫氧生成物作為夾雜分布于晶界上，使組織變脆。
③引起熱脆。
2)氮?dú)?nbsp; 主要來(lái)自空氣。氮在常溫下雖然不活潑，但是在電弧的高溫作用下會(huì)溶解于鐵，又能形成穩(wěn)定的化合物，還可以氣態(tài)存在于焊接熔池中。為了減少焊縫金屬中的含氮量，防止空氣中的氮侵入，必須對(duì)焊接電弧加強(qiáng)保護(hù)。
焊縫金屬中的含氮量增加，對(duì)金屬性能的影響如下：
①抗拉強(qiáng)度增大。
②伸長(zhǎng)率和沖擊韌度下降。
③產(chǎn)生時(shí)效硬化。
④成為產(chǎn)生回火脆性的主要原因。
3)氫氣 主要來(lái)自焊條藥皮中的水分及有機(jī)物、焊件表面的水分、鐵銹、油脂、油漆等。氫不和金屬化合，但它能溶解丁Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等金屬中，隨著溫度的升高其溶解度增大。焊接時(shí)，由于冷卻速度很快，容易造成過(guò)飽和的氫殘余在焊縫金屬中，形成氣孔。
焊縫金屬中的含氫量增加，對(duì)金屬性能的影響如下：
①變脆。
②焊縫金屬內(nèi)產(chǎn)生氣孔。
③產(chǎn)生白點(diǎn)、線狀組織等異常組織。
④容易產(chǎn)生裂紋，尤其是焊道下裂紋。
2.熔渣對(duì)熔化金屬的作用
熔渣主要由酸性氧化物(SiO?、TiO?)、.
堿性氧化物(CaO、MnO)或中性氧化物(Al?O?、Fe?O?)組成。熔渣總是覆蓋在熔滴和熔池金屬的表面，以隔絕空氣；同時(shí)，與熔化金屬發(fā)生一系列化學(xué)冶金反應(yīng)，如脫氧、脫硫、脫磷、滲合金等，從而提高焊縫質(zhì)量。
1)脫氧 熔渣對(duì)熔化金屬的脫氧主要發(fā)生在熔滴反應(yīng)區(qū)和熔池反應(yīng)區(qū)。對(duì)于堿性熔渣，由于含有大量的堿性氧化物CaO、MnO,決定了它主要是利用硅和鈦?zhàn)鳛槊撗鮿┻M(jìn)行沉淀脫氧，脫氧產(chǎn)物被熔渣吸收浮出熔化金屬；對(duì)于酸性熔渣，由于含有多量的酸性氧化物SiO?、TiO?,使熔化金屬中的FeO能夠擴(kuò)散到熔渣中來(lái)，以此來(lái)減少熔化金屬的含氧量，同時(shí)也利用一定量的錳作脫氧劑進(jìn)行沉淀脫氧，來(lái)加強(qiáng)脫氧效果。
2)脫硫和脫磷 熔渣對(duì)熔化金屬的脫硫主要是利用堿性的CaO、MnO和CaF?進(jìn)行的，所以堿性熔渣的脫硫能力較強(qiáng)，而酸性熔渣較弱。熔渣的脫磷，無(wú)論是堿性熔渣還是酸性熔渣，效果都不太顯著。焊條藥皮的脫硫和脫磷是非常有限的，所以焊接時(shí)要嚴(yán)格控制原材料中的含硫和含磷量。
3)滲合金 向焊縫滲合金的主要方式有兩種：一種是利用合金焊芯進(jìn)行滲合金，如不銹鋼焊條；另一種是利用藥皮中的合金劑進(jìn)行滲合金，如低碳鋼和低合金鋼焊條。藥皮中的合金劑主要有錳鐵、硅鐵、鈦鐵、鉻鐵、鉬鐵等，合金劑必須通過(guò)熔渣向熔化金屬過(guò)渡，熔渣的堿度和粘度對(duì)合金元素的過(guò)渡量有很大影響。
1.2.3熔池結(jié)晶和焊縫組織
隨著液體金屬溫度的降低，原子之間的吸引力逐漸增大。當(dāng)溫度降低到凝固溫度以下時(shí)，原子之間的吸引力已達(dá)到足以克服原子混亂運(yùn)動(dòng)的力量，原子重新各就各位，開始有規(guī)則地排列起來(lái)，此時(shí)意味著液體金屬開始結(jié)晶。液體金屬的溫度降到低于熔點(diǎn)時(shí)，在液體金屬中就開始有一些原子最先排列起來(lái)，形成所謂的“晶核”。然后，這些晶核就依靠吸附周圍液體中的原子進(jìn)行生長(zhǎng)。
