【正文】 晶界的塑性變形能力，即不產(chǎn)生開裂的臨界應(yīng)變量。經(jīng)研究確認(rèn)，消除應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生是由于晶界優(yōu)先滑動(dòng)而導(dǎo)致微裂紋發(fā)生并擴(kuò)展所致。錯(cuò)誤！未指定書簽。上述三方面的應(yīng)力都是不可避免，由于都與拘束條件有關(guān)而統(tǒng)稱為拘束應(yīng)力，拘束應(yīng)力也是形成冷裂紋的重要因素之一?？傊?，鋼種的淬硬傾向決定了接頭中硬脆組織的數(shù)量，是促使冷裂紋形成的又一重要因素。特別是合金鋼含有較多的合金元素增加了鋼的淬透性，在焊接后冷速很大的時(shí)候易產(chǎn)生馬氏體，可以看出，冷卻速度提使馬氏體含量增加，導(dǎo)致裂紋率上升。焊道下裂紋率也隨著焊氫量的增加而上升。實(shí)驗(yàn)證明，隨著焊縫中擴(kuò)散氫含量的增加，冷裂紋率提高。(1) 控制焊縫中的硫、磷、碳等有害元素的含量(2) 對(duì)熔池進(jìn)行變質(zhì)處理 可細(xì)化晶粒，可提高力學(xué)性能和抗結(jié)晶能力(3) 調(diào)整熔渣的堿度 堿度越高，熔池中的脫硫、脫氧越完全(4) 調(diào)節(jié)焊接參數(shù)以得到抗裂能力較強(qiáng)的焊縫成形系數(shù)(5) 調(diào)整冷卻速度(6) 調(diào)整焊接順序，降低拘束應(yīng)力 焊接冷裂紋國際焊接學(xué)會(huì)（ⅡW）碳當(dāng)量計(jì)算公式：CE=C+Mn/6+(Cr+Mn+V)/5 +(Cr+Ni)/15(％)％說明有一定的冷裂傾向，需要采取必要的工藝措施。具體措施可選用脫硫能力較強(qiáng)的低氫型焊條，埋弧焊時(shí)選用超低碳焊絲配合高錳高硅焊劑，并從工藝上降低融合比。在這種情況下，應(yīng)采取必要的防治措施。由于20MnMoNb鋼母材的性能，以及其成分焊接的影響，便決定留在實(shí)際的焊接過程中焊接的問題主要來自兩個(gè)方面：焊接裂紋和熱影響區(qū)母材性能的下降。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。在工具鋼中可提高紅性。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。 Si的影響在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，－%的硅。 C的影響鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，%超過時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，%。 20MnMoNb的化學(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）CSiMnMoNbCrSPNiCu～～～～～≤≤≤≤≤ 20MnMoNb的力學(xué)性能公稱厚度(mm)熱處理狀態(tài)回火溫度（℃）σb（MP）σs（MP)δ5(%)Akv(J)HB≤300調(diào)質(zhì)630620～790≥470≥16≥41185～235＞300～500調(diào)質(zhì)630610～780≥460≥16≥41180～233 合金元素對(duì)20MnMoNb性能的影響20MnMoNb的化學(xué)成分為：C %～%，Si %～%，Mn %～%,Mo %～，Nb %～。目前，我國生產(chǎn)的低合金高強(qiáng)鋼品種較多，由于產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高和生產(chǎn)成本降低，使其在橋梁，船舶，車輛，起重機(jī)和農(nóng)機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 20MnMoNb的化學(xué)成分和力學(xué)性能20MnMoNb是一種低合金高強(qiáng)鋼，屬于細(xì)品粒熱處理強(qiáng)化鋼，供貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)處理，即在870℃水淬后，630℃進(jìn)行高溫回火。在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應(yīng)力時(shí)，可能沿鋼材軋制方向發(fā)生階梯狀的層狀撕裂。在鋼中加入氮化物形成元素，可以降低熱應(yīng)變脆化傾向，如16Mn比15MnVN的熱應(yīng)變脆化傾向大；退火處理也可大幅度地恢復(fù)韌性，降低熱應(yīng)變脆化，如16Mn經(jīng)600℃1h退火處理后，脆性轉(zhuǎn)變溫度大幅度提高。如有缺口效應(yīng)，會(huì)使亞臨界熱影響區(qū)的熱應(yīng)變脆化更為嚴(yán)重。熱應(yīng)變脆化產(chǎn)生在焊接熔合區(qū)及最高加熱溫度低于Ac1的亞臨界熱影響區(qū)。