船舶大合拢焊缝性能与热影响区相组成之间的关系1.远洋船舶大合拢垂直焊缝性能要求依据CCS《材料与焊接规范2019》，性能指标分别为：届服强度抗拉c，≥365MPa，强度为c=490~620MPa，伸长率时>21%，-20C时冲击功大于等于34J。根据相关标准要求，硬度值HV10≤350，试验结果合格，焊缝力学性能试验取样示意图如图1所示。（I）弯曲试验。根据中国船级社《材料与焊接规范》的要求进行侧弯试验。每次评定4个试样，试样规格：10mm×25mm×260mm，弯心直径d=4t，弯心角为180°。(2)硬度试验。采用维氏硬度计测试粗晶区硬度，载荷为49N。每个评定进行一组硬度试验。(3)拉伸试验与冲击试验。拉伸试验每次评定三个试样：冲击试验每次评定进行3个位置的冲击，每个位置3个试样，进行-20℃C的“V”形缺口Charpy冲击试验。宏观横向家观纸向模间冲击绒向试样拉神按伸试样拉伸试样拉神图1焊缝力学性能试验取样示意图1
1 船舶大合拢焊缝性能与热 影响区相组成之间的关系 1. 远洋船舶大合拢垂直焊缝性能要求 依据CCS《材料与焊接规范2019》，性能指标分别为：屈服强度抗拉σ r ≥365 MPa，强度为σ t ＝490~620 MPa，伸长率时δ≥21%，-20℃时冲击功大于等于34J。根据相关标准要求，硬度值 HV10≤350，试验结果合格, 焊缝力学性能试验取样示意图如图1所示。 (1) 弯曲试验。根据中国船级社《材料与焊接规范》的要求进行侧弯试验。每次评定４个 试样，试样规格：10 mm×25 mm ×260 mm，弯心直径d＝４t，弯心角为180°。 (2) 硬度试验。采用维氏硬度计测试粗晶区硬度, 载荷为49 N。每个评定进行一组硬度试验。 (3) 拉伸试验与冲击试验。拉伸试验每次评定三个试样；冲击试验每次评定进行3个位置的 冲击，每个位置３个试样，进行-20℃的“V”形缺口Charpy冲击试验。 图1 焊缝力学性能试验取样示意图
2.组织决定性能相组成分析原理如下：图2为船用DH36钢的连续冷却转变曲线（CCT曲线），图3为其对应的不同冷却速度下的粗晶区的相组成及体积分数。由图2可以看出，当粗晶区的冷却速度小于1C/s时，焊接后粗晶区由铁素体(F)和珠光体(P)两相组成，在此冷却速度区间内F的体积分数随着冷却速度的增加而降低，P的体积分数随着冷却速度的增加而增加：当冷却速度大于1C/s时，粗晶区内的贝氏体(B)体积分数急剧增加，而P的量急剧减少到基本消失：当冷却速度进一步增加到大于60C/s时，粗晶区出现马氏体（M)并且M的含量随着冷却速度的增加而增加。图3中的冷却速度与铁素体(Ferrite)、珠光体(Pearlite)、贝氏体(Bainite)、马氏体(Martensite)体积分数(VF,VolumeFraction）的定量关系如式(1)、式(2)所示：当0<≤60℃/s时Vate = -1.552.o +2.1088)2VFainite = 1- VFerrite-VFpearliteVFMartensite=0当60<c≤100/s时[vFrmite = -1. 5520. 0m + 2. 108VFerarlite = 0VFainite = -0.0063180+ 1.167VF = 1-VFirite- VEainite:4900A3:824.6800A1:704.3C0.700a二+MM(转变90%)M(转变50%M（转变开始）A站：400开3000.0-101001000100010000020406080100时间(s)冷却速度(C/s)图2DH36钢的CCT曲线图3不同冷却速度下近继区的相组组成2