熔焊時(shí)，焊縫金屬由高溫液態(tài)冷卻到常溫固態(tài)，中間要經(jīng)過(guò)兩次組織變化過(guò)程，第…次是熔池金屬?gòu)囊簯B(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)的結(jié)晶過(guò)程，稱為焊接熔池的一次結(jié)晶：第二次是固態(tài)焊縫金屬?gòu)母邷乩鋮s到相變溫度時(shí)發(fā)生的相變過(guò)程，稱為焊縫金屬的二次結(jié)晶，即固態(tài)相變。
由于焊接熔池體積小、散熱快，從而結(jié)晶速度也較快，因此，焊縫金屬的晶粒度比較細(xì)密。同一金屬的晶粒度愈細(xì)密，其塑性和韌性也愈好。這也是焊縫金屬雖然是鑄造組織，但其力學(xué)性能往往并不低于軋制的母材金屬的原因之一。
1.焊接熔池的一次結(jié)晶
焊接熔池的一次結(jié)晶對(duì)焊縫金屬的組織和性能有著極大影響，焊接過(guò)程中的許多缺陷如氣孔、裂紋、夾雜和偏析等大都是在一次結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)生的。
(1)焊接熔池一次結(jié)晶特點(diǎn)
1)熔池的體積小，冷卻速度大。電弧焊時(shí)，熔池的體積最大不超過(guò)30cm3,平均冷卻速度約為4～100℃/s,比鑄錠大幾百到上萬(wàn)倍。因而對(duì)于含碳量高、含合金元素較多的鋼種和鑄鐵等，容易產(chǎn)生硬化組織和結(jié)晶裂紋。
2)合金元素?zé)龘p嚴(yán)重。熔池中的液態(tài)金屬超過(guò)了材料的熔點(diǎn)，處于過(guò)熱狀態(tài)，過(guò)渡熔滴的平均溫度達(dá)2300℃,因此合金元素的燒損比較嚴(yán)重。
3)溫差大。熔池中心和邊緣存在著很大的溫差，熔池中心溫度高，邊緣凝固界面散熱快，焊縫冷卻速度大，所以熔池是在很大溫差條件下進(jìn)行結(jié)晶，促使柱狀晶發(fā)展。
(2)焊接熔池一次結(jié)晶的過(guò)程
熔焊時(shí)的一次結(jié)晶是在液態(tài)金屬中發(fā)生的。焊接時(shí)，當(dāng)電弧移去，熔池液態(tài)金屬便開始了結(jié)晶，見圖1-18。焊接熔池的一次結(jié)晶過(guò)程見圖1-19。
對(duì)焊接熔池來(lái)說(shuō)，由于液體熔池中的熱量主要是通過(guò)熔合線向母材方向散失，熔合線處散熱條件好，溫度最低，是最先達(dá)到凝固溫度的部位。隨著熔池液態(tài)金屬的溫度降低，結(jié)晶首先在熔合線上開始發(fā)生，熔合線上的達(dá)到熔化溫度而還沒(méi)有熔化的母材表面晶粒，成為附近液態(tài)金屬的晶核，見圖1-19a;由于晶體不可能向著己凝固的金屬擴(kuò)展，而是隨著溫度的繼續(xù)降低，晶核開始向著散熱的反方向——熔池中心長(zhǎng)大，見圖1-19b;由于相鄰晶核在長(zhǎng)大過(guò)程中的相互阻擋，從而形成了柱狀結(jié)晶，見圖1-19c;柱狀晶體不斷地長(zhǎng)大至相互接觸時(shí)，這一斷面的結(jié)晶過(guò)程結(jié)束，見圖1-19d,每個(gè)長(zhǎng)大的晶核就成為一個(gè)晶粒。隨著電弧的前移，焊接熔池的一次結(jié)晶過(guò)程一直在連續(xù)地進(jìn)行，結(jié)晶速度和焊接速度相等。
由鐵碳合金相圖可知，焊接熔池的一次結(jié)晶組織一般都是奧氏體。
(3)焊縫中的偏析
焊接熔池一次結(jié)晶過(guò)程中的突出問(wèn)題是，熔池金屬存在著不同程度的化學(xué)成分不均勻分
布現(xiàn)象，即偏析現(xiàn)象。偏析的產(chǎn)生，主要是由于焊接熔池體積小、冷卻速度快，焊縫金屬中的合金元素來(lái)不及均勻擴(kuò)散所造成的。它不僅使焊縫化學(xué)成分不均勻、性能改變，而且也是使焊縫產(chǎn)生熱裂紋、夾渣和氣孔的主要原因之一。
