【導(dǎo)讀】鋼焊接研究中經(jīng)常會(huì)遇到低碳鋼與低合金鋼的焊接。為了分析Q235鋼和16Mn. 通過金相試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)得到了焊接接頭各個(gè)。和珠光體形態(tài)有所差異。同時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)出現(xiàn)了極少量的魏氏組織，在焊?？p與熔合線附近出現(xiàn)了輕微的碳的擴(kuò)散遷移現(xiàn)象。CO2氣體保護(hù)焊均可以實(shí)現(xiàn)Q235鋼與16Mn鋼異種鋼的焊接。

　　

【正文】 鐵素體也稱 α 相，是碳在 αFe 中的間隙固溶體，其性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低、硬度低、塑性和韌性好，力學(xué)性能與工藝純鐵大致相同。珠光體是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體和滲碳體的共析體。其性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度較高、硬度適中、塑性和韌性較好 [11]。 西華大學(xué)畢業(yè)論文 23 由圖 可以看出 16Mn 鋼的母材組織 由白色的鐵素體組織和黑色的珠光體組織組成；由圖 可以看出 Q235 鋼的母材組織也是由白色的鐵素體組織和黑色的珠光體組織組成?？梢钥闯?Q235 鋼和 16Mn 鋼組織的種類是相同的，但兩者含有鐵素體和珠光體比例不同。 Q235 鋼的顯微組織主要是鐵素體組織加少量珠光體組織，而 16Mn 鋼則珠光體組織很多。由此它們雖然都屬于珠光體鋼，但它們的化學(xué)成分、強(qiáng)度、耐熱性等性能不同，導(dǎo)致焊接性能也有較大差異。 由圖 、圖 Q235 鋼和 16Mn 鋼焊縫的微觀組織分布，可以看出焊縫區(qū)域不同部位的組織形態(tài)是有差異的?？梢苑治龅贸龊缚p出現(xiàn)的鐵素體大致分為三類： （ 1） 先共析鐵素體：是焊縫在高溫區(qū)沿晶界首先析出的鐵素體，其在析出的形態(tài)可以是沿晶擴(kuò)展的長(zhǎng)條形，也可以是相互連接沿晶分布的多邊形。合金含量低、高溫保持時(shí)間長(zhǎng)、冷卻速度慢，其含量多，即它的數(shù)量和焊縫吃飯及冷卻速度有很大關(guān)系。其為低屈服脆弱相，降低焊縫韌性。 （ 2） 針狀鐵素體：其在原奧氏體晶內(nèi)以針狀分布，中等冷卻速度下出現(xiàn)。以某些彌散的氮化物或者氧化物為中心放射生長(zhǎng)，其內(nèi)位錯(cuò)密 度高。針狀鐵素體的出現(xiàn)有利于提高焊縫的韌性。 （ 3）細(xì)晶鐵素體：一般在有利于細(xì)化晶粒的元素存在下出現(xiàn)，在細(xì)晶之間有珠光體與碳化物出現(xiàn) [11]。 在焊縫中還有一定量的珠光體組織，根據(jù)其細(xì)密程度的差異，又可以分為層狀珠光體、粒狀珠光體以及細(xì)珠光體。珠光體組織的增加使焊縫金屬?gòu)?qiáng)度提高，韌性下降。仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)焊縫中還出現(xiàn)了極少的魏氏組織。其特征是鐵素體 圖 16Mn 母材組織 ( 400) 圖 Q235 母材組織 ( 400) 西華大學(xué)畢業(yè)論文 24 在原奧氏體晶界呈網(wǎng)狀分布，以長(zhǎng)短不一的針狀或者片條狀出現(xiàn)。直接插入珠光體組織之中。魏 氏組織不利于焊縫精神的塑性和沖擊韌性。 由圖 和圖 可以對(duì)比出多層焊工藝對(duì)焊縫組織的影響。由于后一層焊縫對(duì)前一層焊縫道具有熱處理作用這就相當(dāng)于對(duì)前層焊縫進(jìn)行了一次正火處理，改善了二次組織，使加熱區(qū)組織和性能發(fā)生相變重結(jié)晶，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的作用。所以第一層焊縫晶粒最細(xì)，第二層次之，第三層晶粒最粗大。 圖 焊縫組織Ⅰ（ 400） 圖 焊縫組織Ⅱ （ 400） 西華大學(xué)畢業(yè)論文 25 Q235 鋼和 16Mn 鋼 的異種鋼焊接一般存在兩條熔合線，一條是焊縫與 16Mn鋼側(cè)，如圖 所示；一條是焊縫與 Q235 鋼側(cè)，如圖 所示。在焊縫與 16Mn鋼附近熔合線組織變化，由于焊接時(shí)的冷卻速度很大，因此冷卻下來(lái)組織中的鐵素體為粗大的巍氏組織，產(chǎn)生了淬火組織。在焊縫與 Q235 鋼附近熔合線組織變化，該區(qū)域 在焊接過程中溫度達(dá)到 A1～ A3 范圍，發(fā)生部分相變，冷卻 后 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的鐵素體和珠光體，與粗大的未發(fā)生相變的母材晶粒混合存在 [11]。 