热影响区

力学术语

热影响区简称HAZ（Heat Affected Zone），在焊接热循环作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生明显的组织和性能变化的区域，称为热影响区。

相关知识简介

亚共析钢和过共析钢加热到A3和Acm以上获得单相奥氏体。通常把加热时的实际临界温度标以字母“c”，如Ac1、Ac3、Accm；把冷却时的实际临界温度标以字母“r”，如Ar1、Ar3、Arcm等。其物理意义分别为：Ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的温度；Ar1：冷却时奥氏体向珠光体转变的温度；Ac3：加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度；Ar3：冷却时奥氏体向铁素体转变的开始温度；Accm：加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度。

完全淬火区

在靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热区），由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位得到细小的马氏体。根据冷却速度和线能量的不同，还可能出现贝氏体，从而形成了与马氏体共存的混合组织。这个区在组织特征上都是属同一类型（马氏体），只是粗细不同，因此统称为完全淬火区。

不完全淬火区

母材被加热到AC1～ AC3温度之间的热影响区，在快速加热条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体。在随后快冷时，奥氏体转变为马氏体。原铁素体保持不变，并有不同程度的长大，最后形成马氏体-铁素体的组织，故称不完全淬火区。如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，也可能出现索氏体和铁素体。

如果母材在焊前是调质状态，那么焊接热影响区的组织，除在上述的完全淬火和不完全淬火区之外，还可能发生不同程度的回火处理，称为回火区（低于AC1 以下的区域）。

总括以上，金属在焊接热循环的作用下，热影响区的组织分布是不均匀的。熔合区和过热区出现了严重的晶粒粗化，是整个焊接接头的薄弱地带。对于含碳高、合金元素较多、淬硬倾向较大的钢种，还出现淬火组织马氏体，降低塑性和韧性，因而易于产生裂纹。

在焊接快速加热和连续冷却的条件下，相转变属于非平衡转变，焊接热影响区常见的组织有铁素体、珠光体、魏氏组织、上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、低碳马氏体、高碳马氏体及 M-A 组元等。

在一定条件下，热影响区出现哪几种组织主要与母材的化学成分和焊接工艺条件有关，母材的化学成分是决定热影响区组织的主要因素。

热影响区划分

对单次焊接热循环，根据距离熔合线距离的不同可以将HAZ划分为粗晶奥氏体区（CGHAZ）、细晶奥氏体区（GRHAZ）、中间临界区（ICHAZ）和亚临界区（SCHAZ）。如图1所示，其中粗晶奥氏体区和中间临界区应值得关注。对于多道焊接，中间临界粗晶区(ICGHAZ)和亚临界粗晶区(SCCGHAZ)也应该值得关注。

性能分布特征

管线钢焊接HAZ是一个连续变化的梯度组织区域，这一组织分布特征必然影响到它的性能分布的变化。

图2为一种X80管线钢手工电弧焊焊接接头的硬度分布曲线，显而易见，近邻焊缝的粗晶区具有较高的硬度值。低碳钢焊接HAZ的强、塑性分布曲线也如图2。与其它区域相比，粗晶区具有较高的强度水平，而塑性指标和却明显下降。可见粗晶区具有最高的硬度值和最低的断裂韧性值。

研究方法

在实际焊接接头中，焊接热影响区HAZ只是一个较小范围的局部区域，一般宽度只有几个毫米。又由于HAZ的显微组织存在梯度性，可分为组织特征极不相同的许多很小的区域，使得经历某一特定热循环的每个区域更小，这样造成准确地测定每个小区域的性能几乎是不可能的，只能是HAZ整体性能的反应。研究焊接热影响区组织与性能的主要方法有两种:

（1）直接法:即直接对焊接接头进行金相腐蚀，按照标准对焊接接头划线，直接进行力学性能试验和组织分析。

（2）热模拟法:即用计算机模拟和控制焊接热过程，对试样进行和实际焊接时相同的或相近的热循环，从而在一个相当大的区域(大约3~7mm)获得与实际粗晶区相同的或近似的组织状态，因而可以制备足够尺寸的试样，对其进行性能和组织的测试。

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