焊接热循环参数及对低合金钢焊接的影响

（一）焊接热循环的主要参数

焊接过程中热源沿着焊件移动，在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程，称为该点的焊接热循环。当热源向该点靠近时，该点的温度随之升高，直至达到最大值，随着热源的离开，温度又逐渐降低，整个过程可以用一条曲线来表示，则该曲线称为热循环曲线（见图3-3）。焊接热循环用来描述焊接过程中热源对母材金属的热作用。在焊缝双侧不同距离的各点，所经历的热循环是不同的，如图3-4所示。

焊接热循环的主要参数有加热速度v_H、最高温度T_M，以及在相变温度T_H以上停留时间t_H和冷却速度v_c。

图3-3 热循环曲线

图3-4 距焊缝不同距离各点的焊接热循环

1.加热速度（v_H） 在焊接条件下的加热速度比热处理条件下的加热速度要快得多，随着加热速度的提高，相变温度也随之提高，同时奥氏体的均质化和碳化物的溶解也越不充分。因此，必将会影响到焊接热影响区冷却后的组织与性能。加热速度受许多因素影响，例如不同的焊接方法、不同的被焊金属、不同的厚度及不同的焊接热输入等。

2.加热的最高温度（T_M） 距焊缝中心不同的各点，加热最高温度不同（见图3-4）。金属的组织和性能除化学成分的影响之外，主要与加热的最高温度和冷却速度有关。焊接时焊缝两侧热影响区加热的最高温度不同，冷却速度不同，就会有不同的组织和性能。例如在熔合线附近的过热段，由于温度高，晶粒发生严重的长大，从而使韧性下降。一般对于低碳钢和低合金钢来讲，熔合线的温度可达1300～1350℃。

3.在相变温度以上的停留时间（t_H） 在相变温度以上停留的时间越长，越有利于奥氏体的均质化，但温度太高时，即使停留时间不长，也会发生严重的晶粒长大（如电渣焊时）。为了便于分析研究，把相变温度以上的停留时间又分为加热过程的停留时间t′和冷却过程的停留时间t″，所以t_H=t′+t″。

4.冷却速度v_c（或冷却时间t₈/5） 冷却速度是决定热影响区组织性能最重要的参数之一，是研究焊接热过程的主要内容。应当指出，这里所指的冷却速度是指焊件上某点热循环的冷却过程中某一瞬时温度的冷却速度。对于低合金钢来讲，人们感兴趣的是熔合线附近的点（最高加热温度为1350℃）冷却过程中约在540℃左右的瞬时冷却速度。近年来，为了便于测量和分析比较，采用800～500℃的冷却时间（t₈/5）来代替瞬时冷却速度，因为800～500℃是相变的主要温度范围。

低合金钢焊接时，不同焊接方法、不同板厚及不同焊接热输入，对加热速度的影响是不同的。单层电弧焊和电渣焊近缝区的部分热循环参数见表3-1。

表3-1 单层电弧焊和电渣焊低合金钢近缝区部分热循环参数

(www.xing528.com)

（二）影响焊接热循环的因素

1.焊接参数和热输入 焊接参数如焊接电流、电弧电压和焊接速度等，对焊接热循环有很大影响。在功率大、焊接速度快时，加热时间短、范围窄，冷却得快。焊接速度慢时，则相反。

熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量，称为热输入，亦称线能量。电弧焊接时的热输入，可用下式表示：

q/v=η（IU/v）

式中 q/v——热输入（J/cm）；

I——焊接电流（A）；

U——电弧电压（V）；

v——焊接速度（cm/s）。

η——电弧的加热功率有效系数。焊条电弧焊η≈0.70～0.80；埋弧焊η≈0.85～0.95；钨极氩弧焊η≈0.50。

η与电弧长度有关，弧长增加时η降低，反之则增加。

热输入对热影响区的大小和接头的性能有直接的影响。热输入越大，热影响区越宽，反之则越窄。

2.预热和层间温度 预热温度和层间温度过高，会延长焊缝组织在高温的停留时间。

3.其他因素的影响 板厚、接头形式和材料的导热性对焊接热循环也有很大影响。板厚增大时，冷却速度加快。角焊缝比对接焊缝冷却速度快。材料的导热性越好，冷却速度也越快。