在異種鋼焊接時(shí)，有可能還會(huì)在母材和焊縫之間發(fā)生碳的擴(kuò)散遷移，從而導(dǎo)致熔合線附近區(qū)域 的組織和性能變化。一般情況下在熔合線附近過熱區(qū)形成 1 圖 焊縫 23 層分界線 ( 200) 圖 焊縫 12 層分界線 ( 200) 圖 16Mn 側(cè)熔合區(qū) ( 200) 圖 Q235 側(cè)熔合區(qū) ( 200) 西華大學(xué)畢業(yè)論文 26 到 2 個(gè)晶粒寬度的鐵素體組織，即“脫碳層”，與此同時(shí)，在焊縫一側(cè)出現(xiàn)一個(gè)“增碳層”，有時(shí)這個(gè)“增碳層”不是很直觀。影響提高母材中碳活度和降低焊縫碳活度的因素都會(huì)引起碳的擴(kuò)散遷移，即影響碳的擴(kuò)散遷移的原因是熔合線附近碳活度 [11]。 由圖 和圖 可以看出， Q235 鋼一側(cè)與 16Mn 鋼一側(cè)熱影響區(qū)組織，雖然有差異，即鐵素體和珠光體的比率有差異，但其組織變化大體一致。該區(qū)域在焊接過程中溫度達(dá) 到 A3 線 以上，鐵素體 組織 和珠光體 組 織 轉(zhuǎn)變成奧氏體 組織 ，即發(fā)生重結(jié)晶現(xiàn)象。在這個(gè)過程中 加熱速度快，高溫停留時(shí)間短，奧氏體起始晶粒細(xì)小，來(lái)不及長(zhǎng)大， 焊后空冷 后 將發(fā)生重結(jié)晶，得到 細(xì)小 且均勻 的鐵素體 和珠光體 ，珠光體 無(wú)論 數(shù)量和晶粒度也大大增加， 而且出現(xiàn) 明顯的球化趨勢(shì)。 所以該區(qū)域的組織和性能都很好。 硬度試驗(yàn)分析 為了了解本試驗(yàn)中兩種熔焊焊接接頭區(qū)域的硬度分布情況，判斷其淬硬性和耐磨性等性能，測(cè)定了 Q235 鋼與 16Mn 鋼焊接接頭的硬度值， 如表 所示 ，根據(jù)所得到的硬度數(shù)據(jù)繪制了如圖 焊接接頭硬度曲線圖。由該曲線圖可以看出 焊縫組織的顯微硬度均高于 Q235 鋼與 16Mn 鋼兩種鋼硬度值。也驗(yàn)證了焊接材料選用的合理性，即以 Q235 鋼作為選擇焊接材料參照，焊條電弧焊選用 圖 16Mn 側(cè) HZA( 400) 圖 Q235 側(cè) HZA( 400) 西華大學(xué)畢業(yè)論文 27 E4303（ J422)焊條， CO2 氣體保護(hù)焊選用 H08Mn2SiA 焊絲，均得到了熱強(qiáng)性高于 Q235 鋼的焊縫，保證了焊接接頭的常溫力學(xué)性能，滿足了一般焊接結(jié)構(gòu)的要求。 可以看出在焊縫 16Mn 鋼一側(cè)熔合線附近硬度值變化很大，主要是原因可能是該區(qū)域有“脫碳層”的存在。由焊接接頭硬度分布對(duì)比可以看出，熔焊適合Q235 鋼與 16Mn 鋼異種珠光體鋼焊接，常用的焊條電弧焊與 CO2 氣保焊 相比較，后者的焊接接頭硬度分布更讓人滿意。 總體上看， Q235 鋼與 16Mn 鋼異種珠光體鋼焊接接頭硬度分布情況比較好，在熔焊焊接條件下它們的焊接性良好。 表 異種鋼焊接接頭各區(qū)域的硬度值（ HV） 點(diǎn)號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 硬度 1 152 158 162 238 240 242 228 245 250 218 215 210 硬度 2 158 161 162 248 252 254 258 235 260 220 216 212 （注：硬度 1：焊條電弧焊 硬度 2： CO2 氣體保護(hù)焊 1～ 3： Q235 鋼母材區(qū) 4～ 9：焊縫區(qū) 10～ 12： 16Mn 鋼母材區(qū) ） 西華大學(xué)畢業(yè)論文 28 第四章 結(jié)論 本論文通過焊條電弧焊和 CO2 氣體保護(hù)焊對(duì) Q235 鋼和 16Mn 鋼異種鋼進(jìn)行焊接，得到如下幾條相關(guān)結(jié)論： （ 1） 采用焊條電弧焊和 CO2 氣體保護(hù)焊均可以實(shí)現(xiàn) Q235 鋼與 16Mn 鋼異種珠光體鋼的焊接。 （ 2） 通過焊接工藝試驗(yàn)，焊條電弧焊，弧長(zhǎng)偏長(zhǎng)會(huì)引起電弧不穩(wěn)定而導(dǎo)致熔深減小，飛濺增加； 在焊接過程中運(yùn)動(dòng)焊條或運(yùn)動(dòng)焊絲不穩(wěn)定和操作角度不合適會(huì)出現(xiàn)電弧擦傷和焊縫與母材契合不理想。 （ 3） 經(jīng)金相試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)分析，焊接接頭各個(gè)區(qū)域組織主要是鐵素體組織和珠光體組織，但由于各區(qū)域接受的熱輸入不同，引起鐵素體和珠光體形態(tài)有所差異。