两块钢板的端部并在一起焊接时,连接件的强度直接受到焊缝强度的影响。而焊缝在焊接时,受到熔化金属包括母材金属的受热熔化在内,以及焊缝的材质和微观组织的变化等多种因素影响。焊接的热影响,最终形成对连接件焊缝区域力学性能的影响,包括抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率等,甚至冲击强度等都会不同程度地受到热影响。其中,在焊接充入焊缝的金属和钢板母材的结合部位受到的热影响最大,其冲击强度显著地降低,这就是焊接时焊缝热影响区出现的脆化现象。在焊条金属和钢板母材之间,形成一个高温下的结晶区,结晶从焊缝中心向外侧延伸长大,形成一个粗晶粒区域,再往外侧延伸形成细晶粒区域。在细晶粒区,熔化的焊条金属和钢板母材混在一起,进而与原有材料的细晶粒区相邻接,邻接之处正是脆化之处,冲击强度显著降低。上述焊缝的脆化区域范围,称为焊接热影响区。
对于钢板焊接来说,主要的问题是粗晶粒区与脆化区所带来的冲击强度大幅度降低。尤其是脆化区的强度减弱。以软钢为例,强度可以减少到原材质的50%以下。许多焊接连接件的破坏事故多出现在焊缝的热影响脆化区,开始也许是某个方向的外力集中形成微细的脆裂,进而在微细脆裂处产生应力集中,裂纹迅速扩大,最后造成断裂事故。
另外,经过调质热处理的高抗拉强度连接件,在焊缝的粗晶粒区与细晶粒区过渡部位,冲击强度也有所降低,特别是在粗晶粒区,主要成分是焊条金属,焊接电弧在高温下冷却形成粗晶粒,其冲击强度显著下降,因此最初的脆化区微裂纹形成,在承受反复的冲击载荷时极易产生,必须对粗晶粒区域的破坏予以关注。
与热影响对冲击强度的负面效应相反,热影响一般对焊缝的抗拉强度的增加有利,焊缝的抗拉强度一般比钢板原材料的抗拉强度大,因此对于承受静载荷的焊接件来说,焊缝的金属和热影响区出现直接拉断的例子极少。
焊接时焊缝金属的熔化温度高达1400℃,因此,加工时焊缝周围的区域几乎相当于直接受到高温热处理的环境影响,在空气中迅速冷却,相当于正火处理,产生应力集中与脆化就在所难免了。(www.xing528.com)
图3.35.1所示为焊接熔化部、热影响部和冲击韧性值的分布图。
图3.35.1 焊接熔化部、热影响部和冲击韧性值
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