热影响区

对单次焊接热循环，根据距离熔合线距离的不同可以将HAZ划分为粗晶奥氏体区（CGHAZ）、细晶奥氏体区（GRHAZ）、中间临界区（ICHAZ）和亚临界区（SCHAZ）。如图1所示，其中粗晶奥氏体区和中间临界区应值得关注。对于多道焊接，中间临界粗晶区(ICGHAZ)和亚临界粗晶区(SCCGHAZ)也应该值得关注。

在实际焊接接头中，焊接热影响区HAZ只是一个较小范围的局部区域，一般宽度只有几个毫米。又由于HAZ的显微组织存在梯度性，可分为组织特征极不相同的许多很小的区域，使得经历某一特定热循环的每个区域更小，这样造成准确地测定每个小区域的性能几乎是不可能的，只能是HAZ整体性能的反应。研究焊接热影响区组织与性能的主要方法有两种:

（1）直接法:即直接对焊接接头进行金相腐蚀，按照标准对焊接接头划线，直接进行力学性能试验和组织分析。

（2）热模拟法:即用计算机模拟和控制焊接热过程，对试样进行和实际焊接时相同的或相近的热循环，从而在一个相当大的区域(大约3~7mm)获得与实际粗晶区相同的或近似的组织状态，因而可以制备足够尺寸的试样，对其进行性能和组织的测试。

亚共析钢和过共析钢加热到A3和Acm以上获得单相奥氏体。通常把加热时的实际临界温度标以字母“c”，如Ac1、Ac3、Accm；把冷却时的实际临界温度标以字母“r”，如Ar1、Ar3、Arcm等。其物理意义分别为：Ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的温度；Ar1：冷却时奥氏体向珠光体转变的温度；Ac3：加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度；Ar3：冷却时奥氏体向铁素体转变的开始温度；Accm：加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度。

热影响区完全淬火区

在靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热区），由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位得到细小的马氏体。根据冷却速度和线能量的不同，还可能出现贝氏体，从而形成了与马氏体共存的混合组织。这个区在组织特征上都是属同一类型（马氏体），只是粗细不同，因此统称为完全淬火区。

热影响区不完全淬火区

母材被加热到AC1～ AC3温度之间的热影响区，在快速加热条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体。在随后快冷时，奥氏体转变为马氏体。原铁素体保持不变，并有不同程度的长大，最后形成马氏体-铁素体的组织，故称不完全淬火区。如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，也可能出现索氏体和体素体。

如果母材在焊前是调质状态，那么焊接热影响区的组织，除在上述的完全淬火和不完全淬火区之外，还可能发生不同程度的回火处理，称为回火区（低于AC1 以下的区域）。

总括以上，金属在焊接热循环的作用下，热影响区的组织分布是不均匀的。熔合区和过热区出现了严重的晶粒粗化，是整个焊接接头的薄弱地带。对于含碳高、合金元素较多、淬硬倾向较大的钢种，还出现淬火组织马氏体，降低塑性和韧性，因而易于产生裂纹。

在焊接快速加热和连续冷却的条件下，相转变属于非平衡转变，焊接热影响区常见的组织有铁素体、珠光体、魏氏组织、上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、低碳马氏体、高碳马氏体及 M-A 组元等。

在一定条件下，热影响区出现哪几种组织主要与母材的化学成分和焊接工艺条件有关，母材的化学成分是决定热影响区组织的主要因素。

管线钢焊接HAZ是一个连续变化的梯度组织区域，这一组织分布特征必然影响到它的性能分布的变化。

图2为一种X80管线钢手工电弧焊焊接接头的硬度分布曲线，显而易见，近邻焊缝的粗晶区具有较高的硬度值。低碳钢焊接HAZ的强、塑性分布曲线也如图2。与其它区域相比，粗晶区具有较高的强度水平，而塑性指标

