异种钢焊接性的研究现状和进展

唐豪

摘 要：站在焊缝金属、熔合区组织特征以及断口形态等角度上，针对国内外异种钢焊接性研究进展展开分析，希望可以在今后相关的工作人员对这个问题进行分析的时候起到一定程度的借鉴性作用，最终在我国社会经济发展进程向前推进的过程中做出一定的贡献。

关键词：异种钢；焊接性；研究现状；进展；分析

1 前言

现阶段我国社会经济发展进程向前推进的速度较为稳定，与此同时我国所处的时代是一个知识经济时代，各项科学技术发展和应用的速度都得到了大幅度的提升，各种类型的材料及设备出现的速度大幅度提升，創新型材料以及工艺措施得到的应用日渐广泛起来，因此也就会对各种类型工程机械构件的性能提出更高的要求，在硬度、耐磨性以及低温韧性等领域当中提出的要求比较高，某些情况之下，任意一种单一的金属材料都难以将实际应用需求满足，即便是某种单一的金属显得较为理想，也因为珍惜或者贵重，难以在工程项目当中得到较为广泛的应用。在此情况之下，应用各种类型焊接措施制造出来的异种钢结构零部件在我国社会各个领域当中得到较为广泛的应用，它不单单可以让各种类型材料本身的性能得到充分的应用，以便于可以让我国范围之内各个地区投入建设的工程项目提出的实际要求得到满足，也可以让工程项目成本得到有效的控制，最终可以让施工单位在实际工作的过程中获得更多的经济效益。

2 异种钢实际应用情况研究分析

异种材料在工程机械、交通运输与以及电站锅炉等领域当中得到的应用极为广泛。这种构件的强度水平和使用寿命和焊接接头的性能及工艺措施之间有着较为密切的相互关系。尤其是组织、成分和性能等和母材差异性较强的过渡性区域当中的组织和性能。比方说，我国内外各项调查工作进行的过程中，超高压和亚临界电站锅炉当中出现的爆管事故大多是异种钢焊接接头位置上的问题引发的，这种问题不单单会对电厂的实际生产造成一定程度的影响，也会引发一定的经济损失问题，甚至在某些情况之下也会对工作人员的人身安全造成一定程度的负面影响。在炼油设备铂重整装置的高温临氢系统当中应用到的异种钢哈街管线和加强裂化反应装置的异种材料熔覆界面当中，学术领域当中的研究人员发现，当在高温高压氢环境当中运作一段时间之后，焊接熔合区域当中出现剥离裂纹的几率比较高，因此想要对构件的使用寿命做出保证，自然会显得较为困难，从而也就会在工业生产领域当中带来一定的经济损失问题。在以往几十年的研究和发展当中，国内外学术领域的研究人员在异种钢焊接性领域当中积累下来了较为丰富的理论知识和实践经验。

3 异种钢焊接领域当中存在的问题

异种钢焊接接头指代的是主要是奥氏体钢材或者铁素体钢材之间相互连接形式，这种焊接在某些情况之下是不可避免的，有些情况之下是出于经济性和便捷性的考虑，但是在上文中提及到的焊接工作进行的过程中，仍然存在一定的问题，因此在推广的过程中起到了一定程度的阻碍性作用。

在室温环境之下，异种钢焊接接头区域力学性能往往都要比焊接母材的各项性能强，但是在高温之下或者高温环境之下长期运行之后，接头区域性能水平就会显得比母材低。；在奥氏体焊缝和珠光体钢母材当中存在一个马氏体熔合区域，这个区域的韧性水平显得较为低下，是一个硬度比较高的脆性层，也会引发构件失效破坏问题的薄弱区域，它的处在会让焊接结构的稳定性及安全性难以得到有效的保证；焊后热处理或者是在高温环境之下运行的过程中，会在焊接边界的两侧之上各自产生一个富碳区域和一个贫碳区域，这也是裂纹出现的主要原因之一；构件的失效破坏和正常使用时间、温度以及应力等因素之间有一定的相互关系；焊后热处理措施施行的过程中是难以将焊接接头位置上的残余性应力分布问题有效的解决掉的。

预热：针对低合金结构钢进行焊接的时候，焊接工作正式开展之前为了可以对接头冷裂纹问题出现的几率形成有效地控制，应当让接头组织性能得到有效的改善，并施行一定降低焊接应力的工艺措施。焊接之前的预热有利于：让焊接流程的热循环得到转变，让焊接接头各个区域高温转变和低温转变温度区间当中的冷却速度大幅度降低，在此基础上对淬硬组织出现的几率形成有效地控制；降低焊接区域的温度梯度，除此之外也可以让焊接接头的内应力有效地降低，使其的分布变得较为均匀。逐步提升焊接区域当中温度场的范围，将焊接接头始终放置在较为宽泛的区域当中，也可以对焊接应力造成的负面影响形成有效地控制。逐步提升焊接区域在100摄氏度的停留时间，因此可以让氢有效地从焊缝金属当中析出。预热温度也会变得较为明确，在钢材碳当量、板材厚度以及约束性体会是呢过的基础上，预热温度也会有一定的提升，但是在环境温度提升的情况下，预热温度却会降低。

