【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 母材和焊縫的Ms點(diǎn)。 裂紋位置可用焊縫及HAZ的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)作判據(jù)。 HAZ: MsHAZ= (Cr+Mo)C 焊縫： Msweld = Ni+ 219(Cr+)C (2) 判據(jù)：△Ms＝ MsWeld –MsHAZ (3) （２）熱影響區(qū)的脆化 高強(qiáng)微合金控軋控冷鋼熱影響區(qū)的脆化是十分重要的焊接性問(wèn)題，一般線能量越大，脆化傾向越嚴(yán)重。HAZ的脆化問(wèn)題主要有粗晶區(qū)（CGHAZ）脆化、臨界熱影響區(qū)(ICHAZ)脆化、多層焊時(shí)臨界粗晶熱影響區(qū)(IRCGHAZ)脆化、過(guò)臨界粗晶熱影響區(qū)脆化(SRCGHAZ)、亞臨界粗晶熱影響區(qū)(SCGHAZ)脆化等。其中，CGHAZ、IRCGHAZ、和SCGHAZ的脆化是微合金鋼焊接時(shí)最應(yīng)引起重視的脆化區(qū)域。 圖3 X80鋼模擬焊接熱影響區(qū)的韌性為防止熱影響區(qū)的脆化，常采用如下措施： ① 成分上：降碳、控制雜質(zhì)含量,加入少量Ni韌化基體。 ② 擬制熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大向鋼中加入Ti、Ｖ、Ｎｂ等細(xì)化晶粒的元素，通過(guò)形成TiN、TiO、（Nb、Ti）N、VN等氮氧化物擬制HAZ晶粒長(zhǎng)大。 ③ 改善熱影響區(qū)的組織通過(guò)向鋼中加入變質(zhì)劑，提高相變形核率，細(xì)化組織。如向鋼中加入細(xì)小、均勻彌散分布的TiO微粒，可避免形成GBF＋FSP＋Bu等韌性低的混合組織，而在奧氏體晶內(nèi)形成細(xì)小的細(xì)晶鐵素體或針狀鐵素體可顯著提高韌性。即便采用大或較大線能量焊接亦不產(chǎn)生脆化（見(jiàn)圖5～圖6）。這種鋼特別適合于厚板和中厚板的大線能量焊接。 圖5 TiN與TiO對(duì)焊接過(guò)熱區(qū)晶粒長(zhǎng)大的作用圖6 TiO鋼晶內(nèi)細(xì)晶鐵素體(IGF)形成的冷速范圍圖5中，TiN鋼和TiO鋼的區(qū)別是TiN鋼粗晶區(qū)會(huì)形成GBF、FSP和Bu，TiO鋼在奧氏體晶內(nèi)會(huì)形成IGF。TiO鋼和新TiO鋼的區(qū)別主要是新TiO鋼中的TiO更細(xì)小、彌散。既阻礙奧氏體長(zhǎng)大，又在奧氏體內(nèi)促使IGF的形成。 由圖6可以看出，CCT圖的陰影區(qū)是形成IGF的冷卻速度范圍，可見(jiàn)IGF能在很寬的冷速范圍內(nèi)形成，這說(shuō)明TiO鋼對(duì)過(guò)熱不敏感，可以采用大線能量焊接而不會(huì)引起脆化。t8/5=8~800s之間均可產(chǎn)生IGF。 如武鋼已生產(chǎn)了抗拉強(qiáng)度為400Mpa、510Mpa、590Mpa的高性能建筑鋼材系列產(chǎn)品，其中耐火耐候鋼經(jīng)鑒定達(dá)到“集高耐火性、高耐候性、高Z向性能和能承受大線能量焊接于一體”的新鋼種，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。已用于國(guó)家大劇院等重點(diǎn)工程。 ④ 對(duì)一般過(guò)熱敏感的鋼種，采用合適的的焊接工藝參數(shù)，焊接時(shí)通過(guò)調(diào)整焊接工藝參數(shù)，減小高溫停留時(shí)間，避免奧氏體晶粒長(zhǎng)大；采用合適的ｔ８／５，使HAZ獲得韌化組織。 ⑤對(duì)于超細(xì)晶粒鋼，需采用能量高度集中的焊接方法，如激光焊、等離子焊、脈沖焊等可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電弧焊。 （3）焊縫金屬的合金化 微合金控軋控冷鋼可通過(guò)細(xì)晶化、潔凈化、均勻化實(shí)現(xiàn)鋼的強(qiáng)韌化。而焊縫金屬屬于非平衡結(jié)晶，既不能象煉鋼那樣精確控制其冶金過(guò)程，實(shí)現(xiàn)焊縫金屬的潔凈化和成分均勻化，又不能通過(guò)控軋控冷實(shí)現(xiàn)細(xì)晶化，而通常會(huì)產(chǎn)生粗大的柱狀晶。這就給焊縫金屬的強(qiáng)韌化和新型配套焊接材料的研制帶來(lái)很大困難。