第四章 焊接热影响区组织和性能 1
第四章
焊接热影响区组织
和性能
第四章 焊接热影响区组织和性能 2
第四节 焊接热力模拟试验方法的特点
第一节 焊接热循环
第二节 焊接热循环条件下的金属
组织转变特点
第三节 热影响区组织和性能
第四章 焊接热影响区组织和性能
第四章 焊接热影响区组织和性能 3
重点内容,
1)焊接热循环的主要参数、意义
2)快速加热,连续冷却的金属组织转变特点
3)CCT图的应用
4)热影响区的划分方法
5)不易淬硬钢及淬硬钢的焊接热影响区分
布和组织转变
第四章 焊接热影响区组织和性能 4
第四章 焊接热影响区组织和性能 5
第四章 焊接热影响区组织和性能 6
§ 4-1 焊接热循环
焊接热循环,在焊接热流作用时,焊件上某
一点 P的温度随时间的变化过程叫作 焊接
热循环,
一,焊接热循环的主要参数
1.加热速度 ( WH )
2.加热的最高温度 ( Tm )
3.在相变温度以上的停留时间 (tH)
4.冷却速度 (Wc)或冷却时间
第四章 焊接热影响区组织和性能 7
二,特点
1.加热温度高,热处理加热温度以上 100-
200℃
2.加热速度快, 是热处理加热速度的几十
倍甚至几百倍
3.高温停留时间短,手工焊以上停留时间
最大 20秒,埋弧自动焊时 30-100秒。
第四章 焊接热影响区组织和性能 8
4.自然冷却, 热处理可根据要求控制
冷却速度或在冷却过程中不同阶段进行
保温,焊接时,自然条件下冷却,冷却速度
快。
5.局部加热, 热处理时,工件是在炉中
整体加热,焊接时,局部集中加热,随热源
的移动,局部加热地区的范围也移动,由于
局部加热产生复杂应力,组织转变是在复
杂应力不完成。
第四章 焊接热影响区组织和性能 9
二、焊接热循环参数的数值模拟
（一） 峰值温度 Tm的计算
（二） 相变温度以上停留时间 tH的计算
（三） 瞬时冷却速度 Wc的计算
（四） 冷却时间的计算
第四章 焊接热影响区组织和性能 10
三,多层焊热循环的特点
在实际焊接中,厚板多采用多层焊接,因
此,有必要了解多层焊热循环作用特点。
在单层焊时,因为受到焊缝截面积的限
制,不能在更大的范围内调整功率和焊速,
所以焊接热循环的调整也受到限制。
多层焊比单层焊具有更优越的地方,它是
由许多单层热循环联合在一起的综合作用,
同时相临焊层之间彼此具有热处理性质,从
提高焊接质量而言,多层焊往往易达到要求
第四章 焊接热影响区组织和性能 11
双道焊和多层焊 HAZ组织示意图
第四章 焊接热影响区组织和性能 12
多层焊主要考虑焊道 层数 和 层间温度 。
层间温度,多层焊时, 开始焊接后 --焊层
时前 --层焊道所具有的最低温度即为层间
温度 。
对后一焊道面言, 前一焊道具有预
热作用, 层间温度相当开预热温度；对前
一焊道来说, 后一焊道相当开预热温度；
对前一焊道来说, 后一焊道应该起后热作
用, 产生一定热处理效果 。
本节结束
第四章 焊接热影响区组织和性能 13
§ 4-2 焊接热循环条件下的
金属组织转变特点
特点,1.加热温度高
热处理加热温度以上 100～ 200℃
2.加热速度快,
3.高温停留时间短
4.自然冷却
5.局部加热
第四章 焊接热影响区组织和性能 14
一, 快速加热的金属组织转变特点
１,加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的
相变温度发生了很大的变化 。
焊接时,由于采用的焊接方法不同,规
范不同,加热速度可在很大的范围内
变化 。
第四章 焊接热影响区组织和性能 15
２,加热速度对Ａ均质化影响