這是由于熱軋鋼焊接時(shí)，采用過大的焊接線能量，粗晶區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)魏氏組織等而降低韌性；線能量過小，會(huì)由于粗晶區(qū)中馬氏體組織的比例增大，而降低韌性，這在焊接含碳量偏高的熱軋鋼時(shí)較明顯。三焊件的殘余應(yīng)力主要決定于焊件的剛性、裝配和焊接工藝、焊件剛性大、裝配和焊接時(shí)造成的殘余應(yīng)力大時(shí)，易造成熱裂紋。二焊縫橫斷面的形狀與熱裂紋傾向也有關(guān)，狹而深的焊縫使偏析集中于焊縫的中心部分，熱裂傾向大，易形成中心線裂紋。此外，鋼中含銅會(huì)增加熱裂傾向。我國的普通低合金鋼中大部分含有一定量的錳。影響熱裂紋的因素是：一金屬的化學(xué)成分及成分偏析低合金結(jié)構(gòu)鋼內(nèi)碳和硫的增多，會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶，當(dāng)液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶時(shí)，液態(tài)的低熔點(diǎn)共晶偏析于晶界處最后凝固，此時(shí)晶界的強(qiáng)度很低，在焊接應(yīng)力作用下沿晶開裂，即為熱裂紋。三減少焊件的殘余應(yīng)力。針對(duì)冷裂紋產(chǎn)生的三個(gè)因素，我們?cè)诠采峡捎孟铝写胧┓乐够驕p少冷裂紋的產(chǎn)生：一減少焊接接頭是淬硬組織 將焊件預(yù)熱或提高預(yù)熱溫度、適當(dāng)增加焊接電流、減低焊接速度、控制層間溫度不小于預(yù)熱溫度、焊后緩冷或立即熱處理，都可減低焊接接頭的冷卻速度，以減少其淬硬組織。在焊接高強(qiáng)度級(jí)的厚板時(shí)，在易產(chǎn)生冷裂紋。必須指出，只有在上述三個(gè)因素同時(shí)存在時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。在焊接時(shí)，常在焊縫金屬和熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。此外，接頭形式不同時(shí)，其散熱情況不同，冷卻速度也不同。 16MnR焊接缺陷的分析16MnR焊接過程中一個(gè)重要的特點(diǎn)是熱影響區(qū)有較大的淬硬傾向,其影響因素如下：（一）化學(xué)成分 鋼中化學(xué)成分不同時(shí)其淬硬傾向也不同，一般是含碳量和所含合金元素量越高，其淬硬傾向就越大，強(qiáng)度等級(jí)高時(shí)，含碳量或合金元素較多，故淬硬傾向較大；（二）冷卻速度 焊件在焊接后冷卻速度越大，其淬硬傾向也越大，焊件的冷卻速度決定于二個(gè)因素：①不能改變的因素：如鋼板的厚度、尺寸大小、接頭形式等。針狀鐵素體與塊狀鐵素體具有不同的斷裂特征，當(dāng)裂紋穿過針狀鐵素體時(shí)，通過形變削減前端的應(yīng)力集中，裂紋呈波浪起伏狀態(tài)擴(kuò)展，以形成撕裂韌窩狀斷口，沖擊韌性較高。焊縫中細(xì)小的互相交叉的針狀鐵素體以晶內(nèi)非金屬夾雜物形成核心。當(dāng)焊縫中存在高比例的針狀鐵素體時(shí)，低溫韌性顯著提高。焊縫的強(qiáng)度匹配系數(shù)是表征焊接接頭力學(xué)性能非均質(zhì)性的重要參數(shù)之一，焊縫強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之比大于1稱為超強(qiáng)匹配，等于1成為等強(qiáng)匹配，小于1稱為低強(qiáng)匹配。3) 焊縫的強(qiáng)韌性匹配鋼材的強(qiáng)度性能是焊接高強(qiáng)度鋼的主要力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)確定許用的主要依據(jù)，而抗拉強(qiáng)度是強(qiáng)度儲(chǔ)備的重要指標(biāo)。一般認(rèn)為在200400℃最為明顯。當(dāng)然，在鋼中若含有較多的碳和合金元素時(shí)，也應(yīng)注意快冷時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而造成脆化。并與沉淀強(qiáng)化的元素有關(guān)。正火鋼的過熱區(qū)脆化與魏氏組織無關(guān)，除晶粒粗化外，主要是在1200℃的高溫下，其沉淀強(qiáng)化作用的碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)分解并溶入奧氏體中，而在隨后的冷卻過程中來不及析出而固溶在基體中，結(jié)果使鐵素體的硬度上升，韌性下降。16MnR焊接時(shí)，熱影響區(qū)的主要變化是過熱區(qū)脆化和可能發(fā)生的熱應(yīng)變脆化。目前，熔合區(qū)的研究大多集中于化學(xué)成分的不均勻性，凝固過渡層、馬氏體脆性層、擴(kuò)散層、殘余應(yīng)力分布等方面。限制焊縫含氫量對(duì)于防止焊接冷裂紋至關(guān)重要，鋼材的強(qiáng)度級(jí)別越高，冷裂傾向越大，對(duì)氫的含量要求就越嚴(yán)格?