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焊后热处理的缺陷及预防
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内容提示：氧化——过厚的氧化铁皮其危害性很大 一是会使钢材的损耗量增加;二是钢材或焊件因铁的消耗而造成尺寸不合格;三是氧化皮传热性很差,阻碍钢在淬火时迅速冷却,使钢
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焊后热处理的缺陷及预防
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1/2 1 ABCD ① A类接头& 是筒体纵缝的对接接头。为什么把纵缝列为A类接头呢？因为其所受的工件应力比B类接头高一倍，也就是说筒体纵缝应力是环绕应力的一倍。 在压力容器爆破试验中，裂口一般均在纵缝上。有时听到媒体报道某水管爆裂、某油管爆裂，问题多半发生在纵缝。 ② B类接头& 如筒体环缝等。A类接头和B类接头都是锅炉、压力容器、压力管道中的重要焊道。 ③ C类接头& 为角接头。如法兰与管道，管子与管板等角焊缝。对于高压容器焊缝要求全焊透。作为管道按图纸设计要求而定。 ④ D类接头& 主管道与支管、与人孔管接的相贯焊缝，处于应力集中部位，弹性应力集中系数大致在1.5～2.5范围内，焊缝在较高应力状态下工作。同时，焊接时刚性拘束较大，容易产生缺陷。因此D类接头是锅炉、压力容器、压力管道中的重要焊缝。 2．影响管道焊接的质量因素
① 焊接缺陷，特别是未焊透。例如某圆柱形管道钢梁，现场装焊时人无法进去双面焊，只得在管子内衬垫板单面焊。以下三种情况均无法全焊透：不开坡口，手工电弧焊缝无法达到要求；虽然开了坡口，但不到位，角度太小、太浅，无法熔透；坡口符合要求，但根部间隙太小，无法熔透。表面质量很好，实际上50%深度是虚焊。 ② 责任性不强，素质不高。工厂内有这么一条规章制度，也是一条工艺纪律。即施工前对上道工序实行检验，若不合格，必须返修且合格后才能进行下道工序。如果发现坡口间隙不合格，不能擅自焊接。若这样做，可以避免事故。 ③ 虽然最终焊接接头质量可以用射线探伤，把住质量关，探伤仪是科学的、不会作假，可是探伤的部位是人选的，值得指出的是，往往因疏忽大意，探伤时的误探和漏探是十分有害的，误探导致不必要的返修，影响焊接接头的性能；漏检则意味着可能使超标缺陷留存于焊接接头中，成为导致结构破坏的潜在危险因素。产品质量检验队伍中，有一大批忠于职守、认真负责、大公无私的优秀人员，在焊缝的重要部位划出要探测检查的标记，严格把关。但也有个别的人事先摸透了检测人员的意图，知道某部位要探测，该部位焊接特别好，一次拍片合格率很高。可是，其他未探测部位是否有隐患呢？所以，除了对探伤设备及灵敏度和可靠性重视外，还必须加强对检验探伤人员培训，以便从探伤把关，控制和确保压力管道的制造质量。 ④ 把握住主体和附件的质量关系。压力容器（含压力管道）的焊缝固然重要，可是附件的焊缝也不能疏忽，有时往往从附件引发到主体的损坏。有批液氮钢瓶，主焊缝焊得很好，全部达到要求。业主提出为了平时滚动方便，要在筒体上焊两道扁钢，以便套上橡胶圈。扁钢是附件，可是由于扁铁箍的接头没有焊牢，仅焊了一些点焊。在日常滚动运行时（由于充气时筒体膨胀，无负载时筒体收缩），该扁钢的裂缝引发到筒体上出现裂缝。联想到有些内部衬垫板的筒体，垫板接头没焊牢，也出现类似问题。可见附件的缝缺陷会引发到主体上去，这是必须引起注意的。缺陷的存在、性能的下降、应力水平的提高是焊接接头区成为结构中薄弱环节的三大要素。因此从一条焊缝接头的质量反映了压力容器、压力管道的制造质量，并直接影响到结构的使用安全性。影响管道焊接质量的因素很多，将在以后有关章节介绍。 &
① 铁素体& 用符号F表示，其特点是强度和硬度低，但塑性和韧性很好。含铁素体多的钢（如低碳钢）就具有软面韧性好的特点。 ② 渗碳体& 是碳和铁的化合物（分子式Fe3C2），其性能与铁素体相反，硬而脆。随着钢中含碳量增加，渗碳体含量也增加，硬度、强度增加，塑性、韧性下降。 ③ 珠光体& 是铁素体、渗碳体二者组成的机械混合物，用符号P表示，其性能介于铁素体和渗碳体之间，其硬度和强度比铁素体高。但是因为珠光体中的渗碳体要比铁素体少得多，所以珠光体脆性并不高。在高位显微镜下可以清楚地看到珠光体中的片状铁素体与渗碳体一层层地交替分布，随着片层密度增大、层间距减小，珠光体硬度和强度增高，但塑性和韧性下降，总的评价是，其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高、硬度适中，有一定的塑性。 ④ 奥氏体& 用符号A表示，其强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，无磁性。 ⑤ 马氏体& 用符号M表示，有很高的强度和硬度，很脆，塑性很差，延展性很低，几乎不能承受冲击载荷。马氏体加热后容易分解为其他组织。 ⑥ 贝氏体& 是铁素体和渗碳体的机械混合物，介于珠光体和马氏体之间的一种组织，用符号B表示。根据形成温度不同分为：粒状贝氏体、上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。粒状贝氏体强度较低，但上仍较好的韧性；B上韧性最差，B下既具有较高的强度，又具有良好的韧性。 ⑦ 魏氏组织& 是一种过热组织，由彼此交叉约60°的铁素体针片嵌入钢的基体而成的显微组织。碳钢过热，晶粒长大后，高温下晶粒粗大的奥氏体以一定的速度冷却时很容易形成魏氏组织，粗大魏氏组织使钢材（或焊缝）塑性、韧性下降，脆性增加。 ⑧ 莱氏体& 大于727℃的莱氏体称为高温莱氏体；小于727℃的莱氏体称为低温莱氏体，莱氏体性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。 & 三、影响焊缝金属的杂质和气体 1. 硫 硫是焊缝中有害元素之一，它与铁生成低熔点的硫化铁（FeS）。焊接时FeS会导致焊缝热裂和热影响区出现液化裂纹，使焊接性能变坏，降低冲击韧性和耐蚀性，促使产生偏析。同时，硫以薄膜形式存在于晶界，使钢的塑性和韧性下降。 熔液中的Mn、MnO、CaO具有一定的脱硫作用，与硫反应后，生成MnS、CaS都进入熔渣中。由于MnO、CaO均属碱性氧化物，在碱性熔渣中含量较多。所以碱性熔渣脱硫能力比酸性熔渣强。因此，焊接含硫偏高的钢材，采用碱性焊条具有抗裂作用。 2．磷 CaO 3 （1） 气体的来源 焊接过程中，焊接区内充满大量气体，主要有CO、CO2、H2等。由于焊条、焊丝、工件潮湿，有油污、铁锈，受热后产生气体以及空气侵入熔池。采用低氢型焊条施焊时，焊缝含氢量比较低，用CO2气体保护焊时，含氢量最低。氢使焊缝塑性严重下降，是产生气孔的根源，也会导致延迟裂纹的产生，还会在拉伸试样断面上出现白点。 减少焊缝金属含氢量常用的措施有： ① 消除焊件和焊丝表面上的铁锈、杂质和油污； ② 对焊丝、焊剂、焊条进行烘焙，保持干燥； ③ 在焊条药皮和焊剂中加入适量的氟石（CaF2）、硅砂（SiO2），具有较好的去氢效果； ④ 采用低氢型焊条、超低氢型焊条和碱性焊剂； ⑤ 在焊接低合金钢对接焊缝时，为防止焊接时吸入空气及潮湿，可在背面先用手工焊封底，正面用碳刨刨槽焊接，再反身将原先的封底焊刨去，正式封底焊，这样可防止底部吸入空气，效果很好。 （2） 氧气 氧气主要来源于空气、药皮和焊剂中的氧化物、水分及焊接材料表面的氧化物。焊缝金属中含氧量增加，焊缝强度、硬度和塑性会明显下降，出现热脆、冷脆和时效硬化，并在焊缝中形成气孔。 在焊接材料中加入脱氧剂，以铁合金的形式加入到药皮中去，如锰铁、硅铁等。埋弧焊常采用合金焊丝，如H08MnA、H10MnSi等，脱氧效果较好。所以用碱性焊条施焊，其含氧量较低，塑性、韧性相应提高。因此，碱性焊条常用来焊接低合金钢及重要结构。 （3） 氮气 氮气主要来自焊接区周围的空气。氮是提高焊缝金属强度、降度塑性和韧性的元素，也是导致焊缝中产生气孔的原因之一。 &
CMnSi0.18%σb400～700MPa），公式为 & &&&&&&&&&&&&&&& Mn&&& CrMoV&& NiCu &&&&&& CeqC──────────── &&&&&&&&&&&&&&&& 6&&&&&&&&& 5&&&&&&&& 15 &
PcmC0.07％～0.22％、含Mn0.4％～1.4％、σb400～900MPa的低合金高强度钢，计算公式为 & &&&&&&&&&&&&&&& Si&&& MnCuCr&& Ni&&& Mo&&& V &&&&&& PcmC────────────＋──＋5B &&&&&&&&&&&&&&& 30&&&&&&& 20&&&&&&& 60&&& 15&&& 10 & ITOCeq&0.4％时，钢材的淬硬倾向很小，可焊接性好，焊前一般不需要预热；Ceq＝0.4％～0.6％时，钢材的淬火倾向逐渐增大，焊前需适当预热，并采用低氢型焊条焊接；Ceq&0.6％，淬硬倾向大，较难焊接，焊前需认真预热，并严格控制焊接工艺参数。常用材料的碳当量Ceq见表1（供参考）。 1& Ceq
TB/T4.1H2GB150-1998GBH2 C2σbF/(Bδ)σmax，集中系数KT＝σmax/σm。
焊接接头中产生应力集中的原因如下。 ① 工艺缺陷中，如气孔、夹渣、裂纹、未焊透（以裂纹及未焊透引起应力集中最严重）； ② 不合理的焊缝外形，余高C太高，使θ角增加，焊缝外形不光滑，余高与母材相交处突变，γ角太小，以及角焊缝余高太高，焊趾太大。 ③ 不合理的接头设计，接头截面突变，采用衬垫板的对接接头不合理，易造成应力集中。 对接接头应力集中，主要取决于C、θ及γ。从表2中DBJ 08-216―95对应的示意图进行分析，δ＝10mm，当C＝4mm，γ＝0.5时，KT≈2.4，γ＝3.0时，KT＝1.5；当C＝2mm，γ＝0.5时，KT＝1.8，γ＝3.0时，KT＝1.3。由此可见，C减小，γ增加，则应力集中系数KT降低；γ越小，KT越大，对强度越不利。 现在焊缝增强量改称余高，要改变过去那种增强量越高越好的观念。把过多的熔敷金属（焊条）堆积在焊缝上，浪费材料，造成变形，极不经济，因此，要严格控制焊缝余高。为了焊缝强度，减少应力集中，必须注意余高与母材合理过渡（降低C，加大γ）。 2. T形接头焊缝余高 图3(b)结构开坡口并焊透，大大降低T形接头、十字接头、角接接头应力集中。其焊趾尺寸不小于t/4，熔敷金属量为不开坡口的67.5％。设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似构件的腹板与上述结构连接焊缝的焊趾尺寸e＝t/2，熔敷金属量为不开坡口的75%焊趾尺寸允许偏差为0～4mm。 可以降低应力集中，提高焊缝强度，又可节约人力物力，降低成本，提高经济效益。
六、引弧板、引出板和包角焊 （1）引弧板和引出板 引弧时由于电弧对母材的加热不足，应在操作上防止产生熔合不良、弧坑裂纹、气孔和夹渣等缺陷的发生，并不得在非焊接区域的母材上引弧和防止电弧击痕。当电弧因故中断或到焊缝终端时，应防止产生弧坑及发生弧坑裂纹。