柱狀晶的界面上容易為尚末結(jié)晶的(稍晚才能結(jié)晶的)、由某些偏析物形成的易熔共晶體所填充，再加上其他條件的影響，就有可能沿著界面產(chǎn)生裂紋，稱為焊接熱裂紋。由于柱狀晶的界面總是與結(jié)晶時(shí)的等溫面相垂直，因此，結(jié)晶裂紋或稱熱裂紋也總是和焊縫的魚鱗波紋相垂直，見圖1-20。熱裂紋的主要特征是：有熱裂紋的焊縫斷口上有高溫氧化的藍(lán)色或藍(lán)黑色色彩。從焊縫表面上看，熱裂紋呈不明顯的鋸齒形。一般在焊縫的收尾弧坑處更容易產(chǎn)生熱裂紋。
碳鋼焊接時(shí)產(chǎn)生的CO氣孔，當(dāng)焊接熔池開始結(jié)晶或結(jié)晶過(guò)程中，熔池中的氧化亞鐵和碳容易偏析，造成它們?cè)诰植康貐^(qū)含量偏高，這樣在該部位有利于氧化亞鐵和碳相互作用生成CO。因結(jié)晶時(shí)，熔池金屬的粘度不斷地增大，此時(shí)產(chǎn)生的CO就不易逸出，很容易被圍困在晶粒之間，同時(shí)生成CO的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，會(huì)促使結(jié)晶加快，因而使CO氣泡在結(jié)晶結(jié)束之前來(lái)不及逸出面形成氣孔。
1)顯微偏析 在一個(gè)晶粒內(nèi)部或晶粒之間的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象稱為顯微偏析。熔池結(jié)晶時(shí)，最先結(jié)晶的結(jié)晶中心金屬最純，而后結(jié)晶部分含合金元素和雜質(zhì)略高，最后結(jié)晶的部分，即結(jié)晶的外端和前緣含合金元素和雜質(zhì)最高。
影響顯微偏析的主要因素是金屬的化學(xué)成分，它決定金屬結(jié)晶區(qū)間的大小，結(jié)晶區(qū)間越大，越容易產(chǎn)生顯微偏析。低碳鋼因其結(jié)晶區(qū)
間不大，所以顯微偏析現(xiàn)象并不嚴(yán)重。高碳鋼、合金鋼由于合金元素較多，結(jié)晶區(qū)間增大，所以焊接時(shí)產(chǎn)生較嚴(yán)重的顯微偏析，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)馃崃鸭y等缺陷，所以焊后一般需要進(jìn)行擴(kuò)散及細(xì)化晶粒的熱處理，以消除顯微偏析現(xiàn)象。
2)區(qū)域偏析 熔池結(jié)晶時(shí)，由于柱狀晶體的不斷長(zhǎng)大和推移，會(huì)把雜質(zhì)“趕”向熔池中心，使熔池中心的雜質(zhì)比其他部位多，這種現(xiàn)象稱為區(qū)域偏析。
焊縫的斷面形狀對(duì)區(qū)域偏析的分布有很大的影響。窄而深的焊縫，各柱狀晶的交界在焊縫的中心，因此有較多的雜質(zhì)聚集在焊縫中心，見圖1-21a所示。這個(gè)部位又與焊縫的橫向收縮變形方向相垂直，使這個(gè)雜質(zhì)較集中的部位在高溫塑性很差的區(qū)域受拉，其結(jié)果容易產(chǎn)生熱裂紋。因此，用對(duì)熱裂紋較敏感的焊接材料(例如，某些不銹鋼焊條、高鎳合金焊條)進(jìn)行焊接，或者焊縫對(duì)熱裂紋比較敏感時(shí)(例如，用J422焊條焊接中碳鋼或補(bǔ)焊鑄鐵，使焊縫的含碳量增高),應(yīng)當(dāng)采用小的焊接電流，避免得到深面窄的焊縫成形，并減小母材的熔合比(即母材熔到焊縫金屬中的比例)。見圖1-21b、c所示，寬而淺的焊縫，雜質(zhì)聚集在焊縫的上部，這對(duì)避免熱裂紋的產(chǎn)生是有利的。
3)層狀偏析 層狀偏析是在焊縫橫斷面上出現(xiàn)的分層組織。不同的分層，化學(xué)成分的分布是不均勻的，因此稱為層狀偏析。層狀偏析會(huì)使焊縫的力學(xué)和耐蝕性能不均勻，
2.焊縫金屬的二次結(jié)晶