4 异种钢焊接性问题研究进展

4.1 熔合区组织变化特性

在焊缝金属和热影响区域（HAZ）之间存在一定过渡性区域，称之为熔合区。这一个区域较为狭窄，假如说使用常规性的光学金相腐蚀方法观察的话，仅仅可以看到一个近似于直线的形状，因此也会被称之为融合线，但是应用现代化的电子显微镜在更高的倍数之下观察的话，可以将其称之为是熔合区。Savage等研究人员将熔合区定位了“不完全和混合区”与“部分熔化区”两个部分，之间是由焊接边界划分开来的。潘春旭等人使用透射电镜技术措施的最新研究成果，在更高的放大倍数和分辨率之下，针对融合区进行观察，发现熔合区当中的组变化十分复杂，是由单相奥氏体区、奥氏体+马氏体区以及类马氏体区域等结构构成的。

一般情况下认为“不完全混合区”是由马氏体或者类马氏体组织构成的，类马氏体组织当中是细小板马氏体、孪晶马氏体以及碳化物等构成的一个混合性组织，它的产生原理如下文所示：从焊接金属到母材的HAZ之间，在Cr和NI含量逐渐减少的情况之下，马氏体的温度逐渐开始提升，在Cr和Ni的含量降低到一定水平之后，尤其是在降低到5%一下之后，就会出现马氏体转变，构成一个马氏体层。“部分融化去”指代的是靠近焊接池附近的HAZ因为受到高温的影响而出现部分熔化的区域。潘春旭等人经过研究发现“部分熔合区”的宽度和形态和母材当中的碳含量之间有一定的相互关系，在母材当中碳含量提升的情况之下，呈现出来“锯齿状”的“部分融化区”的宽度会得到一定踹你的钴的提升，这其实是因为母材的局部熔化区特征和碳含量、冷却速度以及合金元素的偏析等问题之间有一定的相互关系。

以往异种钢结构显微组织研究工作使用到的方法大多情况之下是光学金相法，但是因为会受到腐蚀剂与光学显微镜放大倍数等因素的影响，因此，针对熔合区展开的研究并不是十分深入，在某些情况之下想要将熔合区显微组织腐蚀出来较为困难，那么很多以熔合区作为基础的断裂机理想要完全解释出来显得较为困难。潘春旭等研究人员在实际工作的过程中解决了样品制备领域当中的问题，针对熔合区显微组织变化特征展开更为深入的研究分析，不单单可以直接将熔合区当中的连续性组织变化规律观察到，与此同时也可以观察到组织成分突变的焊接边界。焊接边界的形态可以划分为奥氏体/马氏体边界和类马氏体/铁素体或者类珠光体边界。它们有可能同时存在于一个熔合区当中，也有可能仅仅存在一种，存在形式和熔敷金属及母材化学成分之间有一定的相互关系。

4.2 焊接接头位置的断口形态研究

针对异种钢焊接接头位置上的冲击断口形态进行分析，可以对接头各个特征区域当中的力学性能和脆性-韧性转变做出评价，依据各种类型的标准制备出来的冲击断口样品当中想要直接将狭窄的熔合区断口形态观察出来显得较为困难，尤其是难以从焊缝、熔合区以及热影响等层面上对母材的断口形态斤西瓜直观的研究分析，当缺口在熔合区当中的时候，冲击断口往往是沿着熔合区剥离下来的，因此想要得到连续的断口形态显得较为困难。除此之外，冲击数值也会显得较为分散，在上文中提及到的这种情况之下，一些研究人員需要使用到热模拟措施来制备出来大块样品，以便于可以在断裂研究工作进行的过程中起到一定程度的促进性作用。

现阶段各项研究工作进行的过程中使用到了创新型的样品制备措施，直接将熔合区在内的连续断口形态变化特征观察到，并且也可以将金相组织和断口形态之间的对比观察工作妥善的完成，观察发现浅韧窝和小解理面的混合区构成熔合区，HAZ当中也有二次裂纹问题，是纯粹的解理断裂。在室温或者低温环境之下接头之上韧性最为低下的并不是熔合区，而是HAZ当中的粗晶区域。但是在焊后热处理或者高温环境之下运行之后，在焊接融合区域当中的焊接边界之上逐步出现剥离开裂裂纹问题，这就说明了熔合区在焊后热处理之后演变为性能最为低下的区域。

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