加热速度不但对相变点有影响,对 Ａ 均质
化也有影响,
３,近缝区的晶粒长大
在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使晶
粒发生严重长大,影响焊接接头塑性,韧性
,韧性产生热裂纹,冷裂纹,
第四章 焊接热影响区组织和性能 16
二,连续冷却时的金属组织转变特点
研究焊热影响区的熔全线附近的情况
,这一区域是焊接接头的薄弱地带。
以 45钢,40Cr为例,比较焊接条件
下和热处理条件下,在相同的冷却
速度下组织转变的差异,
第四章 焊接热影响区组织和性能 17
第四章 焊接热影响区组织和性能 18
第四章 焊接热影响区组织和性能 19
1.CCT图的建立,采用焊热热模拟试验装置来
建立某种钢的 CCT图,
2.意义,在大量钢种出现之前,可预先估计热
影响区的组织性能,或作为制定工艺,焊接线
能量的依据,
3.CCT图的应用, 通过 CCT图可得到在不同的
冷却速度下的组织,即估计组织,
三,连续冷却组织转变图的应用
第四章 焊接热影响区组织和性能 20
第四章 焊接热影响区组织和性能 21
第四章 焊接热影响区组织和性能 22
影响 CCT图的因素有
(一 )母材化学成分
(二 )冷却速度
(三 )峰值温度
(四 )晶粒粗化
(五 )应力应变
本节结束
第四章 焊接热影响区组织和性能 23
§ 4-3 焊接热影响区的组织和
性能
一,焊接热影响区的组织分布
焊接结构钢根据热处理特性不同分为两类
:淬火钢,不易淬火钢,分别讲述淬火钢和
不易淬火钢的组织分布,
1.不易淬火钢,如低碳钢,某些不易淬硬的
低合金钢,如 16Mn.15MoV.15MnTi等
第四章 焊接热影响区组织和性能 24
热影响区的组织分布
1).熔全区
2).过热区
3).相变重结晶区
4).不完全重结晶区
对于低碳钢,一些淬硬倾向不大的钢
(16Mn.15MnTi等 )除过热区外其它各
区组织基本相同,
低碳钢过热区主要是魏氏组织 W
第四章 焊接热影响区组织和性能 25
16Mn钢焊接热 影响区
焊缝金属
母材
熔合区
过热 区
不完全重结晶区
第四章 焊接热影响区组织和性能 26
第四章 焊接热影响区组织和性能 27
2.易淬火钢
此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热
处理有关焊前热处理,退火,正火,调质 (淬
火 +高回火 )
1).完全淬火区
2).不完全淬火区
3).对于调质处理的钢 (母材焊前处于调质状
态 )回火区以下,发生不同程度的回火处理
─ 回火区,组织性能变化取决于焊前调质
状态的温度,
第四章 焊接热影响区组织和性能 28
3.注意问题
1).热影响区中熔合区,过热区晶粒严重
长大,是焊接接头的薄弱地带,
2).低碳钢的不完全重结晶区,在急冷急
热的条件下,会表现出高碳钢的行为,
3).成分偏析严重,C.P.S高时易产生淬硬
组织,裂纹,
第四章 焊接热影响区组织和性能 29
二,焊接热影响区的性能
(一 )HAZ的硬化
硬度
为了方便起见,常常用硬度的变化来判定
热影响区的性能变化,硬度高的区域,强度
也高,塑性,韧性下降,测定热影响区的硬
度分布可以间接来估计热影响区的强度,
塑性和裂纹倾向影响硬度的因素。
第四章 焊接热影响区组织和性能 30
1)碳当量（ Carbon Equivalent)
国际焊接学会
5156
)(
VMoCrNiCuMnCCE
I I W
???????
日本焊接学会
144540246)(
VMoCrNiSiMnCC e q
W E S ???????