压力管道和压力容器的薄弱环节是纵缝（其受力是端缝一倍），纵缝的薄弱环节是两端（即引弧端和熄弧端）。为了保证焊接质量，在对接焊的引弧端和熄弧端，必须安装与母材相同材料的引弧板和引出板，其坡口形式和板厚原则上应与母材相同。引弧板和引出板的长度：手工电弧焊及气体保护焊为25～60mm，半自动焊为40～60mm，埋弧自动焊为50～100mm，熔化嘴电渣焊为100mm以上。 引出板焊接后，当筒体在压力机上或辊床上校正之后，一般可用气割方法将其割去，气割时在距母材3～5mm处进行，然后用砂轮打磨平整。严禁用锤击落，以防在焊缝端部产生裂纹。 （2）包角焊 当角焊缝的端部在构件上时，转角处宜连续包角焊，起落弧点不宜在端部或棱角处，应距焊缝端10mm以上，弧坑应填满。
& 七、焊接热效率、热循环、线能量、预热温度和层间温度 1.& 焊接热效率 焊接过程中，由电极（焊条、焊丝、钨极）与工件间产生强烈气体放电，形成电弧，温度可达6000℃，是比较理想的焊接热源。由热源所产生的热量并没有全部被利用，而有一部分热量损失于周围介质和飞溅中。被利用的热占发出热的百分比就是热效率。它是一个常数，主要取决于焊接方法、焊接工艺、极性、焊接速度以及焊接位置等。各种焊接方法的热效率见表3。 表3& 各种焊接方法的热效率
2. &焊接热循环 在焊接热源作用下，焊件某点的温度是随着时间而不断变化的，这种随时间变化的过程称为该点的焊接热循环。 当热源靠近该点时，温度立即升高，直至达到最大值，热源离去，温度降低。整个过程可以用一条曲线表示，此曲线称为热循环曲线，见图6。距焊缝越近的各点温度越高，距焊缝越远的各点，温度越低。
焊接热循环的主要参数是加热速度、加热所达到的最高温度、在组织转变温度以上停留的时间和冷却速度。 加热到1100℃以上区域的宽度或在1100℃以上停留时间t△，即使停留时间不长，也会产生严重的晶粒粗大，焊缝性能变坏。t△越长，过热区域越宽，晶粒粗化越严重，金属塑性和韧性就越差。当钢材具有淬硬倾向时，冷却速度太快可能形成淬硬组织，极易出现焊接裂纹。从t8/5可反映出此情况，有时还常用650℃时的冷却速度υ650℃或800～300℃的冷却时间t8/3来衡量。应当注意的是熔合线附近加热到1350℃时，该区域的冷却过程中约540℃左右时的瞬时冷却速度，或者800～500℃时的冷却时间tP8/5对焊接接头性能影响最大，因为此温度是相变最激烈的温度范围。 影响焊接热循环的因素有：焊接规范、预热温度、层间温度、工件厚度、接头形式、材料本身的导热性。 3.& 焊接线能量 熔焊时，热源输给焊缝单位长度上的能量，称为焊接线能量。 电弧焊时的焊接规范，如电流、电压和焊接速度等对焊接热循环有很大影响。电流I与电压U的乘积就是电弧功率。例如，一个220A、24V的电弧，其功率W＝5280W，当其他条件不变时，电弧功率越大，加热范围越大。在同样大的电弧功率下，焊接速度不同，热循环过程也不同，焊接速度快，加热时间短，冷却得快；焊接速度慢，则相反。 为了综合考虑焊接规范参数对热循环的影响，就引入“线能量q”这一概念。线能量是输入焊缝单位长度内的焊接热量。 & &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&IU &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& q＝ ── &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& υ 式中&&& q――线能量，J/mm； I――焊接电流，A； U――电弧电压，V； υ――焊接速度，mm/s。 例如ф4mm焊条，I＝180A，U＝24V，υ＝2.2mm/s时，线能量q＝2160J/nn。线能量q与IU成正比，与υ成反比。不锈钢焊接一定要采用小电流快速焊，保持在最低值，可以提高接头的耐蚀性。 线能量增大时，热影响区宽度增大，1100℃以上停留时间）增加，800～500℃的冷却时间延长，650℃时的冷却速度减慢。表4列出了线能量和预热温度对焊接热循环参数的影响。表5列出了三种焊接方法线能量q的比较。 从表4可以看出，线能量从2000J/mm增加到3840J/mm时，在1100℃以上停留时间从5s增加到16.5s，而650℃时的冷却速度从14℃/s下降到4.4℃/s。 表4& 线能量和预热温度对焊接热循环参数的影响
表5& 三种焊接方法线能量q比较
从表5可以看出，埋弧自动焊q最大，手工电弧焊q最小。生产中根据钢材成分、工件的技术要求，在保证焊缝成形良好的前提下，适当选择焊接方法，调节焊接规范，以合适的线能量焊接，可以获得优质的焊接接头。 线能量过大会使焊接接头过热，晶粒粗大，对接头塑性和韧性不利。对于低温钢和强度等级较高的低合金钢，更应严格控制焊接线能量，才能保证焊接接头性能。经验表明，碳当量Ceq＞0.4%的低合金钢，焊接线能量就应加以控制。 4.& 预热温度 预热的主要目的是为了降低焊缝和热影响区的冷却速度，减小淬硬倾向，防止冷裂纹。合理预热还可以改善焊接接头的塑性，减少焊后残余应力。从实践中得出的经验，下列焊件或环境下需要对焊件进行预热： ① 焊接强度级别较高的焊件； ② 焊接有淬硬倾向的钢材； ③ 焊接导热性特别好的材料； ④ 刚性大较大、厚度较大的焊件； ⑤ 当焊接区域周围环境温度低于0℃时； ⑥ 设计图纸技术要求中特别注明的焊件。 预热温度应根据材质结构点而定。《钢结构施工及验收规范》中规定：焊件厚度δ＞50mm的碳素结构钢，δ＞36mm的低合金结构钢，施焊前应进行预热，焊后应进行后热，预热温度控制在100～150℃，预热区域为焊道两侧，每侧宽度应大于2δ且不小于100mm，δ为板厚。 环境温度低于0℃时，预热、后热温度应根据工艺试验确定。结合某些工厂的生产实践，关于16Mn钢低温焊接预热温度的规范见表6。 表6& 16Mn钢低温焊接预热温度
