切割热影响区

在焊接过程中，焊接热影响区（HAZ）有着与焊缝不同的特性。焊缝能够借助化学成分的调整、再分配以及适宜的焊接工艺来达成性能要求，然而热影响区的性能却无法通过化学成分来改变，它是在热循环作用下产生的组织分布不均匀问题。对于一般焊接结构而言，主要关注热影响区的硬化、脆化、韧化、软化，以及综合的力学性能、抗腐蚀性能和疲劳性能等，具体考量内容取决于焊接结构的实际使用需求。下面，我们就来详细了解一下焊接热影响区的这些特性。焊接热影响区的硬化
焊接热影响区的硬度主要由被焊钢种的化学成分和冷却条件决定，本质上反映的是不同金相组织的性能。由于硬度试验操作简便，所以常用热影响区（一般在熔合区）的最高硬度 Hmax 来判断热影响区的性能，通过它能够间接预估热影响区的韧性、脆性和抗裂性等。近年来，HAZ 的 Hmax 已成为评定焊接性的关键标志。需要注意的是，即便同一组织，因钢的含碳量、合金成分及冷却条件不同，硬度也会有所差异。焊接热影响区的脆化
焊接热影响区的脆化常常是导致焊接接头开裂和脆性破坏的主要因素。目前，其脆化形式包括粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化、热应变时效脆化、氢脆以及石墨脆化等。
粗晶脆化：在热循环作用下，焊接接头的熔合线附近和过热区会出现晶粒粗化现象。晶粒过度粗大对组织脆性影响显著，通常晶粒越粗大，脆性转变温度就越高。析出脆化：在时效或回火过程中，过饱和固溶体中会析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其他亚稳定的中间相。这些新相的析出会提升金属或合金的强度、硬度，同时增加脆性，这种现象被称为析出脆化。组织脆化：焊接 HAZ 中因出现脆硬组织而导致的脆化即组织脆化。对于常用的低碳低合金高强钢，焊接 HAZ 的组织脆化主要由 M-A 组元、上贝氏体、粗大的魏氏组织等引发。但对于含碳量较高（一般≥0.2%）的钢，组织脆化主要由高碳马氏体造成。HAZ 的热应变时效脆化：在焊接结构制造过程中，如进行下料、剪切、冷变成型、气割、焊接和其他热加工等操作时，这些加工产生的局部应变、塑性变形对焊接 HAZ 脆化影响很大，由此引发的脆化被称为热应变时效脆化。应变时效脆化大致可分为静应变时效脆化和动应变时效脆化两类。常见的 “蓝脆性” 就属于动应变时效现象。焊接 HAZ 的韧化
焊接 HAZ 在组织和性能上呈现非均匀特性，尤其是熔合区和粗晶区容易发生脆化，是整个焊接接头的薄弱环节。因此，需要采取措施提升焊接 HAZ 的韧性。根据研究，HAZ 的韧化可从以下两方面着手。
控制组织：对于低合金钢，要控制含碳量，构建低碳微量多种合金元素的强化体系。如此一来，在焊接冷却条件下，HAZ 会分布有弥散强化质点，在组织上能够形成低碳马氏体、下贝氏体和针状铁素体等韧性较好的组织。此外，要尽量控制晶界偏析。韧化处理：对于一些重要结构，常采用焊后热处理来改善接头性能。但对于大型且复杂的结构，即便进行局部热处理也存在困难。合理制定焊接工艺，正确选择焊接线能量以及预热、后热温度，是提高焊接韧性的有效手段。
此外，还有诸多提升 HAZ 韧性的方法。例如，细晶粒钢通过控制工艺进一步细化铁素体晶粒，能够提高材质韧性。冶金精炼技术可大幅降低钢中杂质（S、P、O、N 等）含量，这些措施在提升钢材性能的同时，也提高了焊接 HAZ 的韧性。焊接 HAZ 的软化
对于焊前经过冷作硬化或热处理强化的金属或合金，在焊接热影响区通常会出现不同程度的强度降低现象。其中，经过调质处理的高强钢以及具有沉淀强化和弥散强化的合金最为典型，焊后在热影响区会产生软化或强度降低情况。
焊接调质钢时，HAZ 的软化程度与母材焊前热处理状态相关。母材焊接前调质处理的回火温度越低，强化程度越高，焊后的软化程度就越严重。大量实验研究显示，不同焊接方法和焊接线能量下，HAZ 中软化最明显的区域是温度处于 A1 - A3 之间的区段。