鋼板焊接熱影響區(qū)處理至關(guān)重要，在焊接時(shí)，高溫?zé)嵩词箍拷缚p兩側(cè)一定范圍的組織和性能發(fā)生變化，形成熱影響區(qū)，它是焊接接頭的薄弱地帶。，厚鋼板焊接熱影響區(qū)處理需綜合多方面因素，一方面要依據(jù)鋼材成分和焊接工藝，合理控制焊接熱輸入，減少熱影響區(qū)范圍，可通過(guò)預(yù)熱、焊后熱處理等工藝措施，改善熱影響區(qū)組織性能，降低淬硬傾向和冷裂可能性，對(duì)于特定鋼種，如采用鎂處理工藝等，可針對(duì)性地改善大線(xiàn)能量焊接熱影響區(qū)性能，提升其韌性，

厚鋼板焊接熱影響區(qū)的問(wèn)題及處理

一、厚鋼板焊接熱影響區(qū)常見(jiàn)問(wèn)題

• 層狀撕裂問(wèn)題
  • 厚壁結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，若鋼材冶煉和軋制質(zhì)量不高，內(nèi)部存在沿軋制方向分層的夾雜物，焊接產(chǎn)生垂直于軋制方向的應(yīng)力時(shí)，在熱影響區(qū)或稍遠(yuǎn)地方會(huì)產(chǎn)生臺(tái)階形層狀開(kāi)裂，且可穿晶擴(kuò)展。其產(chǎn)生溫度一般不超過(guò)400℃，與母材金屬?gòu)?qiáng)度級(jí)別無(wú)關(guān)，與鋼中夾雜物數(shù)量及分布形態(tài)有關(guān)，在撕裂平臺(tái)常發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物，夾雜物越多、層片狀分布越明顯則越敏感。由于焊縫夾雜物控制嚴(yán)格，所以層狀撕裂發(fā)生部位在熱影響區(qū)而非焊縫金屬。它具有隱藏性，現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)手段難發(fā)現(xiàn)，修復(fù)困難且成本高。其機(jī)理是焊縫收縮導(dǎo)致高局部應(yīng)力以及母材厚度方向塑性變形能力差共同造成的，鋼內(nèi)非金屬夾雜物（如硅酸鹽和硫化物）在軋制中形成平行于軋向的帶狀?yuàn)A雜物，降低厚度方向塑性變形能力，厚板焊接時(shí)焊縫收縮在母材厚度方向產(chǎn)生很大應(yīng)力和應(yīng)變，應(yīng)變超母材塑性變形能力時(shí)，分離發(fā)生在夾雜物和金屬間形成微裂紋，裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變集中導(dǎo)致擴(kuò)展。
• 脆化問(wèn)題
  • 粗晶脆化：在熱循環(huán)作用下，焊接接頭熔合線(xiàn)附近和過(guò)熱區(qū)發(fā)生晶粒粗化。不同于一般熱處理單純晶粒長(zhǎng)大造成的脆化，這里晶粒粗大同時(shí)還伴隨著化學(xué)成分、組織狀態(tài)不均勻，這種非平衡條件下的粗晶脆化程度更嚴(yán)重。例如，不易淬火鋼粗晶脆化主要因晶粒長(zhǎng)大甚至形成粗大魏氏體組織；易淬火鋼則主要是產(chǎn)生脆硬的孿晶馬氏體所致。根據(jù)Hall - Petch公式，晶粒越粗大，脆性轉(zhuǎn)變溫度越高，脆性增加。
  • 析出相脆化：在焊接冷卻過(guò)程中或焊后回火、時(shí)效過(guò)程中，從過(guò)飽和固溶體中析出氮化物、碳化物或金屬間化合物時(shí)，會(huì)引起金屬或合金脆性增大。如焊接含有碳化物或氮化物形成元素的鋼時(shí)，過(guò)熱區(qū)母材原有第二相可大部分溶解，冷卻時(shí)因溶解度降低再次沉淀，但焊接高溫停留時(shí)間短、奧氏體均質(zhì)化程度低，再次沉淀的化合物呈塊狀不均勻析出（如AlN在晶界、Ti(C,N)在晶內(nèi)呈塊狀析出），會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致過(guò)熱區(qū)脆化；Fe3C沿晶界呈薄膜狀析出或形成粗大碳化物也會(huì)導(dǎo)致脆化；快速冷卻時(shí)若化合物來(lái)不及析出，在焊后回火或時(shí)效過(guò)程中也可能產(chǎn)生脆化（如回火脆化）。
  • 組織脆化
    • M - A組元脆化：在中等冷卻速度下形成M - A組元，在焊接冷卻過(guò)程中，奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)碳及合金元素向未轉(zhuǎn)變的奧氏體擴(kuò)散，使其碳濃度增加，隨后高碳奧氏體轉(zhuǎn)變成由高碳馬氏體與殘余奧氏體組成的島狀組織即M - A組元（有時(shí)馬氏體包含低碳板條馬氏體），M - A組元中的高碳馬氏體容易引發(fā)微裂紋，隨著其數(shù)量增多，韌脆轉(zhuǎn)變溫度顯著升高，導(dǎo)致熱影響區(qū)韌性降低。
    • 遺傳脆化：厚板結(jié)構(gòu)鋼多層焊時(shí)，若第一焊道的熱影響區(qū)粗晶區(qū)位于第二焊道的正火區(qū)（相變重結(jié)晶區(qū)）或兩相區(qū)，晶區(qū)的組織仍保留粗晶組織和結(jié)晶學(xué)的位向關(guān)系，其典型組織特征是在晶粒周?chē)騺喚Ы缟铣霈F(xiàn)成串非連續(xù)分布的等軸細(xì)晶，且過(guò)熱的粗群組織基本保留加熱前的大小和形貌。其脆化原因與晶粒粗大、M - A組元的產(chǎn)生以及孿晶馬氏體的增加有關(guān)，總之與M - A組元的存在密切相關(guān)。
  • 熱應(yīng)變時(shí)效脆化：在制造焊接結(jié)構(gòu)過(guò)程中，下料、剪切、彎曲變形等加工引起的局部應(yīng)變、塑性應(yīng)變對(duì)焊接熱影響區(qū)脆化有很大影響。分為靜應(yīng)變時(shí)效脆化（在室溫或低溫下受到預(yù)應(yīng)變后產(chǎn)生的時(shí)效脆化現(xiàn)象，特征是強(qiáng)度和硬度增強(qiáng)，塑性、韌性下降，只有鋼中存在碳、氮自由間隙原子時(shí)才會(huì)發(fā)生）和動(dòng)應(yīng)變時(shí)效脆化（一般在200 - 400?C溫度范圍的預(yù)應(yīng)變所產(chǎn)生的時(shí)效脆化現(xiàn)象，多數(shù)人認(rèn)為其機(jī)理是柯氏氣團(tuán)對(duì)于位錯(cuò)的釘扎作用）。例如Q245厚壁高壓管在服役過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生應(yīng)變時(shí)效脆化。
• 軟化問(wèn)題：焊前經(jīng)冷作硬化或熱處理強(qiáng)化的金屬或合金，在焊接熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生不同程度的失強(qiáng)現(xiàn)象，如經(jīng)過(guò)調(diào)制處理的高強(qiáng)鋼和具有沉淀強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化的合金，焊后在熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化或失強(qiáng)，焊接調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，熱影響區(qū)的軟化程度與母材焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。

