【正文】 為 粗 大 的 珠 光 體 以 及 沿 晶 界 分 布的 先 共 析 鐵 素 體 ， 圖 e)的 組 織 為 細 小 的 鐵 素 體 和 珠 光 體 ， 且 均 勻 混 合 分 布 。 圖 焊 接 電 流 為 102A 時 焊 縫 尾 部 金 相 組 織 (100181。m)a)不 完 全 正 火 區(qū) b)過 熱 區(qū) c)焊 縫 區(qū) d)熔 合 區(qū) e)正 火 區(qū)蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)28圖 a)的 組 織 為 經(jīng) 過 相 變 的 細 小 鐵 素 體 與 珠 光 體 混 雜 組 織 ， 以 及 未 發(fā) 生 相 變 的 鐵 素 體 ； 圖 b)的 組 織 為 片 狀 先 共 析 鐵 素 體 和 黑 灰 色 的 珠 光 體 ； 圖 c)的 組 織 為 粗 大 的 先 共 析 鐵 素 體 沿 一 次 柱 狀 晶界 分 布 ， 晶 內(nèi) 為 細 密 的 針 狀 鐵 素 體 和 珠 光 體 (黑 色 )； 圖 d)的 組 織 為 粗 大 的 珠 光 體 以 及 沿 晶 界 分 布的 先 共 析 鐵 素 體 ， 圖 e)的 組 織 為 細 小 的 鐵 素 體 和 珠 光 體 ， 且 均 勻 混 合 分 布 。 圖 焊 接 電 流 為 112A、 焊 接 速 度 為 30cm/min 時 焊 縫 中 部 金 相 組 織 (100181。m)a)不 完 全 正 火 區(qū) b)過 熱 區(qū) c)焊 縫 區(qū) d)熔 合 區(qū) e)正 火 區(qū)蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)29圖 a)的 組 織 為 經(jīng) 過 相 變 的 細 小 鐵 素 體 與 珠 光 體 混 雜 組 織 ， 以 及 未 發(fā) 生 相 變 的 鐵 素 體 ； 圖 b)的 組 織 為 片 狀 先 共 析 鐵 素 體 和 黑 灰 色 的 珠 光 體 ； 圖 c)的 組 織 為 粗 大 的 先 共 析 鐵 素 體 沿 一 次 柱 狀 晶界 分 布 ， 晶 內(nèi) 為 細 密 的 針 狀 鐵 素 體 和 珠 光 體 (黑 色 )； 圖 d)的 組 織 為 粗 大 的 珠 光 體 以 及 沿 晶 界 分 布的 先 共 析 鐵 素 體 ； 圖 e)的 組 織 為 細 小 的 鐵 素 體 和 珠 光 體 ， 且 均 勻 混 合 分 布 。 金相組織分析焊接接頭包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)以及熱影響區(qū)。其中熱影響區(qū)又包括過熱區(qū)、正火區(qū)以及不完全正火區(qū)。各區(qū)域的組織分析如下：(1) 焊縫區(qū)焊縫金屬經(jīng)歷了從液態(tài)冷卻到室溫的全過程。焊縫熔池完全結(jié)晶之后，得到的組織通常叫一次組織，對大多數(shù)鋼來說是高溫奧氏體。在凝固后的繼續(xù)冷卻過程中，高溫奧氏體還要發(fā)生固態(tài)相變，又稱二次結(jié)晶，得到的組織稱為二次組織。二次組織是在一次組織的基礎上轉(zhuǎn)變而成的，二次組織及性能取決于焊縫的化學成分和冷卻條件。對于16Mn 這種低合金鋼來說，焊縫區(qū)發(fā)生的固態(tài)相變主要分為以下幾種。1)鐵素體轉(zhuǎn)變低合金鋼焊縫中的鐵素體轉(zhuǎn)變隨溫度不同而具有不同形態(tài)，并對焊縫性能有明顯的影響。目前較為公認的有以下四種類型：①先共析鐵素體(Proeutectoid Ferrite，簡稱 PF) 先共析鐵素體是焊縫冷卻到較高溫度(大約在 770～ 680℃之間)時，從奧氏體晶界析出的，所以又叫做粒界鐵素體(Grain Boundary Ferrite，簡稱 GBF)。當高溫停留時間較長、冷速較低時，先共析鐵素體數(shù)量增加。當先共析鐵素體數(shù)量較少時，以細條狀或不連續(xù)網(wǎng)狀分布于晶界，較多時成塊狀。②側(cè)板條鐵素體(Ferrite Side Plate，簡稱 FSP) 側(cè)板條鐵素體的形成溫度約在700～550℃之間。