Page 167 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第五章 焊接与热处理工艺仿真技术

第五章 焊接与热处理工艺仿真技术

第一节 高温合金焊接热循环与残余应力分析

一、焊接接头的热循环影响与优化

（一）焊接接头热循环的基本概念
焊接过程中，焊接接头经历着复杂的热循环。简单来说，热循环就是焊接时
接头处温度随时间的变化过程。当焊接热源作用于焊件时，接头部位迅速升温，

达到峰值温度后又快速冷却。这个热循环对焊接接头的质量有着至关重要的影响。
例如，在焊接一根钢管时，焊接电弧瞬间产生高温，使钢管接触电弧的部位温度
急剧上升，可能在短短几秒钟内就达到上千摄氏度。而随着电弧的移动，前面被
加热的部位又开始快速冷却。这种快速的升温降温过程就是热循环。热循环的主
要参数包括加热速度。峰值温度。高温停留时间和冷却速度等。加热速度快，会

使接头组织来不及充分转变；峰值温度过高，可能导致接头产生过热。过烧等缺
陷；高温停留时间长，会引起晶粒粗大；冷却速度不同，则会使接头形成不同的
组织和性能。

（二）热循环对焊接接头组织的影响
1. 加热阶段的组织变化
当焊接接头被加热时，金属原子开始活跃起来。在加热速度较快时，原子来
不及充分扩散，就会形成一些不稳定的组织状态。例如，在碳钢焊接中，快速加
热会使奥氏体的形成不均匀，可能出现一些细小的奥氏体晶粒和粗大的晶粒共存

的情况。随着温度升高，铁素体和珠光体等原始组织逐渐向奥氏体转变。这个转
变过程如果不均匀，会影响后续冷却时的组织形成。
2. 冷却阶段的组织变化

冷却速度是影响焊接接头组织的关键因素。快速冷却时，奥氏体来不及充分
分解，会形成马氏体组织。马氏体具有较高的硬度和脆性，这会使焊接接头的韧
性降低，容易产生裂纹。如果冷却速度适中，奥氏体可能会分解为铁素体。珠光

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