一文读懂焊接接头组织与性能解读

焊接接头包括：焊缝 (OA)、熔合区 (AB)和热影响区 (BC) 三部分，如下图所示。 

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一、焊接接头的组成 

1. 焊缝 

    焊缝是焊件经焊接后形成的结合部分。通常由熔化的母材和焊材组成，有时全部由熔化的母材组成。 

2. 熔合区 

    熔合区是焊接接头中焊缝与母材交接的过渡的区域。它是刚好加热到熔点与凝固温度区间的部分。 

3. 热影响区 

    焊接热影响区是焊接过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和机械性能变化的区域。热影响区的宽度与焊接方法、线能量、板厚及焊接工艺有关，采用不同焊接方法焊接低碳钢时热影响区的平均尺寸见下表：

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二、焊接接头的组织和性能 

      焊接接头中，焊缝金属是从高温液态冷却至常温固态的。这期间经历了两次结晶过程，即从液相转变为固相的一次结晶过程和在固相状态下发生组织转变的二次结晶过程。 

      焊缝金属的一次结晶过程如下：结晶最先发生在熔池中温度最低的熔合线部位。随着熔池温度的降低，晶体逐渐长大。在长大过程中，由于相邻晶体的阻碍，晶体只能向熔池中心生长，从而形成柱状晶 。当柱状晶体长大至相互接触时，一次结晶过程即结束。 

      一次结晶过程中，由于冷却速度快，焊缝金属元素来不及扩散，会产生化学成分分布不均匀现象，这种现象称为偏析。偏析有可能使焊缝力学性能和耐腐蚀性能不均匀，还有可能产生缺陷，例如热裂纹的产生便与偏析有关。 

      焊缝金属的二次结晶的组织和性能，与焊缝的化学成分、冷却速度及焊后热处理有关。低碳钢和低合金钢在平衡状态下的二次结晶组织是铁素体加少量珠光体，随着冷却速度的加快，珠光体含量增多、铁素体减少、焊缝的强度和硬度有所提高，而塑性、韧性则下降。含合金元素较少（铬<5%）的耐热钢，在焊前预热、焊后缓冷条件下得到珠光体和部分淬硬组织；高温回火后可得到完全的珠光体组织。 

      含合金元素较多（含铬5%~9%）的耐热钢，当焊接材料与母材相近似时，在焊前预热、焊后缓冷条件下，焊缝通常为贝氏体组织，也可能出现马氏体组织。高温回火后，可得到回火索氏体组织。当采用奥氏体不锈钢焊接材料时，焊缝组织则主要为奥氏体。奥氏体不锈钢的焊缝组织一般为奥氏体加少量铁素体。 

      由于焊缝金属的化学成分较合理，二次结晶的晶粒较细，所以焊缝部位的金属具有较好的力学性能。加上焊缝余高使焊缝部位的受力截面增大，所以，焊接接头的薄弱部位不在焊缝，而在熔合区和热影响区。 

      必须指出，焊缝余高并不能增加整个焊接接头的强度，因为余高仅仅使焊缝截面增大而未使熔合区和热影响区截面增大。相反，余高的存在恰好在熔合区和热影响区粗晶区部位造成结构的不连续，从而导致应力集中，使焊接接头的疲劳强度下降。 

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三、熔合区和热影响区的组织和性能 

      焊接过程中，热影响区沿宽度各点被加热，但所达到的温度不同，因而焊后组织、性能也不相同。热影响区某点被加热达到的最高温度，在最高温度下停留的时间及随后的冷却速度，都将决定该点的组织情况。 

     从热处理特性看，用于焊接的结构钢，可分为两类。一类是在一般焊接条件下淬火倾向较小的，如低碳钢和含合金元素很少的低合金钢，称为“不易淬火钢”。另一类是含碳量较高或含合金元素较多，在一般焊接条件下淬火倾向较大，称为“易淬火钢”。这两类钢材的焊接热影响区组织也不相同。

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