第三章焊接接頭的組織和性能

1、焊接接頭的組織和性能焊接接頭的組織和性能1 焊接熱影響區(qū) 焊接熱影響區(qū)是焊接接頭的重要組成部分，是焊縫兩側(cè)未經(jīng)過(guò)熔化但組織和性能發(fā)生變化的區(qū)域。由于焊接熱影響區(qū)不同部位所受熱作用的不一致性，造成其內(nèi)部組織和性能的分布極不均勻，以致可能使其成為焊接接頭的最薄弱環(huán)節(jié)。因此，研究熱影響區(qū)在焊接熱循環(huán)作用下組織和性能的變化規(guī)律，對(duì)于解決焊接問(wèn)題、提高焊接質(zhì)量具有十分重要的意義。1.1 焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 1.焊接加熱過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接加熱過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)(1) 組織轉(zhuǎn)變向高溫推移 由于焊接加熱速度快，導(dǎo)致鋼鐵材料的相變溫度Ac1和Ac3升高。這就是說(shuō)，焊接過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變不同于平衡狀態(tài)的

2、組織轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過(guò)程已向高溫推移。 焊接加熱過(guò)程中組織轉(zhuǎn)變向高溫推移是由奧氏體化過(guò)程的性質(zhì)決定的。由鐵素體或珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的過(guò)程是擴(kuò)散重結(jié)晶過(guò)程，需要有孕育期。在快速加熱的條件下，來(lái)不及完成擴(kuò)散過(guò)程所需的孕育期，勢(shì)必造成相變溫度的提高。當(dāng)鋼中含有了碳化物形成元素時(shí)，由于它們的擴(kuò)散速度慢，而且本身還阻止碳的擴(kuò)散，因而明顯減慢了奧氏體化的過(guò)程，促使轉(zhuǎn)變溫度升的更高。 由于熱影響區(qū)受熱的瞬時(shí)性，即升溫速度快、高溫停留時(shí)間短及冷卻速度很快，使得擴(kuò)散有關(guān)的過(guò)程都難以進(jìn)行，進(jìn)而影響到組織莊邊的過(guò)程及其進(jìn)行的程度，由此出現(xiàn)了與等溫過(guò)程和熱處理過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變明顯不同的特點(diǎn)。(2) 奧氏體均質(zhì)化程度降低、部分

3、晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大 奧氏體均質(zhì)化過(guò)程也是擴(kuò)散過(guò)程，由于焊接加熱速度快，高溫停留時(shí)間短，不利于擴(kuò)散過(guò)程的進(jìn)行，因而使奧氏體均質(zhì)化程度降低。同時(shí)，熔合線附近的熱影響區(qū)峰值溫度很高（Tm=13001350 ），接近與焊縫金屬的熔點(diǎn)，因而造成晶粒過(guò)熱而嚴(yán)重長(zhǎng)大。2.焊接冷卻過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接冷卻過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)(1) 組織轉(zhuǎn)變向低溫推移、可形成非平衡組織 在奧氏體均質(zhì)化程度相同的情況下，隨著焊接冷卻速度的加快，鋼鐵材料的相變溫度Ac1、Ac3以及Acm均降低。也就是說(shuō)，焊接冷卻過(guò)程中組織轉(zhuǎn)變也不同于平衡狀態(tài)的組織轉(zhuǎn)變，已向低溫推移。在快冷的條件下，共析成分也發(fā)生變化，有時(shí)候甚至?xí)玫椒瞧胶鉅顟B(tài)的偽共析

4、組織。 這種組轉(zhuǎn)變特點(diǎn)也因?yàn)閵W氏體向鐵素體或珠光體的轉(zhuǎn)變是由擴(kuò)散過(guò)程控制的結(jié)果。(2) 馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷速發(fā)生變化 在焊接熱循環(huán)的作用下，熔合線附近的晶粒因過(guò)熱而粗化，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，使淬硬傾向增大；另一方面，鋼中的碳化物由于加熱速度快、高溫停留時(shí)間短而不能充分溶解在奧氏體中，降低了奧氏體的穩(wěn)定性，使淬硬傾向降低。3.熱影響區(qū)組織的確定方法熱影響區(qū)組織的確定方法 由于焊接加熱的高溫性、瞬時(shí)性以及冷卻的快速性，使焊接條件下的組織轉(zhuǎn)變不僅與等溫轉(zhuǎn)變不同，而且與熱處理?xiàng)l件下的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變也不同。因此，必須采用焊接CCT圖來(lái)分析和確定焊接熱影響區(qū)的組織和性能。 因焊接熱循環(huán)參數(shù)不同會(huì)導(dǎo)致奧氏體均