16Mn钢出现裂纹的可能性还与接头形式、结构刚性等因素密切相关，T形接头散热最快，淬硬倾向最大；对接接头散热最缓；十字接头介于两者之间。从刚度比较，十字接头刚性最大，故其裂纹倾向也最大；T形接头、搭接接头裂纹程度较轻，有时裂纹往往出现在头道焊缝和焊根上，因此焊接大刚性、大厚度焊件时，头道焊缝的焊接工艺很关键。同样在低温下焊接，气候越潮湿，则出现裂缝的倾向性就越大。 5.& 层间温度 多层多道焊对改善焊接性能有着特殊作用，它不仅由于焊接线能量小可以改善焊接接头的性能，而且由于后焊焊道对前一焊道及其热影响区进行再加热，使加热区组织和性能发生相变重结晶，形成细小的等轴晶，使塑性和韧性得到改善。 层间温度是指多层多道焊时，当焊接后道焊缝时，前道焊缝的最低温度。对于要求预热焊接的钢材，层间温度一般应等于或略高于预热温度，若层间温度低于预热温度，应重新进行预热，控制层间温度也是为了降低冷却速度，并可促使扩散氢逸出焊接区，有利于防止产生裂纹。 & 八、焊接接头剖析 人体是由无数细胞组成，健康的细胞保证了人体的健康。一项钢结构工程是由无数个焊接接头组成，接头质量的好坏，关系到安全使用。焊接接头既然如此重要，不妨将焊接接头分析一下，逐个分析其利害关系。
在焊接过程中，各区进行着不同的冶金过程，并分别经常不同的热循环和应变循环的作用，各区的组织和性能有较大差异。 1.& 熔合区 这种冶金过程比炼钢炉复杂得多，熔合区旁边是熔合线，是焊接接头中母材热影响区与焊缝的交界部位，即焊缝轮廓线，此线是不规则的、呈锯齿形曲线。熔合线附近，由于温度高，母材晶粒发生严重长大，使焊缝金属塑性下降，是力学性能最差的部位，熔合线组织与性能也不均匀。 2.& 焊接热影响区的组织和性能 一提起热影响区，就知道这个区域是焊接接头组织最薄弱的地方。实践表明，焊缝质量在相当程度上决定于热影响区。例如，焊缝破裂往往发生在热影响区。压力容器、压力管道做爆破试验时，一般在热影响破损，当然也有发生在焊缝中部，那是由于未焊透、夹渣等缺陷引起。下面从三种材料分析研究热影响区状态。 & （1）不淬火钢和易淬火钢 ① 过热区& 低碳钢为1100～1490℃，该区铁素体和珠光体全部转化为奥氏体，晶粒开始急剧长大，长大程度与过热温度及高温停留时间有关，停留时间越长、晶粒越粗大，出现粗大的魏氏组织，使该区的塑性和韧性大大降低。 ② 正火区& 低碳钢为900～1100℃，又称细晶粒区或相变结晶区，该区晶粒细小均匀，具有较高强度、塑性和韧性，是焊接接头中综合力学性能最好的区域。 ③ 部分相变区& 低碳钢为750～900℃，又称不完全重结晶区。由于组织和晶粒大小极不均匀，故该区力学性能也不很好，强度有所下降。 ④ 再结晶区& 碳钢为450～750℃，力学性能无明显影响。 ⑤ 淬火区& 相当于不易淬火钢的1―过热区、2―正火区。此区域焊后出现淬火组织，故硬度、强度增高，塑性韧性下降。由于组织不均匀，易产生冷裂纹。 ⑥ 部分淬火区& 该区的不完全淬火组织使塑性和韧性下降。 ⑦ 回火区& 母材焊前为退火状态，则在Ac1温度（给723℃）以下区域，一般不发生组织变化而保持原始状态；若母材焊前可淬火状态或淬火加低温回火状态，则在低于Ac1的不同温度和停留时间下将获得不同的回火组织。 （2）不锈钢热影响区划分 ① 过热区& 加热温度在Tks～Ts（1100～1500℃）之间，该区域中母材仍为奥氏体或铁素体（因加热和急剧冷却时奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢均不发生相变）。 若温度大于Tks，奥氏体或铁素铁晶粒急剧长大，温度越高，停留时间越长，晶粒越粗大，使该区塑性和韧性下降。 ② σ相脆化区& 普通纯度铁素体不锈钢母材或焊缝中ωCr＞21%时，若在520～820℃长期加热会出现一种又硬又脆的FenCrm，HV高达800～1000，称为σ相，割断了晶间的联系，使该区的塑性和韧性严重降低，而且抗晶间腐蚀性能也有所下降。 ③ 敏化区& 加热温度在850～450℃之间，在该温度停留一定时间（如在700～750℃，只需停留十几秒后），奥氏体不锈钢中碳和铬在晶粒边界处形成碳化铬（Cr23C8），使晶粒边界处奥氏体局部贫铬，奥氏体不锈钢丧失抗晶间腐蚀能力。 ④ 475℃脆性区& 加热温度600～400℃，在该温度停留一定时间后，铁素体不锈钢的硬度显著增高，冲击韧性严重下降，一般称为475℃脆性。有些奥氏体不锈钢在一定条件下，也会产生475℃脆性，如焊缝中当铁素体含量较高时，若在350～500℃区间停留数十或数百小时，易出现475℃脆性。 3.& 热应变脆化区 由于焊接热应变作用而发生脆化的区域称为热应变脆化区。形成的原因及条件是，对于低碳钢、低合金高强度钢和低合金低温钢，当钢中含有较高的氮时，在焊接热循环和焊接应变循环作用下，焊接接头某些区域会出现热应变脆化现象。 热应变脆化区的温度范围约在600～200℃之间，250℃是最敏感温度。脆化的程度与温度及在该温度下的热应变量有关，热应变量越大，脆化程度也越大。 热应变脆化区的塑性和韧性显著下降，这是焊接接头另一薄弱地带，必须引起注意。 综上所述，可以得出一条结论，焊接接头区是焊接结构中的一个薄弱环节，其原因是：组织和性能存在着很大的不均匀性，产生了不利的粗大组织（粗大魏氏组织、粗大奥氏体、粗大铁素体、粗大马氏体），析出不利的组织带和脆性相，使接头性能大大下降，焊缝中容易产生焊接缺陷。 & 九、焊缝金属的结晶组织 焊接熔池从液相向固相的转变的过程称为焊接熔池的一次结晶，焊接熔池凝固以后，焊缝金属从高温冷却到室温时还会产生固态相变和不同的组织，称为焊缝金属的二次结晶。焊缝组织不但与化学成分有关，还与上述二次结晶有关。 1.& 特点 焊接熔池体积小，周围的冷金属包围着它，冷却速度快（4～100℃/s），温差大，熔池中心液体金属处于过热状态（平均温度2300℃），碳钢和普通低合金钢的熔池平均温度为1770℃±100℃，因此熔池中心和边缘存在着很大温差；焊接时，焊条在熔池运动且有吹力，使熔池发生强烈搅拌，在运动状态下熔池结晶。 2.& 特征 （1）柱状晶 通常先在熔池边缘熔合区母材的晶粒上以柱状形状向焊接熔池中心生长，直到在熔池中心相互阻碍时停止，这种柱状形态的晶体为柱状晶。 （2）晶核 熔池中的液体金属，在一定条件下，凝固时会产生晶核。 （3）等轴晶 由于晶体沿各个方向长大的速度接近，长大的晶体称为等轴晶。当然焊缝中常见的是：内部微观形态有脆状晶、脆状树枝晶和树枝晶，有时也会出现等轴晶。 （4）偏析 熔池液体在以下三种条件下结晶。 ① 在不平衡且冷却速度很快条件下进行。 ② 由于结晶有先后之分，造成成分不均匀。 ③ 由于碳、合金元素及硫磷杂质组织“熔质元素”，先结晶的中心部分含熔质元素较低，后结晶的固相表面含熔质元素较高，因此产生了所谓的偏析现象。焊缝中偏析分为显微偏析、宏观偏析和层状偏析三种。熔池表面沸腾使熔质翻动、熔池中温差引起对流、磁力作用引起搅拌，从而使柱状晶在长大向前推移的同时把熔质元素逼向熔池中心，浓度不断增加，凝固时产生很高程度偏析，这种在焊缝中心线产生的偏析称为宏观偏析。在凝固过程中，晶体长大速率呈周期性变化，导致化学成分不均匀性，产生了分层组织，称为层状偏析。 偏析严重影响焊缝质量，是导致产生裂纹、夹杂和气孔的主要原因之一。 3.&
焊缝金属二次结晶组织 焊缝金属化学成分、焊接工艺和热处理工艺不同，焊缝金属二次结晶组织各不相同，二次结晶组织类型和特征直接关系到焊缝金属性能。焊缝晶粒度对性能的影响，焊缝组织及特征见表7。
表7& 焊缝组织及特征
　 从强度看，马氏体比其他组织强度高，贝氏体次之，铁素体＋珠光体再次之，铁素体和奥氏体较低。从塑性和韧性看，奥氏体比其他组织好，铁素体＋珠光体次之，粒状贝氏体具有较好的韧性，下贝氏体有良好的韧性，上贝氏体韧性最差。高碳马氏体硬而脆，几乎没有韧性。低碳马氏体具有相当的强度和良好的塑性、韧性相结合的特点。从抗裂性看，铁素体＋珠光体组织和奥氏体抗裂性较高；奥氏体＋少量铁素体双相组织双单相奥氏体更具有好的抗裂性。贝氏体＋马氏体对冷裂纹敏感性最大。 & 十、焊接变形和焊接应力 焊接变形和焊接应力都是熔焊产生的副作用，会给焊接结构的力学性能带来负面影响，如何在焊接中防止焊接变形和焊接应力已成为焊接技术工作者悉心关注的问题。 1.& 焊接变形 焊接是在高温状态下进行的，焊接时熔池温度高达1700多摄氏度，构件受热是局部的、不均匀的，焊缝区域受热后要膨胀，但是焊缝四周的金属又处于冷的状态，阻止受热金属的膨胀，使受热金属（焊缝金属）产生了压缩应力。同时，金属在高温时，其屈服点σs很低（当温度为700℃，其屈服点仅为原来的10%左右），当热金属内的压缩应力超过屈服点σs后，）焊缝内的热金属就会造成塑性压缩文治武功，此种塑性压缩文治武功是不可逆的。随着加热金属的冷却，压缩应力随之减小、消失；进一步冷却，加热区段开始增长反方向的应力（拉伸应力）。但由于周围冷金属的阻止，使得热金属（焊缝）不能得到充分的收缩，因而又使其内部呈现拉伸应力，造成结构变形。 从上述分析可以看出，焊接应力与变形的产生，是焊缝区域受热不均匀和焊缝周围金属的约束所致，而热膨胀过程中出现的塑性压缩变形，便是冷却中产生残余变形的根源。 在钢板上面纵向堆焊一条焊缝，此焊缝长为L，宽为B。把堆上去的焊缝看成是加在钢板上的热能，将焊缝的投影面积看成是一分离的板条B×L。板条受热后，假定四周没有冷金属的约束，板条势必膨胀，膨胀长度△L，膨胀宽度△B。但是实际上板条B×L不是分离的，四周会受到冷金属的约束而无法膨胀，所以板条是缩短了长度△L、宽度△B。板条的缩短是由于产生残余压应力σ0，且σ0＞σs所致。因而板条产生塑性变形（缩短）。 当焊接完毕，温度降低时，σ0亦下降，板条要收缩，但是由于四周冷金属的阻止，使得板条无法得到充分的缩短，因而产生了残余应力（拉应力）。板条内的拉应力使四周的冷金属造成压缩，四周的板受到压缩柏，在平面内将出现波形。对于厚度在8mm以下的板，因为它的临界应力比屈服点低得多，因此当焊缝收缩时，焊缝内呈现的残余拉应力（即四周冷金属所受到的压应力）会超过临界应力，因而板易丧失稳定性而出现波浪形，在板边会产生皱折。
假如在板的边缘堆焊，且板是狭长的，则存在板内的拉应力会使板条呈现弯曲变形。又因为焊缝是堆焊于钢板的上面，板的受热在厚度上分布是不均匀的，因此板要以焊缝处为转折点而产生角变形。角变形与板厚有关，厚板比薄板的角变形小，这是因为厚板的抗弯模数大，塑性变形小。角变形又与焊趾的大小有关，加大焊趾容易造成角变形。因此，从防止变形的观点出发，在保证焊缝强度的条件下，连续的角焊缝比间断的角焊缝变形要小。 总之，焊接会引起结构的纵向和横向收缩变形、角变形、波浪形及构件边缘的皱折等，并能引起结构的总体变形。 2.& 影响焊接变形的因素 影响焊接变形的因素如下。 ① 焊接规范，变形大小主要受焊接规范的影响，采用大电流和降低焊接速度都会使线能量增大。 ② 焊缝尺寸，主要取决于板厚及设计的强度要求。 ③ 焊接工艺，主要取决于焊接方向、焊接程序和焊道层数等。 ④ 焊接结构和刚性及采取的边界约束措施。 钢板对接，板厚δ≥10mm时采取对称X形坡口比较有利于防止角变形。但是角变形程度与焊接程序有关，对于某一侧，先焊该侧便先产生角变形，这是由于每焊道焊后，焊件拘束度增加，故一侧先焊焊道阻住另一侧后焊焊道的自由收缩变形。因此，只有对称交替控制焊法，才能使两侧角变形抵消。 钢结构焊接以后的变形规律，焊缝趋向于缩短。例如，两根板制钢管对接，接头处出现凹陷变形（见图12），要用加热法将凹陷的接头拉平是不可能的。大型筒体对接也是如此，越是用火在焊缝旁加热矫正，越会增大变形倾向，惟一办法在装配以后，焊前采取防变形措施。
