焊接连续冷却转变图及其应用技巧详解

焊接条件下的连续冷却转变图是采用焊接热模拟技术测定的，因此称为模拟焊接热影响区连续冷却转变图（SH-CCT图），利用该图可以方便地预测焊接热影响区的组织和性能。影响焊接条件下连续冷却转变图的因素主要有钢材的化学成分、最高温度、晶粒度、加热和冷却速度以及应力应变等。不同的钢材具有不同的化学成分，焊接热影响区不同部位的最高温度、晶粒度、加热速度、冷却速度、高温停留时间等存在差异，而这些因素对组织转变有重要影响。因此，不同的钢材、热影响区的不同部位，其连续冷却转变图也有很大差异。由于热影响区的熔合区是焊接接头的最薄弱部位，因此研究焊接热影响区连续冷却转变图时主要针对靠近熔合区的区域。

图6-21为Q345（16Mn）钢的连续冷却转变图及冷却时间与组织、硬度的关系和不同冷却条件下的典型金相组织。由图6-21可见，只要知道在焊接条件下熔合区附近（T_m＝1300～1350℃）的冷却时间t₈／5，就可以在此图上查出相应的组织和硬度。这样就可预测这种焊接条件下的接头组织性能，也可预测此钢种的淬硬倾向及产生冷裂纹的可能性。同时也可以作为调节焊接参数和改进工艺（预热、后热及焊后热处理等）的依据。不同焊接条件下的t₈／5可以通过计算或实测的方法获得。因此，建立焊接条件下的连续冷却转变图和t₈／5与组织硬度的分布图对于焊接性分析和提高焊接接头的质量具有十分重要的意义。

图6-22a是40CrNi2Mo中碳调质钢模拟焊接热影响区粗晶区的连续冷却转变图。图6-22b和图6-22c分别为不同t₈／5的组织图和硬度变化图。可见，该钢马氏体的起始转变温度为300℃，当t₈／5小于140s时，热影响区粗晶区的组织全部为马氏体，马氏体的最大硬度高达800HV，这样高硬度的马氏体组织必然导致较低的韧性。

图6-21 Q345钢（16Mn：0.16C-0.36Si-1.53Mn-0.015S-0.014P）的连续冷却转变（SH-CCT）图及显微组织

a）Q345钢的SH-CCT图 b）t₈／5与组织的关系 c）t₈／5与硬度的关系

图6-21 Q345钢（16Mn：0.16C-0.36Si-1.53Mn-0.015S-0.014P）的连续冷却转变（SH-CCT）图及显微组织（续）

d）不同冷却条件的典型显微组织(www.xing528.com)

图6-22 40CrNi2Mo中碳调质钢的连续冷却转变（SH-CCT）图及不同t₈／5的组织和硬度图

a）40CrNi2Mo的连续冷却转变SH-CCT图

图6-22 40CrNi2Mo中碳调质钢的连续冷却转变（SH-CCT）图及不同t₈／5的组织和硬度图（续）

b）不同t₈／5的组织图 c）不同t₈／5的硬度图

为了减少热影响区的脆化，从减小淬硬脆化倾向出发，应采用大热输入的焊接工艺，但由于这种钢的淬硬倾向大，仅通过增大热输入还难以避免马氏体的形成，相反却增大了奥氏体的过热，促使形成粗大的马氏体，使热影响区中过热区的脆化更加严重。因此，防止热影响区脆化的工艺措施主要是采用小的热输入，同时采取预热、缓冷和后热等措施。因为，采用小的热输入减少了高温停留时间，避免了奥氏体的过热，同时采取预热和缓冷等措施来降低冷却速度，这样对改善热影响区的性能是有利的。

在焊接生产中，热影响区出现的许多问题，如淬硬、冷裂纹、局部脆化等，几乎都与焊接热影响区的组织转变有关。因此，焊接热影响区连续冷却转变图在焊接生产和焊接研究中有着广泛的用途。它是分析焊接热影响区组织性能进而评价钢材焊接性的重要工具，也是合理制订焊接工艺的重要依据。目前许多国家在新钢种大量投产前，就建立该钢焊接热影响区的连续冷却转变图（SH-CCT）。焊接热影响区连续冷却转变图主要应用于三个方面：预先推断焊接热影响区的组织性能、评价热影响区的冷裂倾向、合理地制订焊接工艺。