，F(xiàn)代工業(yè)中高強(qiáng)度鋼焊接結(jié)構(gòu)的大量運(yùn)用，易發(fā)生失效的熔合區(qū)裂紋引起人們的高度重視。在實(shí)際生產(chǎn)中，必須對(duì)具體鋼種進(jìn)行一系列的焊接性能實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況制訂切實(shí)可行的焊接工藝規(guī)范。焊接裂紋實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也表明，焊接碳當(dāng)量公式和焊接裂紋出現(xiàn)率之間，沒有明顯的規(guī)律性。16MnR的焊接裂紋，是由焊接熱影響區(qū)的組織，焊接區(qū)域金屬中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及結(jié)構(gòu)件的外部約束等因素的綜合作用所造成的，而焊接熱影響區(qū)的最高硬度，主要反應(yīng)了組織、化學(xué)成分和焊接區(qū)冷卻速度的影響。在這些非調(diào)質(zhì)鋼中，由于加入合金元素較多，其焊接碳當(dāng)量增大，焊接熱影響區(qū)的最高硬度隨之提高。我國目前所廣泛應(yīng)用的普通低合金鋼，其焊接碳當(dāng)量可按下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；Cd=C+Mn/6+Cr/5+Ni/15+Mo/4+V/5+Si/24+P/2+Cu/13焊接碳當(dāng)量（Cd）與材料焊接熱影響區(qū)的最高硬度之間，存在著一定的關(guān)系。因此，希望鋼中能含有某些抗回火軟化和抗回火脆化的合金元素，為了避免接近熔合線部分的晶粒因受高溫而過于粗化，也希望鋼中含有一些細(xì)化晶粒的合金元素。又因?yàn)殇摫旧韺?dǎo)熱快，迅速的冷卻下來，這樣，熱影響區(qū)的熱循環(huán)分別與淬火，正火或回火的熱循環(huán)相似。16MnR的焊接性能，主要取決于它的淬透性、回火性和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 16MnR焊接性分析 16MnR的焊接鋼的焊接性主要取決于化學(xué)成分，鋼種元素對(duì)焊接性影響最大的是C，16MnR屬于非熱處理強(qiáng)化鋼，C及合金元素的含量都比較低，總體看來焊接性良好。%，為了提高淬透性，適量加入C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等合金元素，具有較高的淬硬性。低合金鋼焊接熱影響區(qū)的組織分布與母材的熱處理狀態(tài)有關(guān)。目前，美、日、德等國家在設(shè)計(jì)上已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的合金化概念，不再是單純的依靠增加和調(diào)整鋼中的合金元素來增加鋼的性能。16MnR為了獲得滿意的強(qiáng)度和韌性的組合，晶粒尺寸必須細(xì)小、均勻，而且應(yīng)是等軸晶。低合金高強(qiáng)度鋼的發(fā)展和在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用日益廣泛促進(jìn)了世界各國對(duì)其的開發(fā)研究工作的不斷深入。抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之比成為屈強(qiáng)比。鋼的強(qiáng)度級(jí)別不同，加入的合金元素及其含量也不同，成分設(shè)計(jì)既要能滿足性能要求，又要能滿足其經(jīng)濟(jì)性。這些元素可以推遲珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變，使產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度降低。此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Mo、V、W、Ni、Si、B和Cu等。熱軋及正火條件下，合金元素對(duì)塑性和韌性的影響與其強(qiáng)化作用相反，即強(qiáng)化效果越大，塑性和韌性降低越多，當(dāng)鋼中的合金元素的含量超出一定范圍后會(huì)出現(xiàn)韌性大幅度下降。所有這些合金元素或者與Fe形成固溶體，或者形成碳化物（除了Ti、Nb和Ta），都產(chǎn)生了延遲奧氏體分解的作用，并由此提高了鋼的淬硬傾向。Cr、Al、Ti、和V合金元素對(duì)氮具有較高的親和力，并能形成穩(wěn)定的氮化物。按照氮在元素周期表中的位置和其原子半徑判斷，氮在鋼中的作用與碳相似。各種合金元素在不同程度上改變了鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué),、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等元素都能提高鋼的淬硬傾向,而Ti、Nb、Ta等碳化物形成元素則降低鋼的淬硬傾向。 