【正文】 區(qū)，特別是熔合區(qū)顯微組織變化特征及其轉變機理的最有效和最直觀的方法是利用較光學顯微鏡和掃描電鏡具有更高放大倍數和分辨率的透射電子顯微鏡（TEM）。許多學者甚至認為不可能制備出可供TEM觀察的熔合區(qū)薄膜樣品，這主要是由于異種鋼及異種金屬之間物理、化學性能、組織、成分、強度等相差很大的緣故。對異種金屬焊接的研究已經深入到各個領域工作中，重心偏向一下幾個方面： （1）新焊材的研制。研制出同時具有母材性能的焊材或填充材料，其意義等同于縮小母材的性能差異，減少碳的遷移，提高接頭的高溫持久性能，達到改善異種金屬焊接接頭的目的[3]。在石油化工和電站鍋爐等行業(yè)中，腐蝕成為異種鋼焊接接頭最常見的失效形式。因此，如何提高異種鋼焊接接頭抗腐蝕性能也是工程實踐中急需解決的難題[4]。 異種鋼焊接的問題由于異種鋼接頭兩側的母材無論從化學成分上還是物理、化學性能上都存在著差異，主要表現(xiàn)在： （1）結晶化學性差異（晶格類型、晶格常數、原子半徑、原子外層電子數等）：這決定兩種材料在冶金學上的相容性－無限固溶、有限固溶、形成化合物、產生中間相和不能形成合金。 （3）表面狀態(tài)差異（氧化膜性質、形態(tài)）。異種鋼焊接時存在以下焊接特點： （1）接頭中存在著化學成分的不均勻性異種鋼焊接接頭的化學成分不均勻性及由此而導致的組織和力學性能不均勻性問題極為突出，特別是對于第二類異種鋼接頭更是如此。這種化學成分的不均勻性對接頭的整體性能影響較大。比如用奧氏體不銹鋼焊條焊接低合金鋼與奧氏體不銹鋼之間的異種鋼接頭，在熔合區(qū)就存在著“碳遷移”現(xiàn)象，使熔合區(qū)靠焊縫一側形成增碳層，而低合金鋼一側形成脫碳層，在此區(qū)域內硬度變化劇烈，同時力學性能下降，甚至引起開裂。例如對于同類異種鋼接頭，一側母材強度較低，要求的焊后熱處理溫度也較低，而另一側母材強度及合金元素含量較高，要求的焊后熱處理溫度較高，此時如果PWHT溫度選擇不當，會使強度低的一側母材強度下降過度。對于母材都屬于鐵素體類鋼，其焊縫采用奧氏體不銹鋼焊條或鎳基焊條焊接的接頭，也屬于第二類接頭。本實驗采用的就是第二類接頭，珠光體鋼與奧氏體不銹鋼的焊接，對Q235和201奧氏體不銹鋼進行焊接。而奧氏體不銹鋼是不銹鋼中應用最廣泛、牌號種類最多的鋼種，也是較重要的一類不銹鋼。奧氏體類不銹鋼以奧氏體和少量δ鐵素體為主要組織，以Fe、Cr、Ni元素為主要合金成分。珠光體類鋼（主要包括低碳素鋼和低合金鋼）以鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體為主要組織，以Fe為主要成分。這兩類材料具有不同的組織和成分，使他們在熱膨脹、導熱和導電性等物理性能，腐蝕性等化學性能和脆—韌性、耐磨性及強度等機械性能方面存在較大的差異。在實際生產中，大多用奧氏體類鋼焊條或焊絲在珠光體類鋼母材上施焊成形所謂的異種鋼焊接接頭。奧氏體不銹鋼與珠光體鋼的焊接，首先這兩種鋼的組織和成分都不相同，焊接在一起時，焊縫金屬是由兩種不同類型的母材以及填充金屬材料熔合而成。主要表現(xiàn)在： （1）焊縫的稀釋。在這種稀釋的作用下使焊縫中的奧氏體形成元素含量減少，結果焊縫中可能會出現(xiàn)馬氏體組織，不斷發(fā)展，從而惡化了接頭質量，還可能會出現(xiàn)裂紋。 （2）當焊接時在焊接熱源的作用下，熔化的母材和填充材料相互混合的程度，在熔化池內和邊緣是不相同的。由于珠光體與奧氏體鋼填充材料的成分相差懸殊．就使珠光體鋼這邊的焊縫金屬會形成和焊縫金屬內部成分不同的過渡層。當馬氏體區(qū)較寬時，會使焊縫接頭的韌性降低，在使用過程中容易出現(xiàn)局部裂紋而脆裂破壞。另外還易發(fā)生脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化以及耐蝕性下降和應力腐蝕裂紋等缺陷。