5、質(zhì)化程度以及晶粒粗化程度的不同，因而焊接CCT曲線的形成也會(huì)發(fā)生變化。一般而言，熱循環(huán)的峰值溫度提高，奧氏體晶粒粗化，晶界總面積減小，形核機(jī)會(huì)減小，奧氏體的穩(wěn)定性增強(qiáng)，因而淬硬傾向增大，CCT曲線右移，如圖右圖3-26a圖所示； 加熱速度越快，高溫停留時(shí)間越短，碳化物在奧氏體中的溶解越不充分，奧氏體的穩(wěn)定性減弱，因而淬硬傾向降低，CCT曲線左移，如圖b所示。所以我們一般在分析焊接熱影響區(qū)的組織和性能時(shí)，盡量選擇與實(shí)際相近的CCT圖分析。圖3-26熱循環(huán)參數(shù)對(duì)CCT曲線的影響a) 的影響b) 的影響 焊接CCT圖描述的是組織隨冷卻時(shí)間的變化，而冷卻時(shí)間是由焊接工藝參數(shù)（焊接熱輸入及預(yù)熱溫度等）決

6、定的。因此，在應(yīng)用焊接CCT圖時(shí)，需要通過(guò)冷卻時(shí)間這個(gè)媒介，建立起組織和焊接工藝參數(shù)的聯(lián)系，從而進(jìn)行組織預(yù)測(cè)或制定焊接工藝。具體應(yīng)用包括如下三個(gè)方面： （1）預(yù)測(cè)給定工藝條件下的接頭的組織和性能 （2）根據(jù)接頭組織和性能的要求制定相應(yīng)的焊接工 藝 （3）判斷鋼種的淬硬傾向及產(chǎn)生冷裂紋的可能性。圖3-27焊條電弧焊的t8/5線算圖 一般而言，對(duì)組織其主要作用的冷卻時(shí)間是從某一特定溫度冷卻到另一種特定溫度所經(jīng)歷的時(shí)間。對(duì)于低合金鋼來(lái)說(shuō)，這個(gè)特定的冷卻時(shí)間往往選定相變溫度范圍內(nèi)的冷卻時(shí)間，即從800 冷卻到500 所經(jīng)歷的時(shí)間t8/5。采用解析和作圖方法可確定t8/5 與焊接參數(shù)的關(guān)系。 圖3-27

7、給出了焊條電弧焊是t8/5 與工藝參數(shù)關(guān)系的線算圖， 可以確定給定的焊接工藝參數(shù)下的t8/5 ，也可以按照t8/5 的要求來(lái)確定所需的焊接工藝參數(shù)。 例如：在板厚為10mm、熱輸入18000J/cm連接直線（1）與室溫下的t8/5 線交于A點(diǎn)，再根據(jù)A點(diǎn)和To=200 連接直線（2）與預(yù)熱溫度下的t8/5 線交于B點(diǎn)，B點(diǎn)的數(shù)值就是所求的t8/5 ，即t8/5 =36s。 1.2焊接熱影響區(qū)的組織特征 焊接熱影響區(qū)上距焊縫遠(yuǎn)近不同的部位所經(jīng)歷的焊接熱循環(huán)不同，因而不同部位就會(huì)產(chǎn)生不同的組織并且具有不同的性質(zhì)，于是整個(gè)焊接熱影響區(qū)呈現(xiàn)出分布不均的組織和性能。同時(shí)，因不同的鋼材，即使所經(jīng)歷的焊接熱