焊接熔池一次結(jié)晶結(jié)束后，熔池金屬就轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)焊縫。固態(tài)焊縫由高溫冷卻到室溫：就要經(jīng)歷二次結(jié)晶過(guò)程。室溫下通過(guò)金相分析方法觀察到的焊縫組織都是經(jīng)過(guò)二次結(jié)晶后得到的組織。
對(duì)于低碳鋼焊縫，它的一次結(jié)晶組織是粗大的奧氏體晶粒。當(dāng)冷卻到900℃以下某一臨界溫度時(shí)，就在奧氏體品界析出鐵素體。當(dāng)繼續(xù)冷卻到低于727℃的相變溫度時(shí)，在剩余的奧氏體晶粒中，同時(shí)析出鐵素體和滲碳體，形成機(jī)械混合物即珠光體。所以，低碳鋼焊縫的常溫組織一般為鐵素體和珠光體。焊縫的力學(xué)性能取決于鐵素體和珠光體的相對(duì)含量及晶粒的粗細(xì)程度。如果珠光體含量越高而鐵素體越少，且晶粒越細(xì)，那么焊縫的強(qiáng)度和硬度就會(huì)提高，而塑性和韌性則有所降低。焊縫的冷卻速度對(duì)焊縫組織有很大的影響，見表1-6。
對(duì)于低合金鋼焊縫，其二次結(jié)晶組織多數(shù)情況下仍以鐵素體和珠光體為主，但在高強(qiáng)鋼焊縫中，且冷卻速度較大的情況下，也會(huì)有貝氏體，甚至馬氏體出現(xiàn)。貝氏體和馬氏體的產(chǎn)生，會(huì)使焊縫的脆性增大，硬度增加，力學(xué)性能變差。
提高焊縫力學(xué)性能的重要途徑是改善焊縫二次組織，一般采用多層焊接、焊后熱處理等方法。
1.2.4熔合區(qū)和熱影響區(qū)的組織與性能
熔焊時(shí)，不僅焊縫在焊接電弧作用下發(fā)生熔化到固態(tài)相變等一系列的變化，而且焊縫兩側(cè)相鄰的母材，即熔合區(qū)和熱影響區(qū)，也要發(fā)生一定的金相組織和力學(xué)性能的變化。所以說(shuō)，焊接接頭是由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分組成的，見圖1-22。
1.熔合區(qū)的組織和性能
通常所說(shuō)的熔合線，是指焊接接頭橫斷面上宏觀腐蝕所顯示的焊縫輪廓線，一般是不規(guī)則的鋸齒形曲線。
熔合區(qū)的范圍很窄，溫度介于置相線與液相線之間，該區(qū)晶粒粗大，化學(xué)成分和組織性能存在著明顯的不均勻性，冷卻后得到的組織是過(guò)熱組織。所以，熔合區(qū)的塑性和韌性較低，脆性較大，易產(chǎn)生裂紋和脆性破壞，是焊接接頭中最薄弱的區(qū)域。
2.熱影響區(qū)的組織和性能
焊接過(guò)程中，熱影響區(qū)金屬在焊接電弧的作用下，實(shí)際上經(jīng)歷了一次由加熱、保溫至冷卻的熱處理過(guò)程。由于距焊縫遠(yuǎn)近不同點(diǎn)的加熱溫度和冷卻速度不同，所以，熱影響區(qū)金屬的組織和力學(xué)性能沿其寬度方向是不均勻分布的。
(1)低碳鋼熱影響區(qū)的組織和性能
低碳鋼接頭熱影響區(qū)域的組織變化見圖1-23所示。
1)過(guò)熱區(qū) 焊接熱影響區(qū)中具有過(guò)熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域，稱為過(guò)熱區(qū)。對(duì)于低碳鋼，這個(gè)區(qū)的金屬被加熱到1100~1490℃,該區(qū)晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大，冷卻后得到粗大的過(guò)熱組織，使金屬塑性降低，特別對(duì)沖擊韌度的影響尤為顯著(一般比基本金屬低25%～30%),是熱影響區(qū)中的薄弱區(qū)域。
2)正火區(qū) 這個(gè)區(qū)被加熱到900～1100℃,冷卻后產(chǎn)生正火組織，金屬晶粒在很大程度上
將會(huì)細(xì)化。正火區(qū)是熱影響區(qū)中綜合力學(xué)性能最好的區(qū)域，既具有較高的強(qiáng)度，又有較好的塑性和韌性。該區(qū)又稱相變重結(jié)晶區(qū)或細(xì)晶區(qū)。