而貧鉻層的出現(xiàn)將在使用過程中易產生晶間腐蝕。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認為控制鐵素體是有效的，一般提倡在室溫下含5％以上的鐵素體。 （3）在由奧氏體不銹鋼和珠光體鋼組成的焊接接頭中．由于珠光體鋼的含碳量較高，而奧氏體不銹鋼則含合金元素較多，這樣就形成了在熔合區(qū)內珠光體鋼一側兩邊形成了碳和碳化物形成元素的濃度差。結果在靠近熔合區(qū)的珠光體鋼母材上形成了脫碳層而軟化，在奧氏體焊縫一側產生了增碳層硬化。 （5）由于氫在這兩種鋼中的溶解度不同，使焊接熔池在結晶過程中。兩者相互接近，氣體形成擴散，使擴散氫得以聚集，為產生遲延裂紋創(chuàng)造了條件，使焊接接頭受到破壞[7]。通過金相組織分析、硬度測試、熱處理等對焊接接頭的組織和性能進行研究，為異種鋼焊接作業(yè)提供參考依據。Q235和奧氏體不銹鋼的化學成分如表1所示。實驗時分成三組試樣，如圖1，以便后期的實驗對比。 201 201 201 Q235 Q235 Q235 圖1 焊接用鋼板 板材采用砂輪機切割，表面不光滑、邊上有毛刺且焊接區(qū)域內存在鐵銹和污漬，需要進行焊前的清理，采用砂輪機進行打磨。選擇的一般方法是：針對產品的材料性能和結構特征，根據各種焊接方法的特點，結合產品的生產類型和生產條件等因素，做綜合分析。圖2為手弧焊過程示意圖，焊條和工件之間產生的電弧將焊條和工件局部加熱到熔化狀態(tài)，焊條端部熔化后熔滴和熔化的母材融合在一起形成熔池，隨著電弧向前移動，熔池液態(tài)金屬逐步冷卻結晶，形成焊縫。折中焊接方法很簡單，可以用來焊接所有的材料，對于室外使用有很好的適應性，在電弧焊中，電弧長度取決于人的手；當你改變電極與工件的縫隙時，你也改變了電弧的長度。手工焊條電弧焊勞動條件差，生產率低。1mm以下的薄板不適合手弧焊。本實驗中，考慮到焊接實驗條件的限制，并且手工電弧焊焊接方便，能夠進行反復試驗，且操作簡單，適合我們進行焊接，同時手工電弧焊成本低，所以我們首先選擇手工電弧焊進行焊接。 圖2 手工電弧焊 焊接工藝設計 焊條的選擇 （1）在技術文件沒有明確要求情況下，電焊條的選用應根據母材的化學成份、機械性能、焊接接頭的抗裂性、焊前預熱、焊后熱處理及使用條件等因素綜合考慮，可參照表2進行。由上面可知，201奧氏體不銹鋼進行對接焊時，采用A102焊條；Q235鋼進行對焊時采用J422；201奧氏體不銹鋼與Q235進行對焊時采用A102焊條。綜上所述，結合實驗室資源，本實驗進行焊接時采用A102焊條，型號為E30816[9]。一般主要根據板厚選擇。開出坡口后，三組試樣如下圖： 圖3 三組試樣的坡口形式 工藝參數選擇 選擇合適的焊接工藝參數，對提高焊接質量和提高生產效率是十分重要。 焊條直徑 焊條直徑可根據焊件厚度、接頭型式、焊縫位置、焊道層次等因素進行選擇。焊條直徑與厚度的關系見表3：表3 焊條直徑與焊件厚度的關系焊條厚度/mm234～56～12≥13焊條直徑/mm2～44～54～6 焊接電流 （1）實際生產過程中焊工都是根據試焊的試驗結果，并根據自己的實踐經驗選擇焊接電流的。 （3）電流太小，焊接時飛濺和煙霧大，焊條發(fā)紅，熔池表面寬，容易燒穿、咬邊。 根據表4，確定焊接電流。電弧電壓的大小主要取決于電弧長度，電弧長，電弧電壓就高；電弧短，電弧電壓就低。 焊接速度在保證焊縫所有要求尺寸和質量的前提下，由操作者靈活控制。在實際操作中，焊工應要把具體情況靈活掌握，以確保焊縫質量和外觀尺寸滿足要求。而焊接速度是要根據實際操作情況由操作者進行控制。 （1）首先把鋼板用酒精清洗一遍，然后再用清水多洗幾遍，擦除板材表面的銹跡和污漬，以免對焊接造成不良影響[11]。 （3）實驗室中的A102焊條由于放置時間過長，可能受到潮濕，所以焊