热影响区域:定义,原因,效果,色带,减少

热影响区域(HAZ)是当金属经受非常高温时产生的区域(例如:焊接,机械切割,激光切割,等离子体切割等)。这是确切工作区域附近的非熔化区。由于暴露于高温而改变热影响区域的机械性能。所以, 热影响的区域或HAZ可以定义为熔化金属和基础金属之间的区域发生显微结构变化。参见图1以下1:

热影响区域
图1:热影响区域的说明

从上面的图中可以看出,在焊接四个不同的区域时。融合区或FZ,焊接界面,热影响区或HAZ,无影响的基础金属区。

融合区是熔融金属和填料金属的混合物。接下来,由部分熔化的金属组成的窄糊状区是焊接界面。在熔点温度低于熔点温度的下一个区域,产生微观结构变化被称为热影响区域。决定微观结构变化程度的参数是

  • 热输入量
  • 最大温度达到
  • 升高温度的持续时间,
  • 冷却速度

通过降低其机械强度并且是焊接中最薄弱的部分,热影响区域通过降低焊接的薄弱部分而削弱了金属。根据材料特性,热浓度和强度,焊接或金属切割过程等各种因素,危险区域的尺寸和严重程度可能变化。热影响区中的区域和边界的命名如图2所示。2。

热影响区中的区域和边界
图2:热影响区域中的区域和边界

热影响区的原因

焊接或切割过程中的热量输入通常超过熔化温度,随后的冷却导致微观结构变化。热扩散性是影响热影响区域大小的最重要因素。热扩散率水平取决于金属:

  • 导热系数
  • 密度
  • 比热量,和
  • 热输入量

具有高热扩散率的材料能够快速地传递热变化并更快地冷却,从而降低热影响的区域宽度。相反,具有较低的热扩散系数的材料保持热量,并且HAZ区域变宽。而且,热暴露的持续时间对HAZ区域的直接影响。当金属暴露于更大的能量时,在更长的时间内,热影响区域更大。关于焊接过程,HAZ取决于:

  • 热量输入: 低热量输入将更快地冷却,导致较小的HAZ。
  • 冷却速率: 冷却速率较慢的冷却速度将增加HAZ的大小。
  • 焊接速度: 更快的焊接速度将减少HAZ区域。
  • 焊接几何: 焊接几何形状会影响散热器。较小的散热器导致冷却较慢意味着较大的HAZ。

以类似的方式,用于高温切割操作的热影响区域也受到影响

  • 切割过程中的温度
  • 切割操作速度。
  • 切割过程
    • 剪切和水射流切割:没有斑斑形成
    • 激光切割:较小的HAZ
    • 等离子切割:中间体HAZ
    • 氧乙炔切割:最广泛的HAZ
  • 材料特性和厚度。

热影响区域的影响

由于热影响区域中经历的热量,发生了主要的不良微结构变化,以各种方式影响金属,如下所列:

  • 较低的力量
  • 残余应力
  • 较低的韧性
  • 降低耐腐蚀性
  • 对破解的易感性
  • 氢脆脆化
  • 相变
  • 氧化
  • 表面氮化
  • 局部硬化

所有这些因素通常削弱了在组件设计期间使用该材料的挑战的材料。

热影响区域和热色调颜色

在焊接或切割期间,通过在基础金属中使用不同的温度来形成不同的HAZ区域。产生一系列可见的彩带,称为热色调。它们是由表面氧化过程特别用在不锈钢中引起的。然而,导致“脾脏颜色”的这些温度远低于形成热影响区域的温度远低得多。而且,这些色带可以延伸到超出实际热影响区域的一定距离。这些不同的颜色从浅黄色至深蓝色变化,并提供达到金属温度的近似指示。下表提供了关于温度的频带颜色:

颜色焊接/切割温度
淡黄色290º C
稻草黄色340º C
黄色的370º C
棕色的390º C
紫色棕色420º C
深紫色450º C
蓝色540º C
深蓝600º C
表1:与温度的颜色色调

影响热影响区域中这些彩色热色调形成的参数是:

  • 材料对氧化的抵抗力
  • 铬含量
  • 表面状况
  • 表面上的杂质延伸
  • 表面涂料,油,指纹等的存在

但请注意,这些热色调不会影响热影响区域的程度。

减少HAZ形成

减少热影响区的效果可以减轻腐蚀,裂缝,脆化等等问题这些都将使该部件更强大。理想情况下,通过选择适当的焊接和切割操作,应最小化热影响区域。但在所需的程度上,可能并不总是可以减少危险。因此,可以应用各种方法以减少如下所述的热影响区域:

  • 热处理: 热处理是减少HAZ的影响的最佳方法。根据所需的机械/冶金性能和预期改变,选择焊接或切割后的热处理过程。基于材料,可以应用沉淀硬化和软化处理。
  • 切割热影响区域: 有时,切割和研磨可用于减少HAZ区域。
  • 加工危险: 加工以去除热影响的区域也是减少撞击的有效方法。
  • 彩色热色调可以用细砂纸或磨削轻松移除。

热影响区距离

热影响区距离或宽度的计算不是直接的,非常困难。然而,如图1所载的简化等式。下面的图3可用于估计焊接薄板的HAZ距离/宽度。

热影响区距离
图3:热影响区域距离

上述公式可用于计算热影响的区域距离。通过了解HAZ区域的峰值温度,可以从熔接薄板计算距离Y.图4下面提供关于相同的样本问题计算(答案中提到的等式4是图3所示的等式)

热影响区距离的样本计算
图4:热影响区距离的样品计算
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Anup Kumar Dey

我是一名机械工程师转向管道工程师。目前,我在一名高级管道压力工程师中工作。我对博客非常激烈,总是试图做独特的事情。本网站是我对博客世界的第一个冒险,目的是与世界各地的其他管道工程联系起来。

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