近年来常用的公式
?????? ?????????? BNbVMoCrNiCUMnSiCACC E N 5515151624)(
第四章 焊接热影响区组织和性能 31
2)碳当量及冷却时间 t8/5 与 HAZ最高硬度
Hmax 的关系
第四章 焊接热影响区组织和性能 32
第四章 焊接热影响区组织和性能 33
3）焊接 HAZ最高硬度的计算公式
(1)国产钢硬度计算公式
当 t8/5<tM100 Hmax=292+812C
当 t8/5>tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm –81lg t8/5
(2)铃木公式
? ? 287y)- t 8 /5lg(e x p1884H m a x ????? a
KKC
Hmax(HV10)=140+1089Pcm –8.2t8/5
第四章 焊接热影响区组织和性能 34
(二 )焊接热影响区的脆化
1)粗晶脆化
产生原因,合金因素对于不
易淬火钢,主要是晶粒长大,
形成粗大魏氏组织 (W),易淬
火钢,产生脆硬的孪晶 M.此
区处在焊缝与母材的过渡地
带,物理化学的不均匀性 。
第四章 焊接热影响区组织和性能 35
2)组织脆化
（ 1） M-A组元脆化
（ 2）析出脆化
（ 3）遗传脆化
第四章 焊接热影响区组织和性能 36
第四章 焊接热影响区组织和性能 37
3）,HAZ的热应变时效脆化
(1)静应变时效脆化
(2)动应变时效脆化
(三 )焊接热影响区的韧化
1、母材的原始组织
2、韧化处理
2
1
)2(1 pEWaErK ???
第四章 焊接热影响区组织和性能 38
（四）调质钢焊接 HAZ的软化
1、调质钢焊接时
HAZ的软化
第四章 焊接热影响区组织和性能 39
2、热处理强化合金焊接 HAZ的软化
第四章 焊接热影响区组织和性能 40
（五）焊接 HAZ力学性能
一般来说，对 HAZ力学性能的研究主要
是从两方面进行：
一方面是研究 HAZ不同部位的力学性能
另一方面专门研究 熔合区附近的性能,
对于淬硬倾向不大的钢种 (如 16Mn钢 )
采用焊接热模拟技术,HAZ不同部位常
规力学性能如下图
第四章 焊接热影响区组织和性能 41本节结束
第四章 焊接热影响区组织和性能 42
§ 4-4 焊接热力模拟试验方
法的特点
一、焊接模拟技术发展的背景
二、焊接模拟技术发展的过程及其现状
三、焊接模拟试验的基本方法点及意义
第四章 焊接热影响区组织和性能 43
焊接模拟试验的主要参数
1.加热速度 (WH)或加热时间
2.加热的峰值温度 (Tmax)
3.在高温的停留时间 (tH)
4.冷却速度 (Wc)或冷却时间（ t8/5）
第四章 焊接热影响区组织和性能 44
本章小节
本章主要根据低合金高强钢焊接
过程中，由于快速不均匀加热和
冷却引起热影响区组织性能的变
化，进行了系统地讨论，以及对
于 焊接热循环和热力模拟试验方
法的特点介绍。
第四章 焊接热影响区组织和性能 45
思考题
1、焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、
性能有何影响？
2、低合金钢焊接时,HAZ粗晶区奥氏体的
均质化程度对冷却时相变有何影响？
3、探讨低合金钢焊接 HAZ受应力应变时对
相变的影响
4、焊接条件下组织转变与热处理条件下组
织转变有何不同？
第四章 焊接热影响区组织和性能 46
5、建立低合金钢 HAZ最大硬度计算公式有
可意义？
6、何谓 HAZ的热应变时脆性？在焊接工艺
上如何防止？
7.如何提高焊接 HAZ的韧化？在焊接工艺上
如何防止？