它在奧氏體晶界的先共析鐵素體側(cè)面以板條狀向晶內(nèi)伸長，側(cè)板條鐵素體的析出抑制了焊縫金屬的珠光體轉(zhuǎn)變，因而擴大了貝氏體轉(zhuǎn)變的范圍。③針狀鐵素體(Acicular Ferrite,簡稱 AF) 針狀鐵素體的形成溫度約為 500℃左右。它以針狀在原奧氏體晶內(nèi)分布。針狀鐵素體組織具有優(yōu)良的韌性。冷速越高，針狀鐵素體越細，韌性越高。④細晶鐵素體(Fine Grain Ferrite，簡稱 FGF) 細晶鐵素體在奧氏體晶內(nèi)形成，轉(zhuǎn)變溫度一般在 500℃以下。細晶鐵素體通常形成于含有細化晶粒元素(如 Ti、B 等)的焊縫金屬中。從本質(zhì)上來講，細晶鐵素體是介于鐵素體和貝氏體之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，所以又叫做貝氏鐵素體。如果在更低的溫度轉(zhuǎn)變時(約 450℃)，可轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w。應當說明，焊接條件下影響組織轉(zhuǎn)變的因素很多，往往是多種組織同時存在，有時可能得到珠光體、貝氏體，甚至馬氏體。2)珠光體轉(zhuǎn)變焊接條件下的固態(tài)相變屬于非平衡相變，一般情況下，低合金鋼焊縫中很少會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，只有在冷卻速度很低的情況下，才能得到少量的珠光體。3)貝氏體轉(zhuǎn)變蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)30當冷卻速度較高或過冷奧氏體更穩(wěn)定時，珠光體轉(zhuǎn)變被抑制而出現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變。貝氏體轉(zhuǎn)變屬于中溫轉(zhuǎn)變，發(fā)生在 550℃～M s 之間。由于溫度較低，此時的合金元素已不能擴散，只有碳原子尚能擴散。因此，奧氏體分解就具有高溫擴散相變與低溫無擴散相變的綜合特征。按轉(zhuǎn)變溫度不同，貝氏體又分為上貝氏體(B 上 )與下貝氏體(B 下 )。上貝氏體轉(zhuǎn)變溫度在 550～450℃之間，顯微組織呈羽毛狀，本質(zhì)是板條狀鐵素體中間夾有碳化物。下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度在 450℃～M s 之間，顯微組織呈針狀，針與針之間有一定角度。不同形態(tài)的貝氏體在性能上亦有明顯的差別。上貝氏體的韌性差，而下貝氏體的韌性相當好。4)馬氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體保持在 Ms 點以下，就會發(fā)生擴散型的馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體實質(zhì)上是碳在αFe 中的過飽和固溶體，借助與過飽和的碳而強化。按含碳量的不同，又可分為板條馬氏體與片狀馬氏體。① 板條馬氏體板條馬氏體是在奧氏體晶粒內(nèi)部形成的馬氏體板條，其特征是條與條之間有一定角度，因此通常出現(xiàn)在低碳低合金鋼焊縫中，因而又稱為低碳馬氏體。低碳馬氏體不僅強度較高，而且具有優(yōu)良的韌性。② 片狀馬氏體片狀馬氏體一般出現(xiàn)于含碳量較高(ω C≥%)的焊縫中，它的特征是馬氏體相互不平行，有些可貫穿整個奧氏體晶粒。片狀馬氏體又稱為高碳馬氏體。它的硬度高而且很脆，因此不希望焊縫中出現(xiàn)這種組織。在以上金相組織圖片中，多數(shù)焊縫區(qū)組織中有鑄造特征，粗大的先共析鐵素體（白色）沿一次柱狀晶晶界分布，晶內(nèi)為細密的針狀鐵素體與珠光體（黑色） 。(2) 熔合區(qū)熔合區(qū)是母材向焊縫金屬過渡的區(qū)域，所經(jīng)歷的焊接熱循環(huán)峰值溫度處于固、液相線之間，又稱為半熔化區(qū)或過渡區(qū)。熔合區(qū)由于是過渡區(qū)寬度只有若干個晶粒，相當狹窄，一側(cè)為焊縫，另一側(cè)為處于粗大的過熱區(qū)組織的前沿。