焊接接頭是指整個(gè)焊接區(qū),包括:①. 結(jié)合區(qū),即焊縫金屬(WM);②. 熱影響區(qū)(HAZ),鄰近焊縫區(qū)域的母材金屬受焊接熱傳導(dǎo),引起組織和性能發(fā)生變化的區(qū)域;③. 熔合區(qū)(在合線附近),即焊縫和熱影響區(qū)的交界處。
焊縫金屬(WM)是焊接填充材料(如焊條)和部分母材在電弧等熱源作用下熔化、凝固后形成的,是鑄態(tài)樹枝狀結(jié)晶,與母材(軋制或鍛造)的比較均勻、細(xì)小,方向性不明顯的組織不同,故其性能有明顯的差別。此外由于焊接熔池的瞬時(shí)特點(diǎn),冶金反應(yīng)是不平衡、不均勻的,容易發(fā)生合金元素的氧化(燒損),焊縫金屬增碳,增硫、磷現(xiàn)象,以及形成夾渣、氣孔、裂紋等缺陷會(huì)影響到焊縫金屬的力學(xué)性能和腐蝕性能。在一定的工藝條件下,焊縫金屬的質(zhì)量主要取決于焊接材料的質(zhì)量。而電阻焊不需填加焊材,其焊縫的組織和性能主要取決于母材和焊接工藝。
如前所述,熱影響區(qū)(HAZ),是焊接過程緊鄰焊縫,受焊接熱過程影響,發(fā)生了組織和性能變化的母材部分。不言而喻,熱影響區(qū)的上限溫度是母材的熔點(diǎn)溫度,而下限溫度和距焊縫熔合線的距離有關(guān),是不確定的,因?yàn)椴煌摲N受焊接加熱的影響,其組織和性能發(fā)生變化的溫度是不同的。而且隨著焊接工藝參數(shù)的變化,被焊工件的斷面尺寸的不同,熱傳導(dǎo)不同,熱影響區(qū)下限溫度距焊縫熔合線的距離可能是幾個(gè)毫米或十幾個(gè)毫米,例如奧氏體不銹鋼通常發(fā)生 Cr23C6碳化物析出,引起晶間腐蝕和σ相形成的溫度大約650℃和450℃。因此焊接接頭在焊接時(shí)達(dá)到至少450℃以上的母材部分屬于熱影響區(qū)。而鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼在280℃時(shí)即會(huì)發(fā)生α'的析出,并發(fā)生脆化,因此母材在焊接時(shí)達(dá)到這一溫度以上的范圍可視為熱影響區(qū)。熱影響區(qū)是焊接接頭的重要組成部分,熱影響區(qū)緊鄰焊縫在1300℃以上的部分晶粒長(zhǎng)大,局部晶界熔化,以及450~850℃范圍Cr23C6、Cr7C3,σ轉(zhuǎn)變等是引起力學(xué)性能下降,耐蝕性能降低,常常是焊接結(jié)構(gòu)損壞、失效以至報(bào)廢的主要原因。熱影響區(qū)的組織和性能的變化,主要是母材本身的問題,而與焊接材料關(guān)系不大。要改善熱影響區(qū)的性能,應(yīng)通過調(diào)整母材的成分和組織來實(shí)現(xiàn),例如奧氏體不銹鋼添加鈮和鈦或降低母材的碳含量,使碳含量≤0.03%,可以防止熱影響區(qū)的晶間腐蝕傾向。
熔合區(qū)(熔合線附近),是焊縫和母材熱影響區(qū)交界處。實(shí)際上它是具有一定尺寸的從焊縫到熱影響區(qū)的過渡區(qū)。如圖1-2所示過渡區(qū)是由2、3兩部分即不完全混合區(qū)和半熔化區(qū)組成。熔合區(qū)的最大的特征是具有明顯的化學(xué)成分不均勻性,從而引起組織不均勻性,而且填充金屬和母材成分的差別越大,熔合區(qū)的成分和組織的不均勻性越明顯,以致給焊接接頭的力學(xué)性能、耐腐蝕性能帶來重大影響。熔合區(qū)常常成為焊接接頭最薄弱的環(huán)節(jié),脆性斷裂、焊接裂紋都容易在這一部位發(fā)生和發(fā)展。
焊接接頭的性能,通常應(yīng)包括焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)三部分的性能,在檢驗(yàn)焊接接頭的力學(xué)性能時(shí)常常需要單獨(dú)測(cè)試焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)的性能。