焊接热影响区的组织分布是不均匀的，因而在性能上也不均匀。焊接热影响区与焊缝不同，焊缝可以通过化学成分的调整再配合适当的焊接工艺来保证性能的要求。而热影响区性能不可能进行成分上的调整，它是在焊接热循环作用下才产生的不均匀性问题。对于一般焊接结构来讲，主要考虑热影响区的硬化、脆化、韧化、软化，以及综合的力学性能、耐蚀性能和疲劳性能等，这要根据焊接结构的具体使用要求来决定。

焊接热影响区硬化

焊接热影响区的硬度主要取决于被焊钢种的化学成分和冷却条件，其实质是反映不同金相组织的性能。由于硬度试验比较方便，因此，常用热影响区的最高硬度H_MAX来判断热影响区的性能，它可以间接预测热影响区的韧性、脆性和抗裂性等。工程中已把热影响区的H_MAX作为评定焊接性的重要指标。应当指出，即使同一组织也有不同的硬度，这与钢的含碳量以及合金成分有关。例如高碳马氏体的硬度可达600HV，而低碳马氏体只有350～390HV。

焊接热影响区脆化

焊接热影响区的脆化常常是引起焊接接头开裂和脆性破坏的主要原因。脆性和韧性是衡量材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力，是材料强度和塑性的综合体现。材料的脆性越高，意味着材料的韧性越低，抵抗冲击载荷的能力越差。由于热影响区上微观组织分布是不均匀的，甚至在某些部位出现其强度远低于母材的情况，亦即发生了严重的脆化，因而使焊接热影响区成为整个接头的一个薄弱部位。因此，研究焊接热影响区的脆化问题，了解和认识脆化现象主要涉及粗晶脆化、组织脆化以及热应变时效脆化等脆化机制，从而提高其韧性以改善整个接头的力学性能。

焊接热影响区韧化

焊接热影响区特别是熔合区和粗晶区是整个焊接接头的薄弱地带，因此，应采取措施提高焊接热影响区的韧性。但焊接热影响区的韧性不可能像焊缝那样利用添加微量合金元素的方法加以调整和改善，它是材质本身所固有的，故只能通过提高材质本身的韧性和某些工艺措施在一定范围内加以改善。根据研究，焊接热影响区的韧化可采用以下两方面的措施。

（1）控制组织。对低合金钢，应控制含碳量，使合金元素的体系为低碳微量多种合金元素的强化体系。这样，在焊接的冷却条件下，使焊接热影响区分布弥散强化质点，在组织上能获得低碳马氏体、下贝氏体和针状铁素体等韧性较好的组织。另外，应尽量控制晶界偏析。

（2）韧化处理。提高焊接热影响区韧性的工艺途径有很多，对于一些重要的结构，常采用焊后热处理来改善接头的性能。但是对一些大型而复杂的结构，即使采用局部热处理也是困难的。

合理制定焊接工艺，正确选择焊接线能量和预热、后热温度是提高焊接热影响区韧性的有效措施。

此外，还有许多能提高焊接热影响区韧性的途径，如近年来发展起来的细晶粒钢（利用微量元素弥散强化、固熔强化、控制析出相的尺寸及形态等），采用控轧工艺，进一步细化铁素体的晶粒，也会提高材质的韧性。

焊接热影响区软化

冷作强化或热处理强化的金属或合金，在焊接热影响区一般均会产生不同程度的失强现象，最典型的是经过调质处理的高强钢和具有沉淀强化及弥散强化的合金，焊后在热影响区产生的软化或失强。冷作强化金属或合金的软化，则是由再结晶引起的。热影响区软化或失强对焊接接头力学性能的影响相对较小，但却不易控制。

（1）调质钢焊接时焊接热影响区的软化。焊接调质钢时，焊接热影响区的软化程度与母材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（即强化程度越大），则焊后的软化程度越严重。应指出，在焊接接头中，软化区只是很窄的一层，并处在强体之间（即硬夹软），它的塑性变形受到相邻强体的拘束，受力时将会产生应变强化的效应。

（2）热处理强化合金焊接热影响区的软化。强化合金（如镍合金、铝合金和钛合金等）在焊接热影响区会出现强度下降的现象，即“过时效软化”。2100433B