8.何谓“组织遗传”？受哪些因素影响？如
何改善？
9.中碳调质钢焊接 HAZ软化的机制？应如何
改善和控制？
第四章 焊接热影响区组织和性能 47
本章结束
谢谢观看
第四章
焊接热影响区组织
和性能
第四章 焊接热影响区组织和性能 2
第四节 焊接热力模拟试验方法的特点
第一节 焊接热循环
第二节 焊接热循环条件下的金属
组织转变特点
第三节 热影响区组织和性能
第四章 焊接热影响区组织和性能
第四章 焊接热影响区组织和性能 3
重点内容,
1)焊接热循环的主要参数、意义
2)快速加热,连续冷却的金属组织转变特点
3)CCT图的应用
4)热影响区的划分方法
5)不易淬硬钢及淬硬钢的焊接热影响区分
布和组织转变
第四章 焊接热影响区组织和性能 4
第四章 焊接热影响区组织和性能 5
第四章 焊接热影响区组织和性能 6
§ 4-1 焊接热循环
焊接热循环,在焊接热流作用时,焊件上某
一点 P的温度随时间的变化过程叫作 焊接
热循环,
一,焊接热循环的主要参数
1.加热速度 ( WH )
2.加热的最高温度 ( Tm )
3.在相变温度以上的停留时间 (tH)
4.冷却速度 (Wc)或冷却时间
第四章 焊接热影响区组织和性能 7
二,特点
1.加热温度高,热处理加热温度以上 100-
200℃
2.加热速度快, 是热处理加热速度的几十
倍甚至几百倍
3.高温停留时间短,手工焊以上停留时间
最大 20秒,埋弧自动焊时 30-100秒。
第四章 焊接热影响区组织和性能 8
4.自然冷却, 热处理可根据要求控制
冷却速度或在冷却过程中不同阶段进行
保温,焊接时,自然条件下冷却,冷却速度
快。
5.局部加热, 热处理时,工件是在炉中
整体加热,焊接时,局部集中加热,随热源
的移动,局部加热地区的范围也移动,由于
局部加热产生复杂应力,组织转变是在复
杂应力不完成。
第四章 焊接热影响区组织和性能 9
二、焊接热循环参数的数值模拟
（一） 峰值温度 Tm的计算
（二） 相变温度以上停留时间 tH的计算
（三） 瞬时冷却速度 Wc的计算
（四） 冷却时间的计算
第四章 焊接热影响区组织和性能 10
三,多层焊热循环的特点
在实际焊接中,厚板多采用多层焊接,因
此,有必要了解多层焊热循环作用特点。
在单层焊时,因为受到焊缝截面积的限
制,不能在更大的范围内调整功率和焊速,
所以焊接热循环的调整也受到限制。
多层焊比单层焊具有更优越的地方,它是
由许多单层热循环联合在一起的综合作用,
同时相临焊层之间彼此具有热处理性质,从
提高焊接质量而言,多层焊往往易达到要求
第四章 焊接热影响区组织和性能 11
双道焊和多层焊 HAZ组织示意图
第四章 焊接热影响区组织和性能 12
多层焊主要考虑焊道 层数 和 层间温度 。
层间温度,多层焊时, 开始焊接后 --焊层
时前 --层焊道所具有的最低温度即为层间
温度 。
对后一焊道面言, 前一焊道具有预
热作用, 层间温度相当开预热温度；对前
一焊道来说, 后一焊道相当开预热温度；
对前一焊道来说, 后一焊道应该起后热作
用, 产生一定热处理效果 。
本节结束
第四章 焊接热影响区组织和性能 13
§ 4-2 焊接热循环条件下的
金属组织转变特点
特点,1.加热温度高
热处理加热温度以上 100～ 200℃
2.加热速度快,
3.高温停留时间短
4.自然冷却
5.局部加热
第四章 焊接热影响区组织和性能 14
一, 快速加热的金属组织转变特点
１,加热速度对相变点的影响
焊接时的加热速度很快,各种金属的
相变温度发生了很大的变化 。
焊接时,由于采用的焊接方法不同,规
范不同,加热速度可在很大的范围内
