大线能量焊接（一）

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　　钢板被广泛用于诸如建筑、桥梁、压力容器、储罐、管线和船舶等基础建设和大型建筑中。建筑构件的大型化和高层化发展趋势要求钢板的厚度增加，同时具有更高的综合性能，包括更高的力学性能、高效的加工性能以及优良的抗腐蚀性能和抗疲劳破坏性能等。

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　　但是，随着钢板强度的提高，其冲击韧度和焊接性能显著下降，焊接裂纹敏感性增加。特别是随着焊接线能量的提高，传统低合金高强钢的焊接热影响区性能(强度、韧性)恶化，易产生焊接冷裂纹问题，给大型钢结构的制造带来困难。由于焊接为厚板加工的主要方式，满足大线能量焊接性能也逐步成为各种钢种所具备的一种性能。所以，在追求高强度的同时，改善钢板的韧性以提高钢板的焊接性能越来越迫切。

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　　本文综述了大线能量焊接用结构钢的研究进展。

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　　提高钢大线能量焊接性能的主要技术手段

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　　钢大线能量焊接的主要难点在于其热影响区(HAZ)的强度和韧性随着输入线能量的增大而降低。因此，HAZ的韧性成为制约钢大线能量焊接的关键因素。为了解决HAZ的韧性问题，国内外相继开展了大线能量焊接用钢的研究工作，提出的改善韧性的方法主要有降低C含量和Ceq、利用微合金元素和氧化物夹杂细化奥氏体晶粒、获得韧性好的组织如针状铁素体以及贝氏体组织的超低碳钢、通过改进生产工艺提高韧性等。

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　　1奥氏体晶粒的细化

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　　晶粒细化是同时提高钢的强度和韧性的唯一途径。通过降低奥氏体的晶粒尺寸来增加形核点密度以细化铁素体晶粒的方法已经被广泛研究。原奥氏体晶粒越细小，HAZ的晶粒也就越小，韧性也就会越好。

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　　在钢中引入微量的合金元素，形成弥散分布的高熔点颗粒。这些颗粒一方面以“钉轧”的形式阻碍奥氏体晶界的迁移，限制奥氏体晶粒的长大，同时增加了相变过程中的形核点，从而使钢的组织更加细小。目前研究较多的是Ti元素对高温奥氏体的细化作用。研究发现，Ti在钢中形成细小弥散的TiN粒子，在焊接热循环过程中有效阻止奥氏体晶粒的长大，促进针状铁素体析出，从而改善HAZ的韧性。

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　　研究人员发现，Nb可以加强Ti的细化作用。Nb在钢中与N也有着强烈的亲和力，可以取代部分Ti，与N形成(Ti，Nb)N颗粒，其溶解温度在1350℃以上，可以钉轧、拖拽高温奥氏体晶界的迁移。进一步的研究发现，Ti-Nb微合金钢中含有大量尺寸细小的TixNb1-x(CyN1-x)粒子，粒子中Nb的相对含量在0.25～0.82之间，形状接近球形。这些粒子具有很高的稳定性，在焊接过程中这些粒子不仅能有效地阻止奥氏体晶粒长大、抑制粗大贝氏体的形成、还能够促进针状铁素体的析出和M-A组元的分解，从而显著改善低合金高强钢HAZ粗晶区的韧性。

　　2 HAZ组织的改善

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　　除了细化晶粒，改善HAZ组织也是提高钢板韧性的一个途径。当成分确定时，钢的韧性由组织和晶粒尺寸决定。研究结果表明，当大线能量焊接后的HAZ含有一定数量的针状铁素体(AF)时，将具有较高的强度和良好的韧性，所以很多研究都致力于在HAZ获得AF组织，并对AF的形核机理和合金元素对组织的影响做了探讨分析。

　　3添加合金元素控制钢的显微组织

　　通过添加微量合金元素，可改善钢板的韧性，提高焊接性能。合金元素在钢中形成细小的化合物颗粒，不仅细化晶粒，还充当AF的形核质点，形成更多的AF组织，或是降低有害夹杂的含量，从而提高材料的韧性。Ti、Nb、V的研究较多，此外Ni、Mn、Al、Si、Mo、B、Cu和RE等元素也有类似的效果。