焊縫性能的控制

3.1.4焊縫性能的控制

控制焊縫性能是控制焊接質(zhì)量主要任務之一，主要通過焊縫的固溶強化、變質(zhì)處理和調(diào)整焊接工藝。

焊縫金屬的固溶強化和變質(zhì)處理

改善焊縫金屬凝固組織有效方法之一，向焊縫中添加某些合金元素，起固溶強化和變質(zhì)處理（Modification）的作用。研究表明，通過焊接材料向熔池加入細化晶粒合金元素，如Mo、V、Ti、Nb、B、Zr、Al和稀土等，可改變結(jié)晶形態(tài)，使焊縫金屬的晶粒細化，即可提高焊縫的強度和韌性，又可改善抗裂性能。

錳和硅對焊縫性能的影響

錳和硅使焊縫金屬充分脫氧；提高焊縫的抗拉強度；對韌性的影響比較復雜。

改變Mn、Si含量對焊縫組織和沖擊吸收功的影響

鈮和釩對焊縫韌性的影響

適量的Nb、V可以提高焊縫的沖擊韌性，因為Nb、V在低合金鋼焊縫金屬可固溶，從而推遲冷卻中奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，能抑制焊縫中先析鐵素體的產(chǎn)生，而激發(fā)形成細小的AF組織。另外，形成氮化物，固定可溶性氮，提高焊縫韌性。但采用Nb、V來韌化焊縫，焊后不進行熱處理，Nb、V的氮化物，以微細共格沉淀相存在，導致焊縫強度大幅度提高，焊縫韌性下降。

鈦、硼對焊縫韌性的影響①Ti與O親和力很大，在焊縫中以微小顆粒氧化物彌散分布，促進焊縫金屬晶粒細化和針狀鐵素體形成。②在低合金鋼焊縫中隨O、N含量不同，Ti、B的最佳含量也發(fā)生變化。③Ti在焊縫中保護B不被氧化，B以原子態(tài)偏聚于奧氏體晶界，降低晶界能，抑制焊縫先析鐵素體的形核與生長，促使生產(chǎn)針狀鐵素體，改善焊縫組織的韌性。

鉬對焊縫韌形的影響

低合金鋼焊縫中加入少量的Mo可提高強度，也能改善韌性。少量Mo，A→F固態(tài)相變溫度上升，形成粗大鐵素體（PF）；Mo>0.5%，轉(zhuǎn)變溫度降低，形成上貝氏體，韌性顯著下降。加入微量Ti，更能發(fā)揮Mo的有益作用。

稀土元素對焊縫金屬性能的影響

稀土在鋼中的作用十分復雜，它可以與鋼中有害雜質(zhì)O、N、S等發(fā)生激烈作用，減輕和消除這種微量雜質(zhì)的有害影響；改善組織和提高韌性。稀土在降低擴散氫、改善焊縫的抗熱裂傾向、改善焊縫金屬的韌性進行許多研究。初步認為是夾雜物的分布和形態(tài)不同所致。

碲在焊縫中的作用

碲（Te）和硒（Se）是屬于同族元素。向焊縫過渡微量碲，可使焊縫金屬中的擴散氫含量顯著降低，從而使抗裂能力大為提高，并使焊條的抗潮性改善。起降氫韌化作用的根本原因是碲具有使鐵水表面活化的作用，降低表面張力，使吸附和溶解于液態(tài)金屬的氫量大大減少。

綜上所述，采用微合金元素改善焊縫金屬的組織和韌性是十分復雜的問題。增加焊縫金屬中的AF，抑制先析鐵素體的形成和長大，是重要韌化機制。

焊縫硬度與AF韌化的關系

焊縫在一定硬度范圍內(nèi)，AF增加，有利于提高焊縫韌性。

調(diào)整焊接工藝改善焊縫的性能振動結(jié)晶采用振動方法來破壞正在成長的晶粒，從而獲得細晶組織。低頻機械振動＜10000Hz振幅2mm高頻超聲振動20000Hz振幅10-4mm電磁振動改善組織性能，還能降低殘余應力

焊后熱處理

熱處理可改善整個焊接接頭組織，因此，重要結(jié)構(gòu)一般都要進行焊后熱處理。有整體熱處理、局部熱處理等。

多層焊接

相同厚度鋼板，采用多層焊接可有效提高焊縫性能。由于焊縫斷面減小改善凝固條件；后道焊縫對前道焊縫附加熱處理。

錘擊焊道表面

可改善后層焊縫的凝固組織，也能改善前層焊縫的固態(tài)相變組織；可產(chǎn)生塑性變形降低殘余應力，提高韌性和疲勞性能。

跟蹤回火處理

跟蹤回火：當每焊完一道焊縫立即用火焰加熱焊道表面，溫度控制在900～1000℃左右。如手工電弧焊焊道平均厚度為3m