控制和改善焊接接头性能

基础知识

焊接接头是由焊缝、熔合区和焊接热影响区组成的，是一个成分、组织和性能均不一样的不均匀体。因此，必须采取措施加以控制，改善焊接接头的性能。

任务实施

一、选用合适的焊接材料

焊接材料与母材不同的匹配将会影响焊缝金属的化学成分和性能，但不影响热影响区的组织和性能。

1.等强度原则

对于低碳钢、低合金高强度结构钢、低温钢，一般不要求焊缝金属与母材成分一样，而是要求力学性能与母材相近。为提高焊缝的抗裂性，减少焊缝中碳和硫、磷等杂质元素的含量。为提高焊缝的塑性和韧性，一般在焊接材料中加入碳化物或氮化物的形成元素，如钼、铌、钒、钛、铝等，以细化焊缝组织。

2.等成分原则

对于耐热钢和不锈钢等特殊性能的钢材，为保证焊缝具有与母材相接近的特殊性能，如高温性能和耐腐蚀性能等，其焊接材料的化学成分应与母材大致相同。

二、控制熔合比

熔合比将对焊缝金属的化学成分产生影响，进而影响焊缝金属的性能。

当焊接材料与母材的化学成分基本相同时，熔合比对焊缝和熔合区的性能无明显影响。当母材中合金元素较少，焊接材料中合金元素较多时，在这些合金元素对改善焊缝性能起关键作用的情况下，应减少焊缝中母材金属的含量，避免焊缝性能下降，这时应控制熔合比小一些。当母材中含合金元素较多，而焊接材料中合金元素较少时，如果这些合金元素对改善焊缝性能有利，则增加熔合比可提高焊缝性能。

当母材中碳和硫、磷含量较多时，应减少熔合比，以减少碳、硫、磷成分进入焊缝，提高焊缝的塑性和韧性，防止产生裂纹。

在生产中，常常通过调节焊接坡口的大小来控制熔合比。不开坡口，熔合比最大；坡口越大，熔合比越小。

三、选用合适的焊接工艺方法（表5-9）

表5-9 常用焊接方法对焊接接头性能影响

四、选择合适的焊接热输入及焊接参数

焊接热输入及焊接参数直接影响焊缝形状和焊接热循环特征，从而影响焊接接头的组织和性能。

1.焊接参数对焊接接头性能的影响及控制

采用小的焊接电流、较高的电弧电压焊接时，可以获得宽而浅的焊缝，结晶时最后凝固的低熔点杂质被推向焊缝表面，因而可以改善焊缝中心处的力学性能，并可防止产生热裂纹。若采用大电流、低电压焊接时，焊缝窄而深，凝固时形成严重的区域偏析，易产生热裂纹。

2.焊接热输入对焊接接头性能的影响及控制

焊接热输入越大，高温停留时间越长，焊接热影响区越宽，过热现象越严重，晶粒也越粗大，因而塑性和韧性严重下降；焊接热输入过小，则焊后冷却速度增大，易产生硬脆的马氏体组织，导致塑性和韧性严重下降，甚至产生冷裂纹。

对于淬硬倾向较小的钢，采用小的热输入时冷裂倾向也不大，所以从减少过热，防止晶粒粗化出发，应选用小的热输入；对于淬硬倾向较大的钢，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹产生，热输入应偏大些。但热输入过大，又会增大粗晶脆化倾向，这时采用预热等工艺措施配合小的热输入更为合理。