而且在普通光學顯微鏡下，熔合區(qū)與焊縫母材之間及熔合區(qū)與粗大的過熱區(qū)之間很難看出明晰的境界加以區(qū)別，但焊縫與過熱區(qū)之間則有明顯差別，在焊接接頭的宏觀腐蝕中，熔合區(qū)常呈現(xiàn)為線狀，表現(xiàn)為焊縫的輪廓線，即所謂熔合線。由于熔合區(qū)范圍狹窄，有時甚至不易辨別，故對焊接接頭的質(zhì)量影響不大。(3) 熱影響區(qū)對于 16Mn 熱影響區(qū)的組織及性能分析如下(見圖 )。蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)31圖 16Mn 鋼焊接接頭熱影響區(qū)各部分的組織變化Ⅰ.熔合區(qū) Ⅱ.過熱區(qū) Ⅲ.正火區(qū)Ⅳ.不完全正火區(qū) Ⅴ.再結(jié)晶區(qū) Ⅵ.藍脆區(qū)1)過熱區(qū)過熱區(qū)焊接時所經(jīng)歷的峰值溫度處在固相線與奧氏體晶粒迅速長大溫度 TG 之間。在這樣的高溫下，鋼材處于過熱狀態(tài)，奧氏體晶粒易于發(fā)生嚴重的長大現(xiàn)象，從而在冷卻后獲得晶粒粗大的、甚至出現(xiàn)魏氏組織的所謂過熱組織。過熱區(qū)存在有典型的魏氏組織。所謂魏氏組織是指當焊縫在高溫停留時間較長而冷卻速度又較高時，鐵素體從奧氏體晶粒內(nèi)部沿一定方向析出，以長短不一的針狀或片狀直接插入珠光體晶粒之中，而形成的組織。在該區(qū)中粗大的奧氏體晶界上分布著片狀的或針狀的先共析鐵素體，即魏氏組織鐵素體，并由晶界向晶內(nèi)生長。黑灰色塊區(qū)則為珠光體組織，由于該區(qū)晶粒粗大，并出現(xiàn)了魏氏組織，其性能尤其是韌性很差。常常是焊接接頭的最薄弱地區(qū)。2)正火區(qū)正火區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度范圍在奧氏體晶粒迅速長大溫度 TG(1100℃)之下，鐵素體、珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的相變溫度 Ac3 之上。焊接熱循環(huán)中金屬在此溫度范圍內(nèi)加熱時將轉(zhuǎn)變成晶粒細小的奧氏體，然后在空氣中冷卻得到均勻細密的鐵素體和珠光體，相當于熱處理是的正火組織，因而得名正火區(qū)。在該區(qū)晶粒明顯小于過熱區(qū)，而且鐵素體與珠光體均勻混合分布，因此這個區(qū)域性能較好，甚至超過母材。3)不完全正火區(qū)蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)32不完全正火區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度范圍處于 Ac1～A c3 之間。由金屬學可知，金屬在Ac1～A c3 范圍內(nèi)加熱時只有一部分組織發(fā)生相變重結(jié)晶過程。因此不完全正火區(qū)的焊后金相組織是在沒有發(fā)生相變的粗大鐵素體周圍，聚集著經(jīng)過重結(jié)晶分解的細密鐵素體和珠光體，其金屬組織不均勻，晶粒大小不一，力學性能自然也不太高。上面所討論的熱影響區(qū)幾個地段，焊接時所經(jīng)歷的峰值溫度都超過了相變點 Ac1，都全部或部分地發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，在普通的光學顯微鏡都可以觀察到明顯的組織特征。但母材中距離焊縫更遠的地區(qū)，雖然所經(jīng)歷的峰值溫度低于相變點，但仍有發(fā)生性能改變，以至超顯微的組織變化。因此對熱影響區(qū)還可劃分出再結(jié)晶區(qū)與藍脆區(qū)。4)再結(jié)晶區(qū)母材在經(jīng)過冷加工導致塑性變形時，將發(fā)生晶粒破碎，等軸晶變成非等軸晶等過程。從而使強度升高，塑性、韌性下降。當這樣的母材經(jīng)受焊接，其熱影響區(qū)的某一地段所經(jīng)歷的峰值溫度處于再結(jié)晶開始溫度至 Ac1 之間時，金屬將因受熱再結(jié)晶而使遭受破壞的晶粒生長成為新的等軸晶，力學性能得到恢復。這一地段也從而得名再結(jié)晶區(qū)。如果母材焊前未遭受冷加工變形，或雖遭受冷加工變形但已經(jīng)再結(jié)晶或重結(jié)晶，組織性能自然不再發(fā)生變化。