8、循環(huán)相同，其熱影響區(qū)組織和性能的分布也會(huì)不同。因此為了便于分析焊接熱影響區(qū)的組織變化規(guī)律，可將鋼材按照淬硬傾向分為不易淬火和易淬火兩大類型。表3-4焊接方法對(duì)焊接熱影響區(qū)各區(qū)尺寸的影響焊接方法各區(qū)平均寬度/mm熱影響區(qū)總寬/mm過(guò)熱區(qū)完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)焊條電弧焊2230152522306085埋弧自動(dòng)焊0812081707102340電渣焊182057232530氧乙炔焊214227電子束焊0050751.不易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布不易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布 不易淬火鋼包括常用的低碳鋼和某些低合金鋼，其焊接熱影響區(qū)各區(qū)的尺寸如表3-4所示。 一般而言，由表可見(jiàn)，氣焊和電渣焊時(shí)晶粒粗

9、大、過(guò)熱區(qū)較寬，焊條電弧焊和埋弧焊是晶粒粗大并不嚴(yán)重、過(guò)熱區(qū)較窄，而激光束和電子束焊時(shí)幾乎沒(méi)有過(guò)熱區(qū)。圖3-29冷軋態(tài)不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)的組織分布及其溫度區(qū)間過(guò)熱區(qū)完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)再結(jié)晶區(qū)母材 冷軋態(tài)母材的焊接熱影響區(qū)主要過(guò)熱區(qū)、完全重結(jié)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)以及再結(jié)晶區(qū)組成，如右圖3-29所示。當(dāng)母材為熱軋態(tài)時(shí)，熱影響區(qū)中沒(méi)有再結(jié)晶區(qū)。(1) 過(guò)熱區(qū)過(guò)熱區(qū)又稱粗晶區(qū)，其緊鄰熔合區(qū)，峰值溫度范圍從晶粒急劇長(zhǎng)大的溫度一直到固相線的溫度。 對(duì)普通低碳鋼而言，過(guò)熱區(qū)溫度約為1100-1490 。由于加熱溫度很高，金屬處于過(guò)熱狀態(tài)，特別是在固相線附近，一些難溶的碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)也都溶入奧

10、氏體，因此奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大，冷卻后主要得到粗大的鐵素體和珠光體，甚至在熱輸入大或高溫停留時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，出現(xiàn)魏氏組織。因此該區(qū)的組織特征是晶粒特征是晶粒粗大的鐵素體和珠光體，甚至形成魏氏組織，如圖30-30a所示。圖3-30Q235A鋼焊接熱影響區(qū)及母材的組織特征a) 過(guò)熱區(qū)b) 完全重結(jié)晶區(qū)c) 不完全重結(jié)晶區(qū)d) 母材過(guò)熱區(qū)的組織特性： 過(guò)熱區(qū)的組織特征決定了該區(qū)的脆性大，韌性低，甚至產(chǎn)生裂紋，因而是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。但需強(qiáng)調(diào)，過(guò)熱區(qū)的組織及過(guò)熱區(qū)的大小與焊接方法和焊接熱輸入密切相關(guān)。 (2) 完全重結(jié)晶區(qū) 完全重結(jié)晶區(qū)又稱正火區(qū)或細(xì)晶區(qū)，其峰值溫度范圍從Ac3一直到晶粒急劇長(zhǎng)大的溫度。

11、 對(duì)普通低碳鋼而言，該溫度區(qū)約為9001100 。該區(qū)金屬在加熱過(guò)程中全部經(jīng)歷了有鐵素體和珠光體到奧氏體的相變重結(jié)晶，而冷卻過(guò)程又經(jīng)歷了由奧氏體到鐵素體和珠光體的相變重結(jié)晶。正是該兩次相變重結(jié)晶的作用，是晶粒得到了顯著的細(xì)化，大小均勻化。所以，這給區(qū)的組織特征是晶粒細(xì)而均勻的鐵素體和珠光體，如上圖3-30b所示。 組織特性：這種組織相當(dāng)于熱處理時(shí)的正火組織，由于其晶粒細(xì)小、均勻，因而完全重結(jié)晶區(qū)的塑性和韌性都比較好，具有良好的力學(xué)性能，甚至優(yōu)于母材本身。(3) 不完全重結(jié)晶區(qū) 不完全重結(jié)晶區(qū)又稱部分相變區(qū)或不完全正火區(qū)，其峰值溫度介于Ac1Ac3 之間。 對(duì)普通低碳鋼而言，該溫度區(qū)約為7509