变化 。
第四章 焊接热影响区组织和性能 15
２,加热速度对Ａ均质化影响
加热速度不但对相变点有影响,对 Ａ 均质
化也有影响,
３,近缝区的晶粒长大
在焊接条件下,近缝区由于强烈过热使晶
粒发生严重长大,影响焊接接头塑性,韧性
,韧性产生热裂纹,冷裂纹,
第四章 焊接热影响区组织和性能 16
二,连续冷却时的金属组织转变特点
研究焊热影响区的熔全线附近的情况
,这一区域是焊接接头的薄弱地带。
以 45钢,40Cr为例,比较焊接条件
下和热处理条件下,在相同的冷却
速度下组织转变的差异,
第四章 焊接热影响区组织和性能 17
第四章 焊接热影响区组织和性能 18
第四章 焊接热影响区组织和性能 19
1.CCT图的建立,采用焊热热模拟试验装置来
建立某种钢的 CCT图,
2.意义,在大量钢种出现之前,可预先估计热
影响区的组织性能,或作为制定工艺,焊接线
能量的依据,
3.CCT图的应用, 通过 CCT图可得到在不同的
冷却速度下的组织,即估计组织,
三,连续冷却组织转变图的应用
第四章 焊接热影响区组织和性能 20
第四章 焊接热影响区组织和性能 21
第四章 焊接热影响区组织和性能 22
影响 CCT图的因素有
(一 )母材化学成分
(二 )冷却速度
(三 )峰值温度
(四 )晶粒粗化
(五 )应力应变
本节结束
第四章 焊接热影响区组织和性能 23
§ 4-3 焊接热影响区的组织和
性能
一,焊接热影响区的组织分布
焊接结构钢根据热处理特性不同分为两类
:淬火钢,不易淬火钢,分别讲述淬火钢和
不易淬火钢的组织分布,
1.不易淬火钢,如低碳钢,某些不易淬硬的
低合金钢,如 16Mn.15MoV.15MnTi等
第四章 焊接热影响区组织和性能 24
热影响区的组织分布
1).熔全区
2).过热区
3).相变重结晶区
4).不完全重结晶区
对于低碳钢,一些淬硬倾向不大的钢
(16Mn.15MnTi等 )除过热区外其它各
区组织基本相同,
低碳钢过热区主要是魏氏组织 W
第四章 焊接热影响区组织和性能 25
16Mn钢焊接热 影响区
焊缝金属
母材
熔合区
过热 区
不完全重结晶区
第四章 焊接热影响区组织和性能 26
第四章 焊接热影响区组织和性能 27
2.易淬火钢
此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热
处理有关焊前热处理,退火,正火,调质 (淬
火 +高回火 )
1).完全淬火区
2).不完全淬火区
3).对于调质处理的钢 (母材焊前处于调质状
态 )回火区以下,发生不同程度的回火处理
─ 回火区,组织性能变化取决于焊前调质
状态的温度,
第四章 焊接热影响区组织和性能 28
3.注意问题
1).热影响区中熔合区,过热区晶粒严重
长大,是焊接接头的薄弱地带,
2).低碳钢的不完全重结晶区,在急冷急
热的条件下,会表现出高碳钢的行为,
3).成分偏析严重,C.P.S高时易产生淬硬
组织,裂纹,
第四章 焊接热影响区组织和性能 29
二,焊接热影响区的性能
(一 )HAZ的硬化
硬度
为了方便起见,常常用硬度的变化来判定
热影响区的性能变化,硬度高的区域,强度
也高,塑性,韧性下降,测定热影响区的硬
度分布可以间接来估计热影响区的强度,
塑性和裂纹倾向影响硬度的因素。
第四章 焊接热影响区组织和性能 30
1)碳当量（ Carbon Equivalent)
国际焊接学会
5156
)(
VMoCrNiCuMnCCE
I I W
???????
日本焊接学会
144540246)(
VMoCrNiSiMnCC e q
W E S ???????