16MnR的化學(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）CMnSiSP≤～～≤≤屈服強(qiáng)度≥305（MPa）抗拉強(qiáng)度470～500（MPa）延伸率≥20（%）0186。第四要具有良好的塑性和韌性。它是使基體本身在低溫不易于交叉滑移。因此具有更好的塑性、韌性和焊接性能，更好的抗冷脆性能和較小的時(shí)效傾向，以保證壓力容器的安全性和可靠性，以及低溫韌性要求。與16Mn低合金鋼相比16MnR降低了S、P含量，對(duì)含碳量下限不作具體規(guī)定。第三要具有高的耐蝕性。其次要具有優(yōu)良的焊接性。16MnR作為壓力容器用鋼，應(yīng)具備以下要求:首先要具有足夠的強(qiáng)度。并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小16MnR是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入一定的合金元素所構(gòu)成,低合金鋼中的合金元素一般不超過5%，以提高鋼的強(qiáng)度并保證其具有一定的塑性和韌性。合金鋼（C%)，廣泛應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器等。在低合金的材質(zhì)里，此種材質(zhì)為最普通的。所以，焊接異種材料時(shí)需要采取相應(yīng)的工藝措施來控制過渡層以保證接頭的性能。過大的融合比，會(huì)增加母材對(duì)焊縫金屬的稀釋度，使過渡層更為明顯；焊縫金屬與母材的化學(xué)成分相差越大。生產(chǎn)中往往由于表面氧化膜和其他吸附物的存在給焊接帶來極大地困難。為了改善異種材料的焊接性，防止在異種材料接頭冷卻過程產(chǎn)生的相變組織轉(zhuǎn)變?cè)斐山宇^冷裂紋，對(duì)不能形成無限固溶體的異種材料和合金，可在倆種被焊材料之間加入過度層合金應(yīng)該滿足與倆種被焊金屬均能形成固溶體的要求。倆種被焊接材料在冶金學(xué)上是否相等，取決于它們?cè)谝簯B(tài)和固態(tài)時(shí)的互溶性以及做好倆種材料在焊接過程中是否產(chǎn)生新相結(jié)構(gòu)或金屬間化合物。當(dāng)異種材料熱物理性能的較大差異使熔化和結(jié)晶狀態(tài)不一致時(shí)，就會(huì)給焊接造成一定的困難；倆種材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，會(huì)使異種材料接頭區(qū)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力和變形，易使焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋；異種材料電磁性相差較大時(shí)，焊接電弧不穩(wěn)定，焊縫成形不好甚至形成不了焊縫。4）由于接頭塑性韌性的下降以及焊接應(yīng)力的存在，異種材料焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋，尤其是焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)更容易長生裂紋，甚至發(fā)生斷裂。2）異種材料焊接過程中，由于金相組織的變化以及新生成的物相結(jié)合或化合物，可使焊接接頭的性能惡化，給焊接帶來很大的困難。 異種材料焊接的困難異種材料的焊接與同種材料焊接相比，有很大的不同。對(duì)于相互溶解度有限、物理化學(xué)性能差別很大的異種材料，由于熔焊時(shí)的互相擴(kuò)散作用會(huì)導(dǎo)致接頭部位的化學(xué)成分和金相組織不均勻或生成脆性化合物，所以異種材料熔焊時(shí)應(yīng)降低稀釋率，盡量用小電流、高焊速，或是在坡口一側(cè)或兩側(cè)堆焊中間合金過渡層。按加熱方法不同還可以分為烙鐵釬焊，火焰釬焊，爐中釬焊，電阻釬焊，感應(yīng)釬焊等。按釬焊溫度的高低，釬焊通常分為低溫釬焊，中溫釬焊及高溫釬焊。顯然，這樣的接頭首先要保證熔化的釬料能很好地流入并填滿接頭的間隙，其次是釬料與母材相互擴(kuò)散而形成金屬結(jié)合。 釬焊釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)連接焊件的一種焊接方法。有的也加熱至熔化狀態(tài)，然后加壓將液態(tài)金屬擠出，但仍以固相結(jié)合而形成接頭。文中分別闡述了以上三種方法的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展，并且論述了不同方法的優(yōu)勢與劣勢，對(duì)今后鋁鋼焊接研究進(jìn)行了展望。從20世紀(jì)60年代開始，許多學(xué)者便對(duì)鋁鋼之間的連接進(jìn)行了詳細(xì)的研究。汽車輕量化的要求必然涉及到鋁鋼之間的焊接。1994年以來，美國政府已為此投入了15億美元的研究開發(fā)資金，減輕整車重量是其中的一個(gè)核心目的。從2