12、00。該金屬只有一小部分經(jīng)歷了兩 次相變重結(jié)晶，從而形成細(xì)小的鐵素體和珠光體。另一部分始終未能發(fā)生重結(jié)晶的原始鐵素體，其晶粒較為粗大。該區(qū)為大小不一的鐵素體和細(xì)小的珠光體，如圖3-30c圖。 組織特性：該區(qū)晶粒大小不一、分布不均勻，使得該區(qū)的力學(xué)性能也不均勻，其沖擊韌性低于完全重結(jié)晶。 (4)再結(jié)晶區(qū) 焊前經(jīng)過(guò)冷作硬化的鋼板，在峰值溫度介于500Ac1之間的熱影響區(qū)中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的再結(jié)晶區(qū)，其組織特征為等軸晶粒。 再結(jié)晶與重結(jié)晶的區(qū)別： 1、 再結(jié)晶溫度低于重結(jié)晶的相變溫度。 2、重結(jié)晶時(shí) ，晶粒的晶體結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化，即從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種晶體結(jié)構(gòu)；而再結(jié)晶時(shí)，沒(méi)有晶粒內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)的變

13、化，只有晶粒外形發(fā)生變化，由冷作變形后拉長(zhǎng)的晶粒變?yōu)樵佥S晶粒。 低碳鋼再結(jié)晶區(qū)的組織為等軸鐵素體晶粒，它很明顯不同于母材冷作變形后的拉長(zhǎng)晶粒，所以再結(jié)晶區(qū)的強(qiáng)度和硬度都低于母材，但塑性和韌性都得到了改善。2.易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布易淬火鋼熱影響區(qū)的組織分布圖3-31不同類型鋼材焊接熱影響區(qū)的組織分布過(guò)熱區(qū)完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)完全淬火區(qū)不完全淬火區(qū)回火區(qū) 易淬火鋼包括低碳調(diào)制鋼、中碳鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼等，其焊接熱影響區(qū)的組成分布與母材焊前的熱處理狀態(tài)有關(guān)，如右圖3-31所示。當(dāng)母材為調(diào)質(zhì)狀態(tài)時(shí)：熱影響區(qū)由完全淬火區(qū)、不完全淬火區(qū)和回火區(qū)組成。當(dāng)母材為退火或正火狀態(tài)時(shí)，熱影響區(qū)只由完全淬火區(qū)

14、和不完全崔獲取組成。(1) 完全淬火區(qū) 完全淬火區(qū)是指焊接熱影響區(qū)中峰值溫度達(dá)到Ac3以上的區(qū)域，它包括了相當(dāng)于不易淬火鋼的過(guò)熱區(qū)和正火區(qū)兩部分。 由于該區(qū)內(nèi)所有金屬在加熱過(guò)程中都經(jīng)歷了奧氏體化，因而在焊接快冷后將形成淬火組織。其中，相當(dāng)于過(guò)熱區(qū)的部分，由于晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大以及奧氏體均質(zhì)化程度高而增大了淬火傾向，容易形成粗大的馬氏體，如圖3-32a圖。而相當(dāng)于正火區(qū)的部分，因淬火傾向降低而能形成細(xì)小的馬氏體，如圖b所示。除此之外，因熱輸入和冷卻速度的不同，還可能得到少量的貝氏體。所以，在完全淬火區(qū)的組織特征就是：粗細(xì)不同的馬氏體與少量貝氏體的混合類型。(2) 不完全淬火區(qū) 不完全淬火區(qū)是指焊接熱影