目前焊材的發(fā)展滯后于鋼材的發(fā)展，隨著高品質(zhì)鋼材強(qiáng)度的提高，焊材將成為制約這些高品質(zhì)鋼材推廣應(yīng)用的瓶頸。因此高品質(zhì)焊材的發(fā)展是急待決絕的重要課題?；窘鉀Q途徑也應(yīng)該在焊縫金屬的結(jié)晶化、均勻化、細(xì)晶化方向努力。 ① 選用高潔凈度的鋼帶和焊絲盤(pán)圓； ② 原輔材料的潔凈化，嚴(yán)格控制原輔材料中各種鐵合金、礦物質(zhì)中的雜質(zhì)含量； ③ 建立原材料處理系統(tǒng)（包括檢驗(yàn)、篩分、對(duì)部分原材料的烘焙和予燒結(jié)處理、干混等，使原材料成分達(dá)到清潔、精確、均勻）。 ④ 通過(guò)優(yōu)化配方和工藝參數(shù)，通過(guò)提升冶金反應(yīng)清除S、P、O、H、N等雜質(zhì)； ⑤ 控制焊縫中夾雜物的數(shù)量、種類(lèi)、形態(tài)、尺寸及分布； ⑥ 韌化焊縫組織：通過(guò)微合金化措施，阻止焊縫金屬高溫奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化焊縫金屬的組織，使焊縫獲得細(xì)晶鐵素體、針狀鐵素體等強(qiáng)韌化組織。對(duì)于強(qiáng)度更高（＞600MPa）的微合金鋼及超低碳貝氏體鋼，可通過(guò)降碳并優(yōu)化合金元素及微合金元素加入量，使焊縫金屬成為超低碳貝氏體組織，但如何按這一思路研制出新型焊條、焊絲和焊劑等不同類(lèi)型焊材，還有些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究解決。 ⑦ 對(duì)實(shí)芯焊絲CO2保護(hù)焊，如何降低焊縫金屬含硫量是一個(gè)難題，目前國(guó)內(nèi)外用于CO2保護(hù)焊的實(shí)芯焊絲，一般W(s)%。這是因?yàn)榱蚴潜砻婊钚栽?，微量的硫可以降低焊接飛濺和改善焊縫成形。如果焊絲中W(s)%，發(fā)現(xiàn)焊接飛濺明顯增大，焊縫成形不良。要解決這個(gè)問(wèn)題，除在焊絲中增加其它表面活性元素、或采用含有表面活性元素的特種涂層焊絲（不鍍銅焊絲）外，還可采用新型數(shù)字化逆變焊機(jī)，也可使含硫量極低的焊絲在焊接時(shí)降低飛濺，改善成形。從而有效的解決這一問(wèn)題。 總之，隨著鋼材品質(zhì)的提高，改善了鋼材的焊接性能，使不少品種的鋼材從“可焊”變?yōu)椤耙缀浮?。在這方面，我國(guó)是從20世紀(jì)九十年代開(kāi)始有大的進(jìn)步，預(yù)計(jì)在2010年左右，將接近國(guó)外的先進(jìn)水平。 鋼材焊接性的評(píng)定方法及存在的問(wèn)題 現(xiàn)在常用的“鋼材焊接性”評(píng)定方法，基本上都是20世紀(jì)五十年代到七十年代之間，各國(guó)焊接工作者根據(jù)那時(shí)的鋼材品種和品質(zhì)，通過(guò)試驗(yàn)后制定的。 隨著鋼材質(zhì)量的提高，焊接工藝方法的進(jìn)步，對(duì)鋼材焊接性的試驗(yàn)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)也需重新研究并制定新的標(biāo)準(zhǔn)。 例如，碳當(dāng)量公式，是按照20世紀(jì)五十年代到七年代期間開(kāi)發(fā)的含碳較高的低合金高強(qiáng)鋼建立的，如IIW碳當(dāng)量公式CE，由日本JIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的碳當(dāng)量公式Ceq，均主要適合于W(c)≥%的鋼種。%，%的方向發(fā)展。因此在有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中，規(guī)定按上述碳當(dāng)量公式作為鋼材選材時(shí)的判據(jù)是不適宜的。 1969年由日本伊藤慶典等提出的焊接冷裂紋敏感指數(shù)Pcm在工程上得到廣泛應(yīng)用，但該公式僅適用鋼材含碳量范圍為W(c)=%～%，試驗(yàn)時(shí)低碳范圍的取樣數(shù)量太少，%的低碳微合金鋼和超低碳貝氏體鋼引用該公式來(lái)評(píng)定焊接性的優(yōu)劣，也是較為勉強(qiáng)的。 現(xiàn)在常用的一些焊接冷裂紋敏感性試驗(yàn)方法，也基本上是在1980年以前形成的。