同時(shí)， 焊縫及熱影響區(qū)出現(xiàn)了極少量的魏氏組織，在焊縫與熔合線附近出現(xiàn)了輕微的碳的擴(kuò)散遷移現(xiàn)象。 西華大學(xué)畢業(yè)論文 29 總結(jié)與體會(huì) 回首我的大學(xué)，一時(shí)間有了再別康橋的感覺，感覺我走的輕輕的，但通過這一段時(shí)間的論文寫作，感覺重新變的厚重。讓我將已經(jīng)淡忘的知識(shí)復(fù)習(xí)了，已經(jīng)模糊的概念清晰了，已經(jīng)不理解的理論鞏固了 ......一邊做著畢業(yè)論文，一邊復(fù)習(xí)查閱資料，一邊回憶著我的大學(xué)，這一時(shí)又感覺馬上要走出大學(xué)，其實(shí)我?guī)ё吡撕芏唷? 從選題開始，當(dāng)拿到論文題目時(shí)的茫然無(wú)措；到通過圖書館等各種途徑初步資料的查閱收集的逐漸有方向；到 試驗(yàn)工藝方案制定的對(duì)比參照；到施焊過程中的逐漸熟悉；再到焊后檢驗(yàn)測(cè)驗(yàn)分析的成果收獲；最后到將前面各個(gè)階段總結(jié)寫作成一篇完整的畢業(yè)論文。英文文獻(xiàn)的翻譯的過程，讓我第一次將眼光投向國(guó)外，見識(shí)到同行業(yè)先行者們成就，也更加意識(shí)了這個(gè)領(lǐng)域的博大精深，同時(shí)英語(yǔ)水平得到了一定水平的提高。焊接試驗(yàn)工藝方案的制定過程中，讓我不的不查閱各種專業(yè)書籍，不得不將已經(jīng)淡忘的知識(shí)重新復(fù)習(xí)，并且將大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通。也讓我對(duì)即將出生社會(huì)的工作內(nèi)容有了初步了解和掌握。在現(xiàn)場(chǎng)焊接過程中，讓理論與實(shí)踐操作有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。在焊后焊件的檢 驗(yàn)，焊接接頭的金相分析、顯微硬度分析的過程中，讓我再一次熟悉了相關(guān)設(shè)備儀器的操作，再一次將書本上的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐分析。最后畢業(yè)論文的整理寫作，讓我對(duì)大學(xué)學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)的分析駕馭能力的到了驗(yàn)證并且進(jìn)一步提高。 在畢業(yè)論文寫作的這個(gè)過程中，我發(fā)現(xiàn)了很多自己的不足之處；學(xué)習(xí)到了很多新的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)；習(xí)慣了從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的過程；體會(huì)到了大學(xué)學(xué)到的不僅是扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)并運(yùn)用學(xué)習(xí)的方法。 西華大學(xué)畢業(yè)論文 30 致謝 在本論文的寫作過程中曾遇到很多的困難和阻礙，但都在老師和同學(xué)的 無(wú)私幫助下順利度過。這里尤其 要感謝我的畢業(yè)論文指導(dǎo)老師 。在他細(xì)心的指導(dǎo)下，讓我對(duì)畢業(yè)論文從一開始的茫然無(wú)措，到后來(lái)的逐漸有方向感，再到最后的完成畢業(yè)論文的寫作；在他不厭其煩的幫助下，讓我對(duì)論文的不對(duì)之處得以修改，不足之處得以改進(jìn)。同時(shí)要真誠(chéng)感謝在焊接工藝方案制定和焊接過程的實(shí)施過程中，給了我很多有價(jià)值的參考意見和指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)中心的陳文靜老師；在金相試驗(yàn)制備和分析、微觀硬度分析的過程中，給我提供了很多方面的支持和幫助的金相試驗(yàn)室的楊湄老師。 最后，在這里再一次真誠(chéng)的感謝那些在我寫作畢業(yè)論文的這一段時(shí)間里給過我指導(dǎo)和幫助的人，謝謝您們！ 西華大學(xué)畢業(yè)論文 31 參考文獻(xiàn) [1] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì) . 焊接手冊(cè) (第二卷材料的焊接 ). 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. 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