3.& 控制焊接变形的措施 ① 合理的结构设计和焊缝布置及焊缝坡口& 这对预防和减小焊接变形将起重要作用，焊缝尽可能对称布置，焊缝不能太密集，焊缝不要布置在大开口处以及应力集中的部位，压力管道及压力容器、封头各种不相交的拼焊焊缝中心线间距离至少应为封头钢材厚度δ的3倍，且不小于100mm。 ② 合理焊接& 控制焊缝余高、控制焊缝尺寸、采取合理的焊接程序能有效地减少焊接变形。例如厚板对接，采用多层多道焊，焊长焊缝时，直道变形最大；从中段向两端施焊时变形则有所减小，从中段两端逐段退焊时变形最小，采用逐段跳焊也可减少焊接变形。 ③ 刚性固定法& 利用外加刚性拘束的方法可以减小焊件焊后变形，称为刚性固定法。利用两块板拼焊对接，在焊前将它固定在钢平台上，借助钢平台的刚性，防止钢板变形。又如一根管子，其一侧要焊很多接管，焊缝不对称，势必使管子纵向弯曲，可以将两板管子摁绑起来，抵消焊接变形。 ④ 反变形法& 焊接H型钢或T型钢，预先将翼板压弯一个角度，以抵消焊接后的角变形，又如两块钢板对接，为防止角变形，预先将焊缝处传填高，将两边用重物压牢或固定，这样做可以减少角变形。 4.& 焊接应力 （1）产生焊接应力的原因 焊件受力不均或受热不均而产生焊接应力。常见的有：拘束应力，在焊接过程中主要由于结构本身或外加拘束作用而引起的应力，有的采用刚性拘束法控制变形，变形是少了，可是焊接应力却大了；焊接残余应力，是焊接过程结束后，冷却不均匀，留存于焊接结构的内应力。 （2）焊接应力对使用的影响 ① 使焊接接头区域能承受的载荷下降，接头强度降低。 ② 焊接接头处于低周疲劳载荷作用。由于存在较高的拉伸残余应力，若该区域处于结构应力集中部位或结构刚性拘束较大部位，或焊接缺陷较多部位，则拉伸残余应力的存在是十分危险的，使结构使用寿命下降，并易导致低应力脆断事故的发生。若该焊件接触腐蚀介质，由于拉伸残余应力可促使应力腐蚀开裂，也可能引起低应力脆断。对于高温容器一个特殊的性能是抗蠕变性能，即钢材在高温下受外力作用时，随着时间的延长缓慢而连续地产生塑性变形现象，称为蠕变。对于高温下长期工作的锅炉压力容器所用钢材应具有良好的抗蠕变性能，以防止因蠕变而产生大量变形导致结构破裂和造成爆炸事故。抗蠕变是如此重要，而残余拉应力有加速蠕变的作用，可见残余应力对高温容器的危害性。 （3）需要消除焊接残余应力的构件 ① 塑性较差的高强度钢制成的结构； ② 低温下使用的结构； ③ 刚性拘束度大的厚壁容器； ④ 存在较大体积拉伸残余应力的结构； ⑤ 焊接接头中存在着难以控制和避免的微小裂纹的结构； ⑥ 有产生应力腐蚀破坏可能性的结构； ⑦ 对尺寸精度或密封性要求高的结构； ⑧ 对于焊后机械加工精度要求较高的结构； ⑨ 使用中对尺寸稳定性要求高的结构。 （4）减少焊接应力的措施 ① 在焊接过程中，注重焊接程序，减少拘束，尽可能使焊件能自由收缩。 ② 应先焊结构中收缩量最大的焊缝。因为先焊的焊缝收缩时受阻较小，故焊接应力也较小。例如，结构上既有对接焊缝，也有角接焊缝时，角接焊缝中既有连续焊又有间断焊，应先焊对接焊缝，后焊角接焊缝的连续焊，最后焊角接焊缝的间断焊。 ③ 采用较小的焊接线能量和合理的焊接操作方法。例如采用小直径焊条、多层多道焊、小电流快速不摆动焊替代大直径焊条、单道焊、大电流慢速摆动焊；采用小电流多层多道细丝埋弧自动焊替代大电流单道粗丝埋弧自动焊；采用焊接速度较快的气体保护焊替代埋弧自动焊。 ④ 采用整体预热法以达到减小焊接应力的目的。 ⑤ 采取减少氢的措施及消氢处理。 ⑥ 焊后按工艺要求对工件进行后热或焊后热处理。采用不同的工艺程序，利用高温时材料屈服强度下降和蠕变现象达到松弛焊接残余应力的目的。 后热处理也称消氢处理，即在焊后立即将焊件加热到250～350℃温度范围保温2～6h后空冷，主要使焊缝金属中的扩散氢加速逸出，大大降低焊缝和热影响区中的含氢量，防止产生冷裂缝。消氢处理加热温度较低不能起到松弛焊接应力作用，对于焊后要进行热处理的工件，不必消氢处理。但是，焊后若不能立即热处理又必须及时消氢处理，则必须及时消氢处理。例如，有一台大型高压容器，焊后未及时热处理及消氢处理，在放置期间产生了延迟裂纹。当容器热处理后进行水压试验时，试验压力尚未达到设计压力，容器发生了严重脆断事故，使整台容器报废。 & 十一、焊接裂纹及其他缺陷的防止 1.& 热裂纹 热裂纹又称高温裂纹，经常发生在焊缝中，有时也出现在热影响区，其微观特征一般沿晶界开裂，又称晶间裂纹，当裂纹贯穿表面与外界空气相通时，沿热裂纹折断口的表面呈现氧化色彩（如蓝灰色等）。
（1）热裂纹产生原因 焊接熔池在结晶过程中存在偏析现象，析出物质为低熔点共晶和杂物，在凝固后强度极低，当焊接拉伸应力足够大时，形成裂纹。热裂纹也可能出现在热影响区，主要发生在杂质含量较高的钢中，如单相奥氏体钢、镍合金、铝合金、铜合金等焊缝中。 （2）防止热裂纹的方法 严格控制焊缝金属中CSP元素以及含铜量。C≤0.10%，S、P≤0.03%；预热能减小焊接熔池的冷却速度，降低焊接应力；采用碱性焊条焊接，该焊条具有较高的抗裂能力；在收弧时采用引出板将弧坑移至焊件外。 2.& 冷裂纹和延迟裂纹 钢的焊接接头冷却到室温后产生的焊接裂纹称冷裂纹，在几小时、几天或十几天才出现焊接冷裂纹，称延迟裂纹，常称氢致裂纹。