近年来常用的公式
?????? ?????????? BNbVMoCrNiCUMnSiCACC E N 5515151624)(
第四章 焊接热影响区组织和性能 31
2)碳当量及冷却时间 t8/5 与 HAZ最高硬度
Hmax 的关系
第四章 焊接热影响区组织和性能 32
第四章 焊接热影响区组织和性能 33
3）焊接 HAZ最高硬度的计算公式
(1)国产钢硬度计算公式
当 t8/5<tM100 Hmax=292+812C
当 t8/5>tM100 Hmax=52.0+147.0Pcm –81lg t8/5
(2)铃木公式
? ? 287y)- t 8 /5lg(e x p1884H m a x ????? a
KKC
Hmax(HV10)=140+1089Pcm –8.2t8/5
第四章 焊接热影响区组织和性能 34
(二 )焊接热影响区的脆化
1)粗晶脆化
产生原因,合金因素对于不
易淬火钢,主要是晶粒长大,
形成粗大魏氏组织 (W),易淬
火钢,产生脆硬的孪晶 M.此
区处在焊缝与母材的过渡地
带,物理化学的不均匀性 。
第四章 焊接热影响区组织和性能 35
2)组织脆化
（ 1） M-A组元脆化
（ 2）析出脆化
（ 3）遗传脆化
第四章 焊接热影响区组织和性能 36
第四章 焊接热影响区组织和性能 37
3）,HAZ的热应变时效脆化
(1)静应变时效脆化
(2)动应变时效脆化
(三 )焊接热影响区的韧化
1、母材的原始组织
2、韧化处理
2
1
)2(1 pEWaErK ???
第四章 焊接热影响区组织和性能 38
（四）调质钢焊接 HAZ的软化
1、调质钢焊接时
HAZ的软化
第四章 焊接热影响区组织和性能 39
2、热处理强化合金焊接 HAZ的软化
第四章 焊接热影响区组织和性能 40
（五）焊接 HAZ力学性能
一般来说，对 HAZ力学性能的研究主要
是从两方面进行：
一方面是研究 HAZ不同部位的力学性能
另一方面专门研究 熔合区附近的性能,
对于淬硬倾向不大的钢种 (如 16Mn钢 )
采用焊接热模拟技术,HAZ不同部位常
规力学性能如下图
第四章 焊接热影响区组织和性能 41本节结束
第四章 焊接热影响区组织和性能 42
§ 4-4 焊接热力模拟试验方
法的特点
一、焊接模拟技术发展的背景
二、焊接模拟技术发展的过程及其现状
三、焊接模拟试验的基本方法点及意义
第四章 焊接热影响区组织和性能 43
焊接模拟试验的主要参数
1.加热速度 (WH)或加热时间
2.加热的峰值温度 (Tmax)
3.在高温的停留时间 (tH)
4.冷却速度 (Wc)或冷却时间（ t8/5）
第四章 焊接热影响区组织和性能 44
本章小节
本章主要根据低合金高强钢焊接
过程中，由于快速不均匀加热和
冷却引起热影响区组织性能的变
化，进行了系统地讨论，以及对
于 焊接热循环和热力模拟试验方
法的特点介绍。
第四章 焊接热影响区组织和性能 45
思考题
1、焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、
性能有何影响？
2、低合金钢焊接时,HAZ粗晶区奥氏体的
均质化程度对冷却时相变有何影响？
3、探讨低合金钢焊接 HAZ受应力应变时对
相变的影响
4、焊接条件下组织转变与热处理条件下组
织转变有何不同？
第四章 焊接热影响区组织和性能 46
5、建立低合金钢 HAZ最大硬度计算公式有
可意义？
6、何谓 HAZ的热应变时脆性？在焊接工艺
上如何防止？
7.如何提高焊接 HAZ的韧化？在焊接工艺上
如何防止？
8.何谓“组织遗传”？受哪些因素影响？如
何改善？
9.中碳调质钢焊接 HAZ软化的机制？应如何
改善和控制？
第四章 焊接热影响区组织和性能 47
本章结束
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