焊接接頭的組織和性能

焊縫附近的母材組織和性能發生變化的區域稱為焊接熱影響區。焊縫和母材的交界線叫溶合線，溶合線兩側有一個很窄的焊縫與熱影響區的過渡區，叫熔合區，也叫半熔化區。因此，焊接接頭由焊縫、溶合區和焊接熱影響區組成。 熔焊使焊縫及其附近的母材經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，焊縫附近區域受到一次不同規范的熱處理，因此必然引起相應的組織和性能的變化，直接影響焊接質量。 焊縫 焊縫是由母材和焊條(絲)熔化形成的熔池冷卻結晶而成的。焊縫金屬在結晶時，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含量低及合金化作用，使焊縫化學成分優于母材，所以焊縫金屬的力學性能一般不低于母材。 熔合區和熱影響區 焊接過程中，除焊縫金屬達到熔化狀態外，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，其中一部分區域還會發生組織和性能的變化，這一區域稱為焊接熱影響區。熱影響區的加熱溫度是不均勻的，越靠近焊縫，加熱溫度越高。焊縫與熱影響區的過渡區稱熔合區，也稱半熔化區。 熱影響區按加熱溫度的不同，可劃分為過熱區，正火區，不完全重結晶區等區域。①熔合區：該區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，該區內液態金屬與未熔化的母材金屬共存，冷卻后，其組織為部分鑄態和部分過熱組織，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量。 ②過熱區：加熱溫度在固相線至1100℃之間，寬度約1-3mm。焊接時，該區域內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：加熱溫度在1100℃-Ac3之間，寬度約為1.2-4mm。焊后空冷使該區內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，力學性能優于母材。 ④部分正火區：也稱不完全重結晶區，加熱溫度在一定范圍之間。焊接時只有部分組織轉變為奧氏體，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構材料。②使熱影響區的冷卻速度適當。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《金屬工藝基礎與實踐》一書。