15、響區(qū)中峰值溫度處于Ac1Ac3之間的區(qū)域，它相當(dāng)于不易淬火鋼的不完全重結(jié)晶區(qū)。該區(qū)的組織特征是馬氏體、鐵素體以及中間體構(gòu)成的混合組織，如圖3-32c圖所示。 在這種混合組織中，因馬氏體是由含碳量較高的奧氏體轉(zhuǎn)變而來(lái)的，所以它屬于高碳馬氏體，脆而硬。因此，不完全淬火區(qū)的脆性也較大，韌性也較低，僅此于完全淬火區(qū)的過(guò)熱區(qū)。 (3) 回火區(qū) 焊前處于調(diào)質(zhì)狀態(tài)的母材，熱影響區(qū)中除了具有以上兩個(gè)特征區(qū)外，還明顯存在一個(gè)回火區(qū)，其峰值溫度低于Ac1但高于原來(lái)調(diào)質(zhì)處理的回火溫度。1.3焊接熱影響區(qū)的性能1.焊接熱影響區(qū)的性能分布(1) 硬度的分布焊接熱影響區(qū)的硬度實(shí)質(zhì)是焊接影響區(qū)微觀組織的反映，是評(píng)價(jià)鋼種淬硬

16、傾向的重要指標(biāo)。表3-5低合金鋼焊接熱影響區(qū)中過(guò)熱區(qū)微觀組織對(duì)硬度的影響微觀組織的體積分?jǐn)?shù)(%)硬度HV鐵素體珠光體貝氏體馬氏體107830212107029298001981384000100393 在焊接熱循環(huán)的作用下，焊接熱影響去去的組織分布不均勻的，因而它的性能分布也必然不均勻。尤其是熱影響區(qū)的某些部位，因組織和性能的差異變化，成為整個(gè)焊接接頭的最薄弱部位。在焊接過(guò)程中我們的初衷都是熱影響區(qū)越小越好，例如激光焊接的，熱量集中，熱影響區(qū)小。（1）最高硬度圖3-33不同鋼種焊接熱影響區(qū)的硬度分布a) 不易淬火的20Mn鋼b) 易淬火的調(diào)質(zhì)鋼 圖3-33所出了易淬火和不易淬火兩類鋼種焊接熱影

17、響區(qū)的硬度分布情況。從右圖可以看出，無(wú)論是易淬火鋼和不易淬火鋼，其焊接熱影響區(qū)的硬度分布都是不均勻的，而且在熔合線附近的過(guò)熱區(qū)中出現(xiàn)了比母材 還 高 的 最 高 硬 度Hmax，這正是過(guò)熱區(qū)發(fā)生淬硬及晶粒嚴(yán)重粗化造成的結(jié)果。 2) 最低硬度。表3-6不同強(qiáng)度級(jí)別的鋼種所允許的最高硬度日本鋼種相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)鋼種強(qiáng)度/MPa最高硬度HV調(diào)質(zhì)非調(diào)質(zhì)正火HW36Q345(16Mn)353520637390HW40Q390(15MnV)392559676400HW45Q420(15MnVN)441588706410380HW5014MnMoV490608725420390HW5618MnMoNb549668

18、804420HW6312Ni3CrMoV617706843435HW7014MnMoNbB686784931450HW8014Ni2CrMoMnVCuB7848621030470HW9014Ni2CrMoMnVCuN8829611127480(2) 力學(xué)性能的分布 焊接熱影響區(qū)最基本的力學(xué)性能就是強(qiáng)度和塑性，由于熱影響區(qū)上微觀組織的分布是不均勻的，因而強(qiáng)度和塑性的分布也是不均勻的，甚至在某些部位出現(xiàn)遠(yuǎn)低于被焊母材的情況，從而使焊接熱影響區(qū)成為整個(gè)接頭的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。 （a）不易淬火鋼熱影響區(qū)的力學(xué)性能。 可以看出，HAZ的力學(xué)性能不但分布不均勻，而且強(qiáng)度和塑性的變化方向相反。提高綜合力學(xué)性能的

19、方法：采用能量集中熱源，降低熱輸入，采取適當(dāng)預(yù)熱措施，從而減小HAZ的寬度及晶粒粗化程度，降低冷卻速度的影響。圖3-34Q345(16Mn)鋼焊接熱影響區(qū)的力學(xué)性能a) 各區(qū)力學(xué)性能的分布b) 冷卻速度對(duì)過(guò)熱區(qū)性能的影響（b）易淬火鋼熱影響區(qū)的力學(xué)性能。圖3-3530CrMnSiA鋼焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度分布 如圖3-35所示：焊接熱影響區(qū)中抗拉強(qiáng)度的變化范圍大，特別是在峰值溫度接近與Ac1的回火內(nèi)，達(dá)到了最低的數(shù)值，亦即發(fā)生了明顯了軟化現(xiàn)象。 母材化學(xué)成分、焊接方法及焊接工藝參數(shù)對(duì)易淬火鋼HAZ的軟化程度及軟化寬度均有影響。焊接熱源能量密度越小，焊接熱輸入越大，軟化區(qū)的寬度越大，軟化程度也就越大

