焊接线能量

在焊接过程中热源沿焊件的某一方向移动，焊件上任一点的温度都经历由低到高的升温阶段，当温度达到最大值后又经历由高到低的降温阶段。在焊缝两侧不同距离的各点，所经历的这种热循环是不同的，如图3－12所示。焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，也可以说是一种特殊的热处理过程。与金属材料一般热处理相比，或与塑性成形或凝固成形相比，焊接时的加热速度特别快，冷却速度也相当快，这是造成焊接接头组织不均匀性和性能不均匀性的重要原因。     焊接热循环的主要参数是加热速度 ，峰值温度T max，高温停留时间tH，冷却速度 （或冷却时间t8/5或t8/3）如图3－13所示 （1）加热速度     采用不同的焊接方法和不同的线能量，焊接不同厚度的低碳钢或低合金结构钢，根据实测结果加热速度 如表3－4所示     通常随着加热速度的提高，钢的固态相变温度Ac1和Ac3也相应的提高，而且Ac1和Ac3之间的温差也变大，如表3－5所示。随着钢中碳化元素的增多（例如18Cr2Wv钢），这一效果更为显著。 （2）峰值温度Tmax     峰值温度Tmax将直接影响到焊接热影响区 焊接或切割过程中母材因受热的影响（未熔化），而发生金相组织变化和力学性能变化的区域。 的组织和性能。 峰值温度过高，将使晶粒严重长大，甚至产生过热的 魏氏体组织 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热组织，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。 ，造成晶粒脆化；同时还影响到焊接接头的应力应变， 应力为焊接过程中焊件内产生的应力。（按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力）。应变为焊接过程中在焊件中所产生的变形。 形成较大的焊接残余应力或变形。峰值温度Tmax与焊件的初始温度T0，焊接线能量E，被焊金属的 板厚h及离热源中心距离有关。 （3）高温停留时间tH     所谓高温停留时间是指在相变温度Ac1以上停留时间。如图3－13所示，它包含加热过程高温停留时间t'和冷却过程高温停留时间t"。 在相变温度以上停留时间，对于相的溶解、奥氏体的扩散均匀化以及晶粒度都有很大影响。对于钢来说tH越长，越有利于奥氏体的均匀化，但温度太高，例如在1100℃以上的停留时间过长，将会使奥氏体晶粒严重长大，造成晶粒脆化。 tH与焊接能量E，被焊金属的工件板厚h以及焊件的初始温度T0以及加热最高温度Tmax等因素有关。 （4）冷却速度     冷却速度 ，特别是在固态相变温度范围内冷却速度，即800～500℃及800～300℃时的冷却速度是焊接热循环中极其重要的参数，它将决定焊接接头的组织、性能及接头质量。 冷却速度对过冷奥氏体的转变影响很大，图3－14 为冷却速度对Fe－C合金平衡状态图上各临界线及临界点的影响。从图中可以看出，随冷却速度ωc地提高，A1、A3、Acm均移向更低地温度，同时共析点成分不再是一个点(wc=0.83%),而是一个成分范围，当冷却速度ωc＝30℃/s时，共析成分范围wc=0.4%～0.8%。这就意味着w＝0.4%的钢在快速冷却时有可能得到全部为珠光体的组织（伪共析组织）。 （5）冷却时间tc（t8/5或t8/3及t100）     在试验研究中，准确地测量瞬时冷却速度有一定地困难，因此目前多采用一定温度范内地冷却时间来代替冷却速度，并以此作为研究焊接接头的组织、性能及抗裂性的重要参数。     对于一般碳钢及低合金钢常采用固态相变温度范围的800～500℃冷却时间t8/5；而对于淬硬倾向比较大的钢种有时采用800～300℃冷却时间t8/3或由峰值温度冷至100℃的冷却时间t100。     为了方便，在理论计算的基础上建立了不同条件下从线算图上直接获取t8/5或t8/3的图解法。手工电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧焊时的t8/5或t8/3线算法如图3－15所示。     在研究高强钢焊接冷裂纹时发现，从峰值温度冷却到100℃时的冷却时间对冷裂有重要影响，为此常采用t100作为冷裂倾向的参数之一。由于影响因素比较复杂，目前t100主要依靠以实验为基础所获得的图3－16中查出。根据不同的焊接线能量，板厚和预热温度可直接从图中找出t100的值。     根据t8/5、t8/3及t100配合不同的钢种在焊接条件下的连续冷却组织转变图（SHCCT图）可以比较准确的判断焊接热影响区的组织、性能和抗裂性，因此能预先求得t8/5、t8/3及t100具有十分重要的意义。