焊接接头的力学性能优化探讨

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：由于焊接接头的不均匀性及其力学行为，使焊缝金属和热影响区存在着不同的力学性能。由此看来，多层焊的焊缝金属力学性能比单层焊好。热影响区内热应变脆化在200～400℃内，焊接接头热影响区由于塑性变化而引起其力学性能发生下降的现象，称为热应变脆化。

由于焊接接头的不均匀性及其力学行为，使焊缝金属和热影响区存在着不同的力学性能。

1.焊缝金属的力学性能

焊缝金属是由焊接材料与部分母材，经过熔化和冷凝形成的铸造组织，它是从母材开始，垂直于等温线方向结晶长大的，单层焊焊缝是典型的柱状晶。多层焊时，先焊的焊道柱状晶在后焊的焊道热循环作用下，转化为较细的晶粒，如图12-2所示。由此看来，多层焊的焊缝金属力学性能比单层焊好。应该指出的是，焊缝金属的力学性能除了与焊道的多与少有关外，还与所采用的焊接方法、焊接热输入等参数有关。当采用小的热输入进行单层焊缝焊接时，由于冷却速度大，焊缝金属的强度与硬度均升高。

图12-2 多层焊与单层焊的接头组织

a）单层焊的柱状晶组织 b）多层焊第二层对第一层结晶组织的细化

2.热影响区的力学性能

对于电弧焊来说，其热影响区的宽度是不大的，但是，焊接热源的温度梯度很大，所以，焊缝各点的热循环也是不同的，从而引起热影响区内力学性能的不均匀。(https://www.chuimin.cn)

（1）热影响区内强度和塑性的变化焊缝受冷却速度的影响，在1200℃左右的粗晶区，其硬度与强度都比母材高，但是，塑性却比母材低。当然，塑性的降低，还与钢材的含碳量、热循环时产生马氏体组织多少有关。热影响区内强度和塑性分布示意图如图12-3所示。

图12-3 热影响区内强度和塑性分布示意图

图12-4 热影响区内韧性的分布示意图

（2）热影响区内的韧性变化热影响区内的韧性是不均匀的，在热影响区内出现两个低值：一个是在1200℃以上的粗晶区到熔合线部分；另一个是在焊缝附近的脆化区。脆化区的位置及范围，主要与母材的组织成分和焊接热输入的大小有关。通常，焊接热输入越大，在高温停留的时间越长，则越容易出现因晶粒粗大而使韧性降低。韧性最低的位置是在焊缝的熔合线上。热影响区内韧性分布示意图如图12-4所示。

（3）热影响区内热应变脆化在200～400℃内，焊接接头热影响区由于塑性变化而引起其力学性能发生下降的现象，称为热应变脆化。这种现象与钢中的碳、氮等溶质原子的活动状态有关，特别是含有自由氮原子较多的低碳钢最容易发生热塑变脆化现象。

焊接接头的力学性能优化探讨

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