20、。因此，一般我們可以通過(guò)采用能量密度高的焊接方法和盡量降低焊接熱輸入的方法來(lái)降低焊接HAZ軟化程度。2.焊接熱影響區(qū)的脆化圖3-36碳錳鋼焊接熱影響區(qū)的韌性分布過(guò)熱區(qū)完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)藍(lán)脆區(qū) 焊接熱影響區(qū)的脆化是指脆性升高或韌性降低的現(xiàn)象。脆性和韌性是衡量材料在沖擊載荷作用下抵抗破斷的能力，是材料強(qiáng)度和塑性的綜合體現(xiàn)。材料的脆性越高，意味著其韌性越低，抵抗沖擊破斷的能力越差。 圖3-36所給出了碳錳鋼焊接熱影響區(qū)的韌性分布，可明顯看出，完全重結(jié)晶區(qū)的韌性高于母材，而過(guò)熱區(qū)和藍(lán)脆區(qū)的韌性均低于母材。 (1) 粗晶脆化粗晶脆化是指焊接熱影響區(qū)因晶粒粗大而發(fā)生韌性降低的現(xiàn)象。(2) 組織脆化

21、組織脆化是指焊接熱影響區(qū)因形成脆硬組織而引起韌性降低的現(xiàn)象，具體包括： a. 片狀馬氏體脆化。 b. M-A組元脆化。 (3) 時(shí)效脆化 時(shí)效脆化是指焊接熱影響區(qū)在Ac1以下的一定溫度范圍內(nèi)經(jīng)一定時(shí)間的時(shí)效后，因出現(xiàn)碳、氮原子的聚集或析出碳、氮的化合物沉淀相而發(fā)生的脆化現(xiàn)象，其具體包括： a.熱應(yīng)變時(shí)效脆化。 b.相析出時(shí)效脆化。表3-7低合金鋼中常見(jiàn)的沉淀相類型尺寸/nm析出部位析出難易TiN10相內(nèi)難NbC、TiC、BC100晶界及亞結(jié)構(gòu)易NbC、TiC100形變誘發(fā)晶界易NbC、TiC、V(CN)10/相界易NbC、TiC、V(CN)10相內(nèi)難 對(duì)于低微合金化的低碳鋼來(lái)講，可能出現(xiàn)的碳化

22、物和氮化物沉淀相及其析出難易程度如表3-7所示。一般而言，熱影響區(qū)中的C和N的過(guò)飽和程度越大，析出相時(shí)效脆化越明顯。但應(yīng)指出，當(dāng)沉淀相一彌散而細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)分布于晶內(nèi)時(shí)，它們并不增加脆性，反而對(duì)韌性有利；只有當(dāng)沉淀相分布于晶界并發(fā)生聚集或以膜狀分布時(shí)，才會(huì)成脆化的源頭。2 熔合區(qū) 熔合區(qū)是介于焊縫與熱影響區(qū)之間的相當(dāng)窄小的過(guò)渡區(qū)，是由部分熔化的母材和部分未熔化的母材所組成的區(qū)域。其化學(xué)成分、微觀組織和力學(xué)性能極不均勻，常常是熱裂紋、冷裂紋及脆性相的發(fā)源地，從而成為焊接接頭的最薄弱環(huán)節(jié)。2.1熔合區(qū)的邊界1.熔合區(qū)的理論邊界：就是與液相線溫度和固相線溫度相對(duì)應(yīng)的兩條位置線。 與液相線溫度相對(duì)應(yīng)的位置

