焊接工艺问答之熔焊原理（六）

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　　此外，有些具有同素异构转变的纯金属，如Ti和Co等、单相合金如α-Ti，在快速冷却条件下会产生马氏体转变，如纯Ti和α-Ti合金，快速冷却时在焊接热影响区都能发现β→α′转变，α′称为钛马氏体。

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　　25 试述不易淬火钢的焊接热影响区特点。

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　　不易淬火钢，如低碳钢和合金元素较少的低合金高强钢(16Mn、15MnTi、15MnV钢)，在固态下合金中除了有同素异构转变外，还有成分变化和第二相析出，即共析转变和Fe3C的析出，其焊接热影响区可分为过热区、重结晶区、不完全重结晶区和再结晶区等四个区段。

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　　⑴过热区(又称粗晶区) 该区紧邻焊缝，温度范围是从晶粒急剧长大的温度开始，一直到固相线的温度区间为止，对低碳钢为1100～1490℃。该区母材中的铁素体和珠光体全部变为奥氏体，奥氏体晶粒长得非常粗大，冷却后使金属的冲击韧度大大降低，一般比基本金属低25%～30%，是热影响区中的薄弱环节。

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　　⑵重结晶区(又称正火区域或细晶区) 指过热区以下，加热温度在A3以上的区域，对低碳钢为900～1100℃。空冷后得到均匀而细小的铁素体和珠光体，相当于热处理中的正火组织。重结晶区由于晶粒细小均匀，因此既具有较高的强度，又有较好的塑性和韧性，这是热影响区中综合力学性能最好的区域。但由于整个焊接接头的性能取决于接头中的最薄弱区域，所以该区性能虽好，但却发挥不了作用。

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　　⑶不完全重结晶区(又称不完全正火区或部分相变区) 指加热温度在Ac1～Ac3之间的区域，对低碳钢为750～900℃。该区母材中的

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　　全部珠光体和部分铁素体转变为晶粒比较细小的奥氏体，但仍保留部分铁素体。冷却时，奥氏体又转变为细小的铁素体和珠光体，而未溶入奥氏体的铁素体不发生转变，晶粒比较粗大，故冷却后的组织晶粒大小极不均匀，所以力学性能也不均匀，强度有所下降。

　　⑷再结晶区 指加热温度在450℃～Ac1之间的区域，对低碳钢为450～750℃。对于经过压力加工，即经过塑性变形的母材，晶粒发生破碎现象，在此温度区域内，再次变成完整的晶粒，称为再结晶。在本区域没有发生同素异构转变，组织没有变化，因此金属的力学性能变化不大，仅塑性稍有改善。对于焊前未经塑性变形的母材，本区不出现。

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　　26 什么是魏氏组织？它对焊接接头的性能有何影响？

　　不易淬火钢焊接热影响区中的过热区，由于奥氏体晶粒长得非常粗大，这种粗大的奥氏体在较快的冷却速度下会形成一种特殊的过组织，其组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种过热组织称为魏氏组织。魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面，使金属的韧性急剧下降，这是不易淬火钢焊接接头变脆的一个主要原因。

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　　魏氏组织的形成决定于过热区的过热程度，即金属在高温下停留的时间。手弧焊时，热影响区在高温下停留的时间较短，晶粒长大并

　　不严重；而电渣焊时，热影响区在高温下停留的时间很长，晶粒严重长大。因此，电渣焊就比手弧焊容易出现粗大的魏氏组织。对于同一种焊接方法，施焊时采用的线能量越大，高温下停留的时间越长，过热越严重，奥氏体晶粒长得越粗大，越容易得到魏氏组织，焊接接头的性能就越差，这是低碳钢焊接时引起热影响区性能变坏的一个主要问题。

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　　27 试述易淬火钢的焊接热影响区特点。

　　易淬火钢包括碳钢(35、40、45、50钢)、低碳调质高强钢(ωC㈠≤0.25%)、中碳调质高强钢(ωC为0.25%～0.45%)、耐热钢和低温钢，其热影响区在焊接空冷条件下也能得到马氏组织，处于淬火状态。如果母材焊前处于退火状态，则焊后热影响区的组织可分为完全淬火区和不完全淬火区两个区段，如果母材焊前处于淬火状态，则还会形成一个回火区。

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　　⑴完全淬火区 指加热温度超过Ac3以上的区段，焊后奥氏体全部转变为马氏体，包括了相当于低碳钢焊接热影响区中的过热区和重结晶区。该区由于存在淬火组织，所以强度和硬度增高，塑性和韧性下降，并且容易产生冷裂纹。

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　　⑵不完全淬火区 指加热温度在Ac1～Ac3之间的区段，焊后奥氏体转变为马氏体，原铁素体保持不变，仅有不同程度的长大，最后形成马氏体-铁素体的组织。该区段的组织和性能很不均匀，塑性和韧性下降。

　　⑶回火区 如果母材焊前处于淬火状态，则在温度低于Ac1的区段，会发生程度不同的回火过程，称为回火区。回火区的硬度下降、塑性增高。

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　　28 试述异种钢焊接热影响区碳的扩散及其影响。

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　　异种钢焊接时，母材成分与焊缝成分相差较大，碳会从母材向焊缝扩散，在母材熔合线附近形成一个1～2个晶粒宽度的“脱碳层”，

　　在焊缝一侧相应地出现一个“增碳层”。促使碳由母材向焊缝扩散的因素有：

　　当焊缝为液态时，由于碳在液态金属中的深解度大于固体金属，故促使碳由熔合线附近的母材金属向焊缝扩散迁移。

　　(1)加热温度和时间对碳的扩散影响很大。在Q235-A和Cr25Ni13的异种钢接头中，当加热到350℃才开始发现有脱碳层，当加到高于550℃时，脱碳层才显著，超过600℃后更为严重，特别是在800℃时。Q235-A和Cr25Ni13异种钢焊接时，加热温度和时间对脱碳层宽度(B)的影响，见图8。因此，单道焊时一般不易形成碳的扩散层，通常是在接头经焊后热处理或高温长期工作时才明显。

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　　碳扩散层是异种钢焊接接头中的薄弱环节，它对接头的常温和高温瞬时力学性能影响不大，但将降低接头的高温持久强度，一般要降低10%～20%左右。

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　　29 焊接熔池结晶过程中会产生哪些缺陷？

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　　产生的缺陷有：

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　　⑴结晶裂纹(凝固裂纹) 焊接熔池结晶过程中，金属收缩产生的拉应力，将晶界上的低熔点共晶液膜拉开导致产生结晶裂纹。结晶裂纹主要发生在含杂质较多的钢、单相奥氏体钢、镍基合金、铝合金、钼合金等的焊缝金属中。

　　⑵气孔 高温下焊接熔池中熔解了大量的氢、氧、氮，在快速冷却过程中，这些气体来不及逸出，而留在焊缝金属中(内部或表面)形成穴孔。

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　　⑶夹渣 焊接熔渣残留在焊缝金属中的现象。

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　　⑷偏析 由于焊接熔池结晶速度较快，形成焊缝中化学元素的分布不均匀，产生偏析现象。

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