焊接熱影響區(qū)(HAZ)與焊縫不同,焊縫可以通過化學(xué)成分的調(diào)整、再分配及適當(dāng)?shù)暮附庸に噥肀ＷC性能的要求,而熱影響區(qū)性能不可能通過化學(xué)成分來調(diào)整,它是在熱循環(huán)作用下才產(chǎn)生的組織分布不均勻性問題。對于一般焊接結(jié)構(gòu)來講,主要考慮熱影響區(qū)的硬化、脆化、韌化、軟化,以及綜合的力學(xué)性能、抗腐蝕性能和疲勞性能等,這要根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的具體使用要求來決定。

01焊接熱影響區(qū)的硬化

焊接熱影響區(qū)的硬度主要決定于被焊鋼種的化學(xué)成分和冷卻條件,其實質(zhì)是反應(yīng)不同金相組織的性能。由于硬度試驗比較方便,因此,常用熱影響區(qū)(一般在熔合區(qū))的最高硬度Hmax判斷熱影響區(qū)的性能,它可以間接預(yù)測熱影響區(qū)的韌性、脆性和抗裂性等。近年來,尾巴HAZ的Hmax作為評定焊接性的重要標(biāo)志。應(yīng)當(dāng)指出,即使同一組織,也有不同的硬度。這與鋼的含碳量、合金成分及冷卻條件有關(guān)。

02焊接熱影響區(qū)的脆化

焊接熱影響區(qū)的脆化常常是引起焊接接頭開裂和脆性破壞的主要原因。目前其脆化的形式有粗晶脆化、析出脆化、組織轉(zhuǎn)變脆化、熱應(yīng)變時效脆化、氫脆以及石墨脆化等。

① 粗晶脆化。在熱循環(huán)的作用下,焊接接頭的熔合線附近和過熱區(qū)將發(fā)生晶粒粗化。晶粒粗大嚴(yán)重影響組織的脆性。一般來講,晶粒越粗,則脆性轉(zhuǎn)變溫度越高。② 析出脆化。在時效或回火過程中,其過飽和固溶體中將析出碳化物、氮化物、金屬間化合物及其他亞穩(wěn)定的中間相等。由于這些新相的析出,使金屬或合金的強(qiáng)度、硬度和脆性提高,這種現(xiàn)象稱為析出脆化。

③ 組織脆化。焊接HAZ中由于出現(xiàn)脆硬組織而產(chǎn)生的脆化稱為組織脆化。對于常用的低碳低合金高強(qiáng)鋼,焊接HAZ的組織脆化主要是M-A組元、上貝氏體、粗大的魏氏組織等造成的。但對含碳量較高的鋼(一般≥0.2%),則組織脆化主要是由高碳馬氏體引起的。

④ HAZ的熱應(yīng)變時效脆化。在制造過程中要對焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工,如下料、剪切、冷變成型、氣割、焊接和其他熱加工等。由這些加工引起的局部應(yīng)變、塑性變形對焊接HAZ脆化有很大的影響,由此而引起的脆化稱為熱應(yīng)變時效脆化。應(yīng)變時效脆化大體上可分為靜應(yīng)變時效脆化和動應(yīng)變時效脆化兩類。通常說的“藍(lán)脆性"就屬于動應(yīng)變時效現(xiàn)象。

03焊接HAZ的韌化

焊接HAZ在組織和性能上是一個非均勻體,特別是熔合區(qū)和粗晶區(qū)易產(chǎn)生脆化,是整個焊接接頭的薄弱地帶。因此,應(yīng)采取措施提高焊接HAZ的韌性。根據(jù)研究,HAZ的韌化可采用以下兩方面的措施。

① 控制組織。對低合金鋼,應(yīng)控制含碳量,使合金元素的體系為低碳微量多種合金元素的強(qiáng)化體系。這樣,在焊接的冷卻條件下,使HAZ分布有彌散強(qiáng)化質(zhì)點,在組織上能獲得低碳馬氏體、下貝氏體和針狀鐵素體等韌性較好的組織。另外,應(yīng)盡量控制晶界偏析。

② 韌化處理。對于一些重要的結(jié)構(gòu),常采用焊后熱處理來改善接頭的性能。但是對一些大型而復(fù)雜的結(jié)構(gòu),即使要采用局部熱處理也是困難的。合理制定焊接工藝,正確地選擇焊接線能量和預(yù)熱、后熱溫度是提高焊接韌性的有效措施。

此外,還有許多能提高HAZ韌性的途徑。如細(xì)晶粒鋼采用控制工藝,進(jìn)一步細(xì)化鐵素體的晶粒,也會提高材質(zhì)的韌性。冶金精煉技術(shù)可使鋼中的雜質(zhì)(S、P、O、N等)含量極低。這些措施使得鋼材的人行道為提高,從而也提高了焊接HAZ的韌性。

04焊接HAZ的軟化

對于焊前經(jīng)冷作硬化或熱處理強(qiáng)化的金屬或合金,在焊接熱影響區(qū)一般均會產(chǎn)生不同程度的矢強(qiáng)現(xiàn)象,最典型的是經(jīng)過調(diào)制處理的高強(qiáng)鋼和具有沉淀強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化的合金,焊后在熱影響區(qū)產(chǎn)生的軟化或矢強(qiáng)。

焊接調(diào)質(zhì)鋼時,HAZ的軟化程度與母材焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。母材焊接前調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低,即強(qiáng)化程度越大,則焊后的軟化程度越嚴(yán)重。大量實驗研究表明,不同焊接方法和不同焊接線能量時,HAZ中軟化明顯的部位,是溫度處于A1-A3之間的區(qū)段。