23、線稱為理論熔化線（TML）；與固相線溫度相對(duì)應(yīng)的位置線稱為理論不熔化線（TNL).2.熔合區(qū)的實(shí)際邊界：實(shí)際熔化線（PML);另外一條稱為熔合區(qū) 的實(shí)際邊界線。圖3-39熔合區(qū)的邊界示意圖a) 理論邊界b) 實(shí)際邊界1焊縫2熔合區(qū)3熱影響區(qū)TML理論熔化線TNL理論不熔化線PML實(shí)際熔化線PNL實(shí)際不熔化線熔合區(qū)的邊界熔合區(qū)的邊界是指焊接接頭橫截面上熔合區(qū)與焊縫和熱影響區(qū)的分界。2.2熔合區(qū)形成機(jī)理圖3-40用于說(shuō)明液相形成機(jī)理的共晶合金相圖熔合區(qū) 的形成過(guò)程包括：焊接加熱條件下固、液兩相的形成過(guò)程及他們?cè)诤附永鋮s條件下的轉(zhuǎn)變過(guò)程。實(shí)際上熔合區(qū)中液相的形成往往伴隨低熔共晶轉(zhuǎn)變的發(fā)生，圖3-40

24、為某共晶型合金液相形成機(jī)理圖。 1.液相的形成方式(1) +AxBy共晶的直接熔化對(duì)于成分為C1的合金來(lái)講，在其原始的相晶界處可能含有+AxBy離異共晶；而成分為C2的合金，其主要組成物為相和+AxBy共晶。(2) 與AxBy發(fā)生共晶反應(yīng)而熔化無(wú)論是成分為C1的合金，還是成分為C2的合金，其內(nèi)一般都含有大量的相和一定量的AxBy中間相。(3) 相的直接熔化對(duì)于成分為C1的合金來(lái)講，當(dāng)焊前處于固溶加淬火的狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)既沒(méi)有AxBy中間相，也沒(méi)有+AxBy共晶。 (4) 偏析引起的直接熔化在一些合金材料中，由于雜質(zhì)的存在以及選擇結(jié)晶的結(jié)果，導(dǎo)致化學(xué)成分在宏觀和微觀上的不均勻分布。 2.熔合區(qū)的組織

25、轉(zhuǎn)變 (1) 成分略高于相最大溶解度的合金 對(duì)于成分略高于相最大溶解度的合金(如成分為C2的合金)來(lái)講，其焊前的組織組成物包括相、+AxBy共晶以及少量的AxBy中間相，焊接加熱時(shí)在熔合區(qū)的不同部位既會(huì)出現(xiàn)+AxBy共晶的直接熔化，也會(huì)出現(xiàn)與AxBy進(jìn)行共晶反應(yīng)而發(fā)生的熔化，同時(shí)伴隨相在液相中的溶解，冷卻后在不同部位得到新的相和+AxBy共晶，如圖3-41所示。 (2) 成分略低于相最大溶解度的合金 對(duì)于成分略低于相最大溶解度的合金(如成分為C1的合金)來(lái)講，其熔合區(qū)中液相的形成方式以及焊后的組織與母材焊前所處的狀態(tài)有關(guān)。圖3-42淬火加時(shí)效的Al-4.5Cu鋁合金熔合區(qū)的微觀組織a) 低倍放大b) 高倍放大2.3熔合區(qū)特征 1.幾何尺寸小 熔合區(qū)的幾何尺寸與被焊材料的液、固相線溫度范圍、熱物理性質(zhì)及焊接熱源的類型有關(guān)，如下式所示： D=(TL-TS)/G 式中：D熔合區(qū)的寬度； TL母材的液相線溫度； TS母材的固相線溫度； G熔合區(qū)的溫度梯度。 由上式可以看出：從母材液、固相線的溫度范圍來(lái)考慮，該范圍越小，熔化區(qū)的寬度越?。粡臏囟忍荻葋?lái)考慮，母材導(dǎo)熱性越差，焊接熱源的能量密度越高，溫度梯度就越大，因而熔合區(qū)的寬度就越小。 2.成分不均勻 熔合區(qū)化學(xué)成分的不均勻與焊接熔池的結(jié)晶過(guò)程有關(guān)，根據(jù)結(jié)晶過(guò)程的固-液界面理論可知，固-液界面處溶質(zhì)（即合金元素或