3)不完全重結(jié)晶區(qū) 低碳鋼在這個(gè)區(qū)域被加熱到750～900℃,使一部分金屬受到了正火處理，另一部分仍保持原來(lái)狀態(tài)。由于組織轉(zhuǎn)變不完全，晶粒大小不均勻，所以力學(xué)性能也不均勻，強(qiáng)度有所下降。該區(qū)又稱為部分相變區(qū)。
4)再結(jié)晶區(qū) 這個(gè)區(qū)被加熱到450～750℃。對(duì)于經(jīng)過(guò)壓力加工，即已塑性變形的母材，在此溫度區(qū)域內(nèi)發(fā)生再結(jié)晶。該區(qū)域的組織沒(méi)有變化，僅塑性稍有改善。對(duì)于焊前未經(jīng)塑性變形的母材，則本區(qū)不出現(xiàn)。
5)藍(lán)脆區(qū) 這個(gè)區(qū)被加熱到200～500℃之間，特別是在200～300℃時(shí)，組織沒(méi)有變化，強(qiáng)度稍有提高，但塑性急劇下降，發(fā)生脆化現(xiàn)象。
上述五個(gè)區(qū)域統(tǒng)稱為熱影響區(qū)，在顯微鏡下觀察低碳鋼材料時(shí)，只能看到過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)和不完全重結(jié)晶區(qū)。
(2)低合金結(jié)構(gòu)鋼熱影響區(qū)的組織和性能
對(duì)于不易淬火的低合金結(jié)構(gòu)鋼，如Q345(16Mn)、Q390(15MnV)鋼等，其熱影響
區(qū)組織與低碳鋼相似，主要有三個(gè)區(qū)：過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)和不完全重結(jié)晶區(qū)，見圖1-24所示。
對(duì)于易淬火的低合金結(jié)構(gòu)鋼，如含合金元素較多的高強(qiáng)鋼、耐熱鋼和低溫鋼，將出現(xiàn)馬氏體組織等，硬度高、脆性大、容易開裂。其熱影響區(qū)顯微組織分布與母材焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。如果母材焊前是退火狀態(tài)，則熱影響區(qū)的組織可分為：淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)。如果母材焊前是淬火狀態(tài)，則還要形成一個(gè)回火區(qū)，見圖1-24所示。
(3)熱影響區(qū)的性能的判斷
焊接熱影響區(qū)的組織分布是不均勻的，必然也會(huì)造成熱影響區(qū)性能的差異。一般情況下，常用硬度來(lái)判斷熱影響區(qū)的性能，也可以間接預(yù)測(cè)熱影響區(qū)的韌性、脆性和抗裂性。
熱影響區(qū)的硬度與母材的碳當(dāng)量有很大關(guān)系。碳當(dāng)量是指把鋼中合金元素(包括碳)的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量。碳當(dāng)量是
評(píng)定鋼材焊接性的一個(gè)參考指標(biāo)。一般低合金鋼焊接熱影響區(qū)最高硬度與碳當(dāng)量的粗略關(guān)系式為：
焊接過(guò)程中，接頭區(qū)域的硬度變化見圖1-25.由圖可知，焊接熱影響區(qū)有著明顯的硬化傾向，這種硬化是導(dǎo)致焊接裂紋的重要原因，所以必須嚴(yán)格控制這一硬化程度，最有效的方法就是進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理。根據(jù)不同的硬度值，選擇相應(yīng)的預(yù)熱和焊后熱處理溫度。
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