焊接热影响区性能评价方法及效果

2.1.3.1 焊接热影响区的硬化

目前常用热影响区（熔合区附近）的最高硬度H_max来间接判断热影响区的性能，例如强度、韧性、脆性和抗裂性等。对于一般低合金钢的HAZ，不同比例混合组织的宏观维氏硬度和相应金属组织的显微硬度见表2.1-5。除了焊接热影响区的最高硬度H_max，碳当量也是评价焊接热影响区硬化的重要指标之一。

表2.1-5 不同混合组织及金相组织的硬度

图2.1-8 埋弧焊在二维传热条件下的t_8/5线算图

一般低合金钢焊接HAZ的最高硬度H_max与碳当量之间存在重要的影响关系，图2.1-9所示为热影响区最高硬度H_max与碳当量CE的关系；图2.1-10所示为热影响区最高硬度H_max与碳当量CE_IIW和冷却速度的关系；图2.1-11所示为冷却时间t_8/5对热影响区最高硬度的影响。

图2.1-9 热影响区H_max与CE的关系

注：

图2.1-10 热影响区H_max与CE_IIW和冷却速度的关系

图2.1-11 冷却时间t_8/5对热影响区最高硬度的影响

（钢材成分：w（C）0.12%，w（Mn）1.40%，

w（Si）0.48%，w（Cu）0.15%，板厚δ=20mm）

●—电弧焊 ○—埋弧焊 △—CO₂气保焊(www.xing528.com)

+—T_m=1400℃时的平均硬度区 ×—T_m=1300℃时的平均硬度

采用H_max作为一个因子来评价焊接热影响区的性能十分重要，目前多数是在大量试验基础上建立最高硬度计算公式。

1.国产钢硬度计算公式

一般低合金钢焊接时常采用下面公式。

当t_8/5<τM100时，H_max=292+812w（C）

当t_8/5>τM100时，H_max=52+147P_cm-81lgt_8/5

式中 τ_M100——HAZ组织全部为马氏体时的t_8/5；

P_cm——按日本伊藤公式计算的碳当量（%）。

2.铃木公式

根据日本的低合金高强度钢，研究不同冷却时间t_8/5对热影响区最高硬度H_max的影响。

2.1.3.2 焊接热影响区的脆化

焊接热影响区的脆化包括粗晶脆化、析出脆化、组织脆化、热应变时效脆化、氢脆化及石墨脆化等。

粗晶脆化主要在HAZ靠近熔合线附近和过热区产生，组织脆化是焊接HAZ出现脆硬组织造成的，对于一般碳含量低的钢，由于HAZ主要出现低碳马氏体和下贝氏体，对含碳较高的钢（≥0.2%）焊接时可能出现孪晶马氏体，促使脆性增大。此外对于某些低合金高强度钢，HAZ的脆化组织主要是出现M-A组元、上贝氏体、粗大魏氏组织以及组织遗传等造成的。热应变时效脆化多发生在低碳钢和低合金钢的Ar₁以下的亚热影响区。

2.1.3.3 焊接热影响区的软化

焊接HAZ发生软化现象主要存在于调质钢及热处理强化合金的焊接中。焊接调质钢时，HAZ软化程度与焊前的热处理状态有关，母材焊前调质处理的回火温度越低，则焊后的软化程度越严重。通常，软化或失强最大的部位是在峰值温度Ac₁附近，图2.1-12所示为30CrMnSi钢焊接HAZ强度分布。