2 相组成分析原理如下：图2为船用DH36钢的连续冷却转变曲线（CCT曲线），图3为其 对应的不同冷却速度下的粗晶区的相组成及体积分数。由图2可以看出，当粗晶区的冷却速 度小于1 ℃/s时，焊接后粗晶区由铁素体(F)和珠光体(P)两相组成，在此冷却速度区间内F的 体积分数随着冷却速度的增加而降低，P的体积分数随着冷却速度的增加而增加；当冷却速 度大于1 ℃/s时，粗晶区内的贝氏体(B)体积分数急剧增加，而P的量急剧减少到基本消失；当 冷却速度进一步增加到大于60 ℃/s时，粗晶区出现马氏体(M),并且M的含量随着冷却速度的 增加而增加。 图3中的冷却速度与铁素体(Ferrite)、珠光体(Pearlite)、贝氏体(Bainite)、马氏体 (Martensite)体积分数(VF,Volume Fraction) 的定量关系如式(1)、式(2)所示： 当0＜ωc≤60℃/s时 2 2 0.04767 errite (( 0.4388) 0.2736) (( 1.387) 1.388) Pearlite Bainite errite Pearlite Martensite -1.552 2.108 0.08306 0.5221 1- - 0 c c F c F VF VF e e VF VF VF VF 2. 组织决定性能 当60＜ωc≤100℃/s时 F c c F VF VF VF VF VF VF 0.04767 errite Pearlite Bainite Martensite errite Bainite -1.552 2.108 0 -0.006318 1.167 1- - 图2 DH36钢的CCT曲线 图3 不同冷却速度下近缝区的相组组成
热影响区连续冷却转变曲线(CCT曲线）分析方法热影响区CCT图分析方法CCT曲线指的是过冷奥氏体连续转变温度曲线。它反映了在连续冷却条件下过冷奥氏体的转变规律，是分析转变产物组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料。CCT曲线反映的是过冷奥氏体的冷却时组织转变的规律，针对DH36而言，研究其冷却时组织的变化规律对以（后的焊接工作有指导性的作用。焊缝的组织决定性能，而我们在焊接过程中只能够观察到最终成型的组织，而对于焊缝在冷却过程中进行了怎样的组织变化一无所知。但是如果我们将焊缝区域冷却时的温度记录下来，用它冷却时的温度来进行CCT曲线的实验，可以得出焊缝金属冷却时的组织变化，帮助我们更好的分析焊缝组织[16。我们也可以根据绘制要的组织结构，使焊缝有良好的力学性能的CT曲线来书果2当租晶区且晶区由铁素体（F）和珠光体（P）两相组成，在此冷却速度度的增加而降低，P的体积分数随着冷却速度的增加而增加：，粗晶区内的贝氏体（B）体积分数急剧增加，而P的量冷2SiL:急剧减少到基本消失；当冷却速度进一步增加到大于60°C/s时，粗晶区出现马氏体（M），并且M的含量随着冷却速度的增加而增加。小的t8/s时间（高的冷却速度）对应的粗晶区的相组成大部分为贝氏体和马氏体组织。马氏体和贝氏体较铁素体和珠光体有更高的硬度和强度，所以低的ts/s时间粗晶区的硬度较高。但是，当粗晶区的硬度过高时，其韧性将下降，在焊接工艺设计过程中要综合考虑其热影响区的硬度和韧性。1