（1）冷裂纹的形态和特征 焊缝和热影响区均可出现冷裂纹，主要发生在低合金钢、中合金钢、中碳钢、高碳钢、钛及钛合金的焊接接头中。焊道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹为热影响区纵裂纹。焊道下裂纹常平行于焊缝长度方向，并向热影响区扩展，不一定贯穿表面；焊根裂纹产生在根附近或根部未焊透等缺口部位；焊趾裂纹和根部裂纹主要由于缺口导致应力集中而发生。扩散氢的存在进一步促使裂纹发展。 （2）冷裂纹产生的原因 冷裂纹产生的原因是钢种的淬硬倾向大、焊接接头的含氢量高以及结构的焊接应力大。球罐开罐检查发现裂纹（基本上属于冷裂纹），这些裂纹出现在焊缝上、熔合线上、热影响区，几乎均发生在环焊缝上，内侧多于外侧，表面多于内部，具有延迟特点。某环罐检查出525条裂纹，大环焊上365条（占70%）；某球罐一裂纹最长1600mm，深16mm。 （3）防止冷裂纹的办法 ① 控制焊缝中的含氢量& 采用碱性低氢型焊条和焊剂，严格焙烘，仔细消除焊件、焊接材料上的油、锈、水。 ② 预热& 减慢接头冷却速度，降低淬硬倾向。 ③ 消氢处理& 有两种办法：焊后立即将工件加热到260～350℃，保温2～6h；在600～650℃加热温度内进行热处理。两者均能促使氢逸出。 3.& 再热裂纹 焊件消除应力热处理或其他加热过程中产生的裂纹称为再热裂纹。通常发生在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，向细晶粒区发展并停止。产生原因是在再加热时，第一次加热过程中过饱和固溶的碳化物再次析出，造成晶内强化，使滑移应变集中于原先奥氏体晶界，当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力产生的应变时，就产生再热裂纹。防止办法是： ① 减小残余应力和应力集中，如提高预热温度，焊后缓冷，保持焊缝平滑过渡； ② 在满足设计要求前提下，选择高温强度低于母材的焊缝，使应力在焊缝中松弛，防止在热影响区产生裂纹。 ③ 合理地安排焊接顺序，减少余高，避免咬边及根部未焊透等缺陷，以减少焊接应力。 4.& 层状撕裂 焊缝快速冷却过程中，在板厚方向拉伸应力作用下，钢板中产生与母材轧制表面平行的裂纹称为层状撕裂，常出现在T形及K形接头中。层状撕裂大多数在焊后150℃以下或冷却到室温数小时之后产生。当结构拘束度很高和钢材层状撕裂敏感性较高时，在300～250℃时也可能产生。防止办法是： ① 严格控制钢材含硫量； ② 采用强度等级较低的焊接材料； ③ 预热和使用低氢焊条； ④ 焊缝区域可先用超声波检查，是否原材料有缺陷，若有应焊前采取措施。
5.& 未焊透和未熔合 焊缝金属与母材之间未被电弧熔化而留下空隙，称为未焊透，常发生在单面焊根部和双面焊中部。焊缝金属与母材之间、焊缝金属之间彼此没有完全熔合在一起的现象，称为未熔合。 　 （1）产生原因 接头坡口不规范，坡口角度太小，间隙太小，钝边过大。双面焊时，背面清根不彻底或未曾清根。例如，带垫板的单面焊双面成形，正面间隙太小，打底焊无法熔深到垫板。 （2）防止办法 坡口角度、间隙、钝边必须合乎规范，选择合适的焊接参数。双面焊时背面必须彻底清根，若用CO2气体保护焊，可用陶瓷衬垫实施单面焊双面成形。 6.& 夹渣 夹杂在焊缝中的非金属夹杂物称为夹渣。 （1）产生原因 坡口角度太小，焊接电流太小，熔渣黏度太大等，熔渣浮不到熔池表面便形成夹渣。同时有下列原因： ① 多层多道焊时，每道焊缝熔渣清除不干净、不彻底； ② 焊条药皮成块脱落未被熔化； ③ 气焊时焊炬火焰能率不够，焊前工件清理不好，焊时没有将熔渣清理出去。 （2）预防办法 坡口角度、焊接电流均应符合规范，仔细清理母材脏物，焊接过程中保持熔池清晰，使熔渣与液态金属分离。 7． 气孔 在焊接时，熔池中吸入了过多的气体，冷却时又未能逸出熔池，便在焊缝金属内形成气孔。根据产生气孔的部位不同，分为外部气孔、内部气孔、密集气孔。由于气孔产生的原因和条件不同，按其形状分有环形、椭圆形、旋涡状和毛虫状。焊缝中气孔。
（1）气孔产生原因 ① 焊接材料方面& 焊接材料受潮，又未按规范烘干，焊条药皮变质、剥落，焊丝生锈。 ② 工件方面& 工件不清洁、潮湿，焊缝坡口附近未彻底清理干净，空气湿度高。 （2）预防办法&
① 各类焊料、焊丝、焊剂均按规范烘干，领用后放入保温筒内，防止在工地受潮。 ② 工件上的潮气、不清洁、油污必须彻底清除干净，工件坡口附近保持干燥，已经生锈的焊丝必须除锈或重新冷拔后方能使用。 ③ 要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度，碱性焊条采用反接法（工件接负极），短弧操作。 ④ 注意焊接电流，埋弧自动焊焊接δ＝5mm薄板时，往往由于担心烧穿，电流偏小，熔池中心气体逸出来形成气孔。手工电弧焊焊接正面第一层焊道（打底层）时，会从间隙中吸入潮气，该层是气孔多发部位，可在背面清根时把气孔去掉，第二层焊道电流不宜过大，否则气孔会逸进第二层焊道。由于气孔埋得很深，背面清根时，就无法清除。 8.&
咬边 焊缝边缘出现的沟槽称为咬边。
