主题：【分享】焊缝组织观察及分析

（二）热影响区的显微组织
受焊接过程热循环（加热和冷却）的作用焊缝附近的热影响区相当于经历了“特殊的热处理”过程一样。焊缝及热影响区各部分由于离焊池距离不同而被加热到不同的温度，焊后冷却时又以不同的冷速冷却下来,因此使该区的组织变得复杂。
由于焊缝周围的金属导热作用，焊缝和热影响的冷却速度很快，有时可达淬火的程度。冷却速度受材料的导热性、板厚和接头形状及钢板在焊前初始温度（包括环境温度或预热温度）等因素的影响。钢板尺寸越大，冷却越快，钢板初始温度越高（预热），冷速越慢。
用于焊接的结构钢可分为两类：一类是低碳钢和普通低合金钢如20钢、A3钢16Mn 15MnTi等，另一类是中碳钢和调质合金钢等。前者叫不易淬火钢，后者叫易淬火钢。
不易淬火钢的热影响区组织
图8-1为焊接热影响区和铁碳相图之间的关系。以此来分析20钢 焊接热影响区的组织变化。组织发生显著变化热影响区分为四个区域。
（1）熔合区 即融合线附近焊缝金属到基体金属的过渡部分，温度处在固相线附近与液相线之间，金属处于局部熔化状肪，晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后的组织为过热组织，呈典型的魏氏组织。这段区域很窄（0.1-1mm）,金相观察实际上很难明显的区分出来，但该区对于焊接接头的强度、塑性都有很大影响，往往熔合线附近是裂纹和脆断的发源地。
（2）过热区（粗晶粒区）加热温度范围Tks-Tm(Tks为开始晶粒急剧长大温度，Tm为熔点)，当加热至1100℃以上至熔点，奥氏体晶粒急剧长大，尤其在1300℃以上，奥氏体晶粒急剧粗化，焊后空冷条件下呈粗大的魏氏组织，塑性、韧性降低，使接头处易出现裂纹。
（3）正火区（细晶粒区）即相变重结晶区，加热温度范围AC3- Tks之间，约为900-1100℃，全部为奥氏体，空冷后得到均匀细小的铁素体+珠光体组织，相当于热处理中的正火组织，故又称正火区。
（4）部分相变区，即不完全重结晶区，加热温度AC1- AC3，约750-900℃，钢被加热奥氏体+ 部分铁素体区域，冷却后的组织为细小铁素体+珠光体+部分大块未变化的铁素体，晶粒大小不均匀。

图8-1 焊接热影响区和铁碳相图的关系                a-热影响区的组织示意图； b-铁碳相图
易淬火钢的热影响区组织
这类钢具有高的淬透性，易获得马氏体组织。易淬火钢的热影响区各部分的组织划分如图8-2所示。
（1）淬火区  加热到AC3以上温度（相当于不易淬火钢的过热区+正火区），焊后冷却时很容易获得淬火组织，故叫淬火区靠近焊缝处为粗大马氏体，而相当于正火区这部分组织为细小马氏体，而相当于正火区这部分组织为细小马氏体或马氏体+粒状贝氏体混合组织。
（2）不完全淬火区 加热到AC1- AC3之间，铁素体几乎不变，珠光体转变为奥氏体，冷却后得到铁素体+ 马氏体。如果含碳量和合金元素不高或冷却速度不大，这部分奥氏体也可能转变为索氏体或珠光体。
（3）回火区 加热低于AC1温度时，焊前母材为退火状态时，组织不发生变化： 焊前母材为淬火状态时，随该区被加热的温度不同，得到不同的回火组织：回火索氏体、回火屈氏体、回火马氏体。焊前母材为调质状态，该区低于调质回火温度无组织变化。

图8-2 易淬火钢和不易淬火钢的热影响区组织 
1-过热区；2-正火区；3-部分相变区；4未受影响区；5.淬火区；6.部分淬火区；7.回火区
焊接接头的缺陷
在焊接过程中，由于材质和焊接工艺不当等因素，焊接接头会产生各种缺陷，主要有裂纹气孔、夹渣、未焊透等。裂缝是焊缝接头中危害最大的一种缺陷，所以这里着重分析各种裂缝的形成及特征。
裂缝按尺寸的大小可分为：宏观裂缝和显微裂缝。用肉眼能见到的裂缝，在一切产品中均不允许存在；显微裂缝 只能在显微镜下才能看到的裂缝。现代的焊接技术，存在＜250微米的焊缝是不可避免的。这类焊缝尺寸之要小于该材料裂缝的临界尺寸，通常是允许的，但对于长期受疲劳载荷或存在应力腐蚀的场合，这类裂纹发生缓慢扩展，到临界尺寸后大致脆性破坏。
按裂纹形成温度范围有可分为热裂缝和冷裂缝。
            热裂缝是指凝固温度到Ar3以前所产生裂缝。常见裂缝区有时也出现于热影响区其特征：（1）沿晶界开裂，故又称晶界裂缝。在焊缝中沿一次结晶晶界，热影响区的热裂缝沿奥氏体晶界。（2）当裂缝贯穿表面，与外界空气相通时，热裂缝表面呈氧化色彩。
            冷裂缝是指焊接金属在Ac3以下温度冷却过程中和冷却以后所产生裂缝，其中最常见的是和氢有关的裂缝称为氢脆裂缝（或氢裂缝），其特征：
  （1）多发生在热影响区的熔合线与过热区；（2）冷裂纹多为穿晶裂纹，氢脆严重者为沿晶断裂；（3）显微裂纹常是断断续续的延伸；（4）不一定在焊接时就产生，常常延迟带几小时、几天、几周甚至更长时间以后发生，逐渐出现，越来越多。这种延迟裂纹具有更大的危害性。