1 热影响区连续冷却转变曲线 (CCT曲线)分析方法 热影响区CCT图分析方法 CCT曲线指的是过冷奥氏体连续转变温度曲线。它反映了在连续冷却条件下过冷奥氏体 的转变规律，是分析转变产物组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料。 CCT曲线反映的是过冷奥氏体的冷却时组织转变的规律，针对DH36而言，研究其冷却时 组织的变化规律对以后的焊接工作有指导性的作用。焊缝的组织决定性能，而我们在焊接过程 中只能够观察到最终成型的组织，而对于焊缝在冷却过程中进行了怎样的组织变化一无所知。 但是如果我们将焊缝区域冷却时的温度记录下来，用它冷却时的温度来进行CCT曲线的实验， 可以得出焊缝金属冷却时的组织变化，帮助我们更好的分析焊缝组织[16]。我们也可以根据绘制 的CCT曲线来控制冷却速度，得到我们想要的组织结构，使焊缝有良好的力学性能。 当粗晶区的冷却速度小于1℃/s时，焊接后粗晶区由铁素体（F）和珠光体（P）两相组成， 在此冷却速度区间内F的体积分数随着冷却速度的增加而降低，P的体积分数随着冷却速度的 增加而增加；当冷却速度大于1℃/s时，粗晶区内的贝氏体（B）体积分数急剧增加，而P的量 急剧减少到基本消失；当冷却速度进一步增加到大于60℃/s时，粗晶区出现马氏体（M）,并且 M的含量随着冷却速度的增加而增加。 小的t 8/5时间（高的冷却速度）对应的粗晶区的相组成大部分为贝氏体和马氏体组织。马 氏体和贝氏体较铁素体和珠光体有更高的硬度和强度，所以低的t 8/5时间粗晶区的硬度较高。 但是，当粗晶区的硬度过高时，其韧性将下降，在焊接工艺设计过程中要综合考虑其热影响 区的硬度和韧性
焊缝性能与热循环关键参数之间的关系to/s指热影响区在800℃--500℃之间的时间长度。当tg/5较小时，粗晶区以硬度较高的板条状的贝氏体组织为主；随着ts/5增大，板条状贝氏体组织显著减少，分散的岛状组织数量增多会逐渐出现硬度较小的晶界铁素体，随着t/s继续增大，晶界铁素体更加粗大化，但岛状组织数量减少，但尺寸相差不大。因此焊接粗晶区的硬度均随着t8/s的增加而下降，其规律如下图所示。200K195(AH)18578175E0ee170800°℃-500°C冷邦时间(s)焊接粗晶区硬度与ts/5之间的关系对上述数据进行多项式拟合后，可得到硬度与ts/s之间的数学关系：H = -1.76tg/5°+ 0. 001297tg/52 0.3367tg/s + 204.11
1 焊缝性能与热循环关键参 数之间的关系 t 8/5指热影响区在800℃-500℃之间的时间长度。当t8/5较小时，粗晶区以硬度较高的板 条状的贝氏体组织为主；随着t8/5增大，板条状贝氏体组织显著减少,分散的岛状组织数量增多, 会逐渐出现硬度较小的晶界铁素体；随着t8/5继续增大，晶界铁素体更加粗大化，但岛状组织 数量减少，但尺寸相差不大。因此焊接粗晶区的硬度均随着t8/5的增加而下降，其规律如下图 所示。 0 50 100 150 200 250 300 170 175 180 185 190 195 200 800℃-500℃冷却时间 (s) 硬度 (HV) 焊接粗晶区硬度与t8/5之间的关系 对上述数据进行多项式拟合后，可得到硬度与t 8/5之间的数学关系： -1.76 0.001297 0.3367 8 / 5 204.1 2 8 / 5 3 H t8 / 5 t t
tsrs计算方法如下ou250(s)40.00S-3:0082001007硬度(HV)对上述数据进行多项式拟合后，可得：ts/s=PHS + P,H+P,H + PH +PH + Pe式中，Pl=-9.913epz=0.0947;p=-36.17;p4=6906;Ps=-6.591epe=2.515e2
2 t 8/5计算方法如下 170 175 180 185 190 195 200 0 50 100 150 200 250 300 硬度 (HV) 800℃-500℃冷却时间 (s) 5 6 2 4 3 3 4 2 5 t8 / 5 p1H p H p H p H p H p 对上述数据进行多项式拟合后，可得：