二、厚鋼板焊接熱影響區(qū)的處理對(duì)策

• 針對(duì)層狀撕裂
  • 鋼材質(zhì)量方面：發(fā)展高純凈的Z向鋼，采用精煉方法冶煉含氧含硫量極低的鋼材，因?yàn)榉墙饘賷A雜物的種類(lèi)、數(shù)量和分布形態(tài)是產(chǎn)生層狀撕裂的本質(zhì)原因。
  • 焊接工藝方面
    • 避免使用過(guò)大的焊接熱輸入，防止因產(chǎn)生粗晶脆化使鋼材厚度方向塑性下降，即使是含雜質(zhì)極少的Z向鋼，如果存在脆性的粗晶組織，也會(huì)使厚度方向塑性降低。
    • 可采用雙側(cè)焊，避免單側(cè)焊，防止焊縫根部應(yīng)力集中；在承受Z向應(yīng)力的一側(cè)開(kāi)坡口；減少雜質(zhì)含量大的母材厚度；對(duì)于丁字接頭，可在承受Z向應(yīng)力的板上預(yù)先堆焊一層低強(qiáng)焊材，緩和焊接應(yīng)變。厚壁焊接結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中承受不同的Z向拘束應(yīng)力、焊后的殘余應(yīng)力及載荷，是造成層狀撕裂的力學(xué)條件，這些措施可有效應(yīng)對(duì)。
    • 氫可能誘發(fā)起裂，當(dāng)焊縫含氫量偏高且局部存在應(yīng)力集中時(shí)，氫可能先誘發(fā)冷裂紋，再以冷裂紋作為層狀撕裂的發(fā)源地，此時(shí)層狀撕裂與冷裂紋相伴而生。所以要采用防止冷裂紋的措施，如減少含氫量，適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，控制層間溫度。但對(duì)于遠(yuǎn)離焊縫熱影響區(qū)的母材處產(chǎn)生的層狀撕裂，焊縫中的氫不會(huì)產(chǎn)生影響。
• 針對(duì)脆化
  • 粗晶脆化防治：嚴(yán)格控制焊接熱輸入，采用預(yù)熱、后熱等工藝措施。常規(guī)的焊接工藝是焊前退火或正火處理，焊后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
  • 析出相脆化防治：優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，減少焊接過(guò)程中的高溫停留時(shí)間等，可一定程度上減少析出相脆化的影響。
  • 組織脆化防治
    • 對(duì)于M - A組元脆化和遺傳脆化，應(yīng)制定嚴(yán)格的焊接工藝參數(shù)，如焊前預(yù)熱溫度選MS+50 - 80?C，層間溫度不低于馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)MS，以避免在焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生非平衡的淬火組織，焊后應(yīng)進(jìn)行緊急后熱及調(diào)質(zhì)處理。
  • 熱應(yīng)變時(shí)效脆化防治：合理規(guī)劃制造焊接結(jié)構(gòu)過(guò)程中的加工工序，減少不必要的應(yīng)變和塑性變形，對(duì)于容易發(fā)生熱應(yīng)變時(shí)效脆化的材料和結(jié)構(gòu)，在加工過(guò)程中注意控制溫度、應(yīng)變等因素。
• 針對(duì)軟化：對(duì)于焊前強(qiáng)化的金屬或合金，可根據(jù)具體的母材焊前熱處理狀態(tài)，優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，減少熱影響區(qū)的軟化程度。例如調(diào)整焊接熱輸入、控制冷卻速度等。

厚鋼板焊接熱影響區(qū)層狀撕裂預(yù)防

厚鋼板焊接熱影響區(qū)脆化處理技術(shù)

厚鋼板焊接熱影響區(qū)軟化控制方法

厚鋼板焊接熱影響區(qū)質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)