焊缝性能的控制

3.1.4焊缝性能的控制

控制焊缝性能是控制焊接质量主要任务之一，主要通过焊缝的固溶强化、变质处理和调整焊接工艺。

焊缝金属的固溶强化和变质处理

改善焊缝金属凝固组织有效方法之一，向焊缝中添加某些合金元素，起固溶强化和变质处理（Modification）的作用。研究表明，通过焊接材料向熔池加入细化晶粒合金元素，如Mo、V、Ti、Nb、B、Zr、Al和稀土等，可改变结晶形态，使焊缝金属的晶粒细化，即可提高焊缝的强度和韧性，又可改善抗裂性能。

锰和硅对焊缝性能的影响

锰和硅使焊缝金属充分脱氧；提高焊缝的抗拉强度；对韧性的影响比较复杂。

改变Mn、Si含量对焊缝组织和冲击吸收功的影响

铌和钒对焊缝韧性的影响

适量的Nb、V可以提高焊缝的冲击韧性，因为Nb、V在低合金钢焊缝金属可固溶，从而推迟冷却中奥氏体向铁素体的转变，能抑制焊缝中先析铁素体的产生，而激发形成细小的AF组织。另外，形成氮化物，固定可溶性氮，提高焊缝韧性。但采用Nb、V来韧化焊缝，焊后不进行热处理，Nb、V的氮化物，以微细共格沉淀相存在，导致焊缝强度大幅度提高，焊缝韧性下降。

钛、硼对焊缝韧性的影响①Ti与O亲和力很大，在焊缝中以微小颗粒氧化物弥散分布，促进焊缝金属晶粒细化和针状铁素体形成。②在低合金钢焊缝中随O、N含量不同，Ti、B的最佳含量也发生变化。③Ti在焊缝中保护B不被氧化，B以原子态偏聚于奥氏体晶界，降低晶界能，抑制焊缝先析铁素体的形核与生长，促使生产针状铁素体，改善焊缝组织的韧性。

钼对焊缝韧形的影响

低合金钢焊缝中加入少量的Mo可提高强度，也能改善韧性。少量Mo，A→F固态相变温度上升，形成粗大铁素体（PF）；Mo>0.5%，转变温度降低，形成上贝氏体，韧性显著下降。加入微量Ti，更能发挥Mo的有益作用。

稀土元素对焊缝金属性能的影响

稀土在钢中的作用十分复杂，它可以与钢中有害杂质O、N、S等发生激烈作用，减轻和消除这种微量杂质的有害影响；改善组织和提高韧性。稀土在降低扩散氢、改善焊缝的抗热裂倾向、改善焊缝金属的韧性进行许多研究。初步认为是夹杂物的分布和形态不同所致。

碲在焊缝中的作用

碲（Te）和硒（Se）是属于同族元素。向焊缝过渡微量碲，可使焊缝金属中的扩散氢含量显著降低，从而使抗裂能力大为提高，并使焊条的抗潮性改善。起降氢韧化作用的根本原因是碲具有使铁水表面活化的作用，降低表面张力，使吸附和溶解于液态金属的氢量大大减少。

综上所述，采用微合金元素改善焊缝金属的组织和韧性是十分复杂的问题。增加焊缝金属中的AF，抑制先析铁素体的形成和长大，是重要韧化机制。

焊缝硬度与AF韧化的关系

焊缝在一定硬度范围内，AF增加，有利于提高焊缝韧性。

调整焊接工艺改善焊缝的性能振动结晶采用振动方法来破坏正在成长的晶粒，从而获得细晶组织。低频机械振动＜10000Hz振幅2mm高频超声振动20000Hz振幅10-4mm电磁振动改善组织性能，还能降低残余应力

焊后热处理

热处理可改善整个焊接接头组织，因此，重要结构一般都要进行焊后热处理。有整体热处理、局部热处理等。

多层焊接

相同厚度钢板，采用多层焊接可有效提高焊缝性能。由于焊缝断面减小改善凝固条件；后道焊缝对前道焊缝附加热处理。

锤击焊道表面

可改善后层焊缝的凝固组织，也能改善前层焊缝的固态相变组织；可产生塑性变形降低残余应力，提高韧性和疲劳性能。

跟踪回火处理

跟踪回火：当每焊完一道焊缝立即用火焰加热焊道表面，温度控制在900～1000℃左右。如手工电弧焊焊道平均厚度为3m