原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的焊接性試驗(yàn)方法，如 斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法、搭接接頭（CTS）焊接裂紋試驗(yàn)方法、T型接頭焊接裂紋試驗(yàn)方法、壓板對(duì)接（FISCO）焊接裂紋試驗(yàn)方法、插銷(xiāo)冷裂紋試驗(yàn)方法，都已在2005年由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)明令廢止。雖然這些方法，仍然可參照使用，但已不具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的權(quán)威作用。 因此隨著目前鋼材品種的更新?lián)Q代和品質(zhì)的提高，如何合理的評(píng)定各種強(qiáng)度級(jí)別的微合金控軋控冷鋼（將是今后一段時(shí)期的量大面廣用材）、低碳或超低碳貝氏體鋼、大線能量焊接用鋼、新一代耐熱鋼和低溫鋼、超細(xì)晶粒鋼等的焊接性能，是擺在我們面前的一個(gè)新課題，有待于引入新的思路和新的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。 4 我國(guó)焊接材料的發(fā)展態(tài)勢(shì) 焊接自動(dòng)化進(jìn)展推動(dòng)焊材品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整 20世紀(jì)80年代中期，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家焊條占焊材的比例約為50%左右。到2004年歐洲、北美（美國(guó)和加拿大）、日本在消耗的焊材中，焊條的比例均已小于20%，也就是說(shuō)，目前發(fā)達(dá)國(guó)家的自動(dòng)化和半自化焊接，已占整個(gè)焊接工作量的80%以上[2]。 表22004年發(fā)達(dá)國(guó)家的焊材需求量和使用比例 表3我國(guó)焊材的產(chǎn)量和結(jié)構(gòu)比例 近年來(lái)，我國(guó)少數(shù)行業(yè)及部分企業(yè)的焊接自動(dòng)化和半自化率已到70%以上，但就全國(guó)而言，2006年全國(guó)消耗的焊材中，手工焊條仍占56%左右，也就是說(shuō)焊接自動(dòng)化和半自動(dòng)化率尚不到50%。但當(dāng)前焊接自動(dòng)化進(jìn)展明顯加快，預(yù)測(cè)5年后，我國(guó)焊接自動(dòng)化和半自動(dòng)化率可以達(dá)到70%左右。 鋼材進(jìn)步將推動(dòng)焊材品種更新和品質(zhì)提升 由于鋼鐵冶煉及軋制工藝的進(jìn)步，今后各類(lèi)低合金高強(qiáng)鋼如建筑結(jié)構(gòu)鋼、船板鋼、壓力容器鋼、管線鋼、橋梁鋼、耐熱鋼和低溫鋼等，都在向“低碳、超低碳、微合金化、潔靜化、細(xì)晶化”方向發(fā)展。一大批鋼材的實(shí)物水平達(dá)到或接近國(guó)外的先進(jìn)水平。例如，一些鋼材W(s)%，%，20℃低溫沖擊功達(dá)150～200J等。 現(xiàn)在已有不少使用單位和設(shè)計(jì)院提出，要求焊縫金屬的硫磷等雜質(zhì)的含量與鋼材實(shí)物水平接近，要求焊縫金屬?zèng)_擊韌性與鋼材實(shí)物水平相當(dāng)，而不是按焊接材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)去選購(gòu)和考核焊接材料。 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)外的知名焊材企業(yè)對(duì)鋼材的進(jìn)步都迅速跟進(jìn)，一是提升傳統(tǒng)產(chǎn)品的品質(zhì)，二是開(kāi)發(fā)與高品質(zhì)鋼種配套的新型焊材品種。國(guó)內(nèi)的不少焊接企業(yè)，也在這方面作出了努力，但新型焊材的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于新鋼種的發(fā)展，致使一些新型鋼中的配套焊材尚需進(jìn)口。期望我國(guó)有條件的焊材企業(yè)快速跟進(jìn)，開(kāi)發(fā)出更多更好的新型高科技焊接材料［8］。比如：