5)藍脆區(qū)藍脆區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度約為 200?500℃，因此時強度略有升高，塑性、韌性下降(尤以 200?300℃)為甚，金屬表面呈現(xiàn)藍色的名。藍脆的機理尚不十分清楚，或可認為是由于固溶體有超顯微析出的時效過程所致。 顯微組織對比分析通過對比圖 和圖 以及圖 和圖 并將它們分別與圖 對比發(fā)現(xiàn)在焊接電流相同的條件下，焊接速度增大時，使熔池中心的溫度梯度下降很多，使熔池中心的成分過冷加大，在焊縫中心晶粒度增大，使晶粒得到細化，即針狀體素體含量增多，有效地增加焊縫的強度；同時由于焊接速度的增加，使焊接過程中的高溫停留時間縮短。使過熱區(qū)的晶粒來不及長大，從而使過熱區(qū)范圍減少，則產(chǎn)生焊接缺陷的來源減少；且使正火區(qū)的范圍增大，從而提高了焊接接頭的力學性能。通過對比圖 和 以及圖 和圖 并將它們分別與圖 對比發(fā)現(xiàn)在焊接速度相同的條件下，隨著焊接電流的減小焊縫區(qū)的晶粒度增大，是由于焊接電流減小時，焊接熱輸入減小，減小了焊縫在高溫區(qū)停留的時間，從而使焊縫區(qū)的成分過冷加大，在焊縫中心晶粒度增大，使晶粒得到細化，從而有效的改善焊接接頭的力學性能。 本章小結(jié)(1)了解并熟悉掌握 16Mn 薄板的焊接及其工藝。(2)熟練掌握了金相試樣的制備過程，并對金相顯微鏡的使用有一定程度的了解。蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)33(3)熟悉了金相組織的分析過程。對焊縫金相組織有進一步的了解。蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)34 結(jié)論本文通過對 16Mn 薄板不同參數(shù)的焊接，以及對在不同焊接參數(shù)下焊縫試樣的制備及其顯微組織的對比觀察與分析發(fā)現(xiàn)，當其它焊接參數(shù)相同的情況下增大焊接速度或減小焊接電流都能起到細化晶粒的作用，從而改善焊縫的力學性能。最后，通過本次實驗建立起了 16Mn 薄板焊條電弧焊焊接及制樣較完整的系統(tǒng)，并且較系統(tǒng)的分析了焊接試樣的金相組織，最終經(jīng)多次實驗確定了厚度為 5mm 的 16Mn 薄板焊條電弧焊時的焊接工藝規(guī)范見表 。表 焊 接 工 藝 規(guī) 范焊 條 直 徑 焊 接 電 流 焊 接 電 壓 焊 接 速 度φ 112A 22～ 28V 40cm/min蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)35致謝歷時將近兩個多月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導老師—胡春霞老師，她對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。以及在焊接操作工程中焊接操作老師也給我提供了很大幫助。在此向幫助和指導過我的各位老師表示衷心的感謝！感謝我的同學和朋友，是他們在此期間分擔了大量工作。還在論文的撰寫和排版等過程中提供熱情的幫助。同時我還要感謝家人對我的鼓勵和支持，正是他們的理解、關愛、支持和鼓勵使我不斷進取的動力。最后，感謝參加論文評審和答辯的各位老師的辛勤勞動！蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計(論文)36參考文獻[1] 1 ：機械工業(yè)出版社， [2]：冶金工業(yè)出版社， 2～18[3]—，[4]，[5]文申柳， 的焊接性分析 .中西南十省區(qū)( 市)焊接學會聯(lián)合會第九屆年會論文(1)2[6]，2022(5).79[7]，高等教育出版社，2022(2).1[8]，2022(1).1[9]，2022(1).32[10]，1999(10).281[11]， 2022(12).131[12]， 2022(8).15中國焊接 2022 年 3 月第 19 卷第一*池強，劉迎來，吉玲康和王鵬，管材研究所中國石油天然氣集團公司，西安，710065。吉玲康，西安交通大學，材料科學與工程學院，西安，710049。作者池強，郵箱：1譯文X80 管線鋼縱