焊接热影响区的性能

焊接热影响区（HAZ）与焊缝不同，焊缝可以通过化学成分的调整、再分配及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通过化学成分来调整，它是在热循环作用下才产生的组织分布不均匀性问题。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、抗腐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。

01 焊接热影响区的硬化

焊接热影响区的硬度主要决定于被焊钢种的化学成分和冷却条件，其实质是反应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（一般在熔合区）的最高硬度Hmax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。近年来，尾巴HAZ的Hmax作为评定焊接性的重要标志。应当指出，即使同一组织，也有不同的硬度。这与钢的含碳量、合金成分及冷却条件有关。

02 焊接热影响区的脆化

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。目前其脆化的形式有粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化、热应变时效脆化、氢脆以及石墨脆化等。

① 粗晶脆化。在热循环的作用下，焊接接头的熔合线附近和过热区将发生晶粒粗化。晶粒粗大严重影响组织的脆性。一般来讲，晶粒越粗，则脆性转变温度越高。

② 析出脆化。在时效或回火过程中，其过饱和固溶体中将析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其他亚稳定的中间相等。由于这些新相的析出，使金属或合金的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。

③ 组织脆化。焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化称为组织脆化。对于常用的低碳低合金高强钢，焊接HAZ的组织脆化主要是M-A组元、上贝氏体、粗大的魏氏组织等造成的。但对含碳量较高的钢（一般≥0.2%），则组织脆化主要是由高碳马氏体引起的。

④ HAZ的热应变时效脆化。在制造过程中要对焊接结构进行加工，如下料、剪切、冷变成型、气割、焊接和其他热加工等。由这些加工引起的局部应变、塑性变形对焊接HAZ脆化有很大的影响，由此而引起的脆化称为热应变时效脆化。应变时效脆化大体上可分为静应变时效脆化和动应变时效脆化两类。通常说的“蓝脆性”就属于动应变时效现象。

03 焊接HAZ的韧化

焊接HAZ在组织和性能上是一个非均匀体，特别是熔合区和粗晶区易产生脆化，是整个焊接接头的薄弱地带。因此，应采取措施提高焊接HAZ的韧性。根据研究，HAZ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HAZ分布有弥散强化质点，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。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，即使要采用局部热处理也是困难的。合理制定焊接工艺，正确地选择焊接线能量和预热、后热温度是提高焊接韧性的有效措施。

此外，还有许多能提高HAZ韧性的途径。如细晶粒钢采用控制工艺，进一步细化铁素体的晶粒，也会提高材质的韧性。冶金精炼技术可使钢中的杂质（S、P、O、N等）含量极低。这些措施使得钢材的人行道为提高，从而也提高了焊接HAZ的韧性。

04 焊接HAZ的软化

对于焊前经冷作硬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矢强现象，最典型的是经过调制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矢强。

焊接调质钢时，HAZ的软化程度与母材焊前热处理状态有关。母材焊接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。大量实验研究表明，不同焊接方法和不同焊接线能量时，HAZ中软化最明显的部位，是温度处于A1-A3之间的区段。

   

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