（1）产生咬边的主要原因 产生咬边的主要原因是焊接电流过大，电弧过长，焊条角度不当和运条不妥。一般在平焊时较少出现，其他位置焊时常见。严重的咬边造成结构应力集中，甚至影响焊缝强度。 （2）预防措施 手工电弧焊时选择合适的电流、电弧长度以及适合的运条角度，摆动时在坡口边缘稍慢一些，而中间稍快一些，自动焊时速度要适当。 9.& 一级、二级焊缝的质量等级及缺陷分级（GB50205―2001） 焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。且一级焊缝不得有咬边、未焊透、根部收缩等缺陷。二级焊缝咬边不大于0.05t，连续长度不大于100mm，且焊缝两侧咬边总长不大于10%焊缝全长；三级焊缝咬边不大于0.1t，且不大于1.0mm，长度不限，表面气孔每50mm焊缝长度内允许直径不大于0.4t且不大于3.0mm的气孔2个，孔距不小于6倍孔径。 & 十二、焊接接头的质量控制 焊接接头是钢结构工程的一个细胞，是产品质量的重中之重，影响焊接接头性能的因素很多，一些主要因素已经在本章前面作了详细论述，围绕着如何控制其性能，在此作一综合论述。 1.& 材料匹配 根据母材的化学成分和力学性能，选择合适的焊接材料、合理的坡口形式和焊接工艺，确保焊接接头的强度、塑性、韧性、抗腐蚀性、抗氧化性和抗疲劳性。如何选择焊接材料，在以后各章中论述。 2.& 焊接工艺方法 不同焊接工艺方法有其不同特点，因而对焊缝和热影响区的性能也产生不同影响。 （1）从合金元素烧损和减少焊缝中的杂质元素及气体含量来看 ① 气焊& 合金元素烧损较大，焊缝中气体含量及杂质元素高，故气焊接头性能较差。 ② 手工电弧焊和埋弧自动焊& 由于分别采用气－渣联合保护和渣保护，合金元素烧损较少，焊缝中气体含量及杂质元素较少，故焊缝金属性能较好。 ③ 手工钨极氩弧焊& 合金元素基本没烧损，焊缝中气体含量和杂质极少，可以获得最好的焊缝。 （2）从焊缝的组织特点来看 ① 气焊& 加热速度慢，易产生过热和过烧的组织，致使焊缝性能恶化。 ② 埋弧自动焊& 电弧功率比手工电弧焊大得多，故焊缝的结晶组织也较手工电弧焊粗大，因此在同样条件下与手工电弧焊相比，焊缝金属的冲击韧性较低。 ③ 手工钨极氩弧焊& 热量集中，焊时冷却速度快，焊缝结晶组织较细，性能也较好。 （3）从热影响区宽度来看 气焊、埋弧自动焊热影响区较宽，手工电弧焊次之，而手我钨极氩弧焊最窄。 根据以上各种焊接方法特点综合考虑。例如，为提高焊接接头质量，低碳钢和耐热钢管道的焊接，宜采用手工电弧焊和钨极氩弧焊；低温钢焊接时，由于埋弧自动焊的焊接线能量很大，一般－70℃以下的低温钢焊接时不采用埋弧自动焊。 3.& 焊接线能量及焊接参数 焊接线能量及工艺参数直接关系到焊接热循环，影响到焊接接头的组织和性能。 （1）焊接线能量的影响及控制 ① 对焊接熔池形状、结晶特征和性能的影响& 焊接速度不仅影响焊接线能量，而且直接影响焊接熔池形状，焊接速度提高使椭圆形熔池变成雨滴状熔池，雨滴状熔池易形成窄焊缝，使杂质和元素在焊缝中心线偏析，易产生中心线裂纹。因此要控制焊接速度，应恰到好处。焊接速度快，可直接影响焊接线能量，随着焊接速度提高，熔池结晶速度加快，焊缝一次性结晶组织显著细化，可以改善焊缝金属的塑性、韧性。但是为了防止产生雨滴状熔池导致焊缝中心线裂纹，焊接速度不宜太快；为了改善焊缝金属性能速度又不宜太慢，焊接速度必须恰到好处。 ② 对焊缝形状及性能的影响& 采用大电流、中等焊接速度可获得较宽焊缝形状，柱状晶易从底部向上生长，使最后凝固时的杂质推向焊缝表面，改善焊缝中心线处的力学性能。
采用小电流，快焊速，获得的形状很窄，柱状晶从两侧熔池向中心生长，最后形成严重的中心线偏析，杂质集中，性能下降，焊接应力足够大时易出现裂纹。 ③ 对焊缝组织和性能的影响& 采用小的线能量可获得细的胞状晶组织，中等线能量可得到胞状树枝晶组织。为了提高焊缝塑性、韧性，提高金属的抗裂性，要求焊缝具有细小的结晶组织，焊缝中的偏析程度应小而分散。因此，在满足工艺和操作要求的条件下，尽可能减小焊接线能量。采用较小电流和较快焊接速度代替大电弧和慢焊接速度，获得细小的胞状组织，提高焊缝力学性能和抗裂性；焊接速度不宜太快，防止出现中心线裂纹；或者采用多层多道焊。 ④ 对过热区晶粒长大和性能的影响& 焊接线能量越大，高温停留时间越长，过热区域越宽，过热现象越严重，晶粒越粗大，塑性和韧性严重下降，甚至会造成冷脆。为此应尽量减小线能量，减小过热区宽度，降低晶粒长度，低温钢尤为重要。 焊接线能量对焊接时加热速度和冷却速度有较大影响。对于易淬火钢，在一般冷却速度下很容易产生很硬的马氏体组织。因此，常采用对接头焊前预热、控制层间温度和焊后缓冷等工艺措施，以降低冷却速度。综上所述，所谓控制线能量，一是控制线能量上限不要使焊接过量过高；二是要控制线能量的下限，不要使焊接线能量过低，若过低会冷却得快，热影响区及熔合线下会出现硬化组织的裂纹。某球罐95%的裂纹均出现在环缝上，就是因为该焊缝焊接时热量低，冷却快，表面有一层硬化组织，从而导致裂纹。 （2）对热应变脆化区性能的影响控制 采用较少的焊接线能量，可以减小焊接应力和热影响区的热塑性应变量，有利于减轻热应变脆化的程度。 4.& 加强焊前预热，控制层间温度 参见本章7.4和7.5的内容。 5.& 焊接方法 单道焊与多层多道焊，见表8。 多层多道焊后焊焊道对前一焊道及其热影响区进行再加热，使再加热区的组织起到回火作用，使该区的淬硬组织发生再结晶，塑性和韧性得到改善。其得到的接头性能比单道焊接头性能要优越得多。 6.& 尽量减少组装造成的焊缝残余应力 焊缝残余应力分两种。 ① 在组装时用千斤顶、倒链等强制组装，出现严重的拘束，造成组装残余应力。 ② 对焊接坡口和焊接顺序根据焊接工艺评定选择，厚板容器或管道采用X形坡口、外大内小的坡口为宜。组装用工、夹具全部焊疤在筒体外侧，使介质直接接触的内侧表面杜绝焊疤，提高筒体管道的使用安全性。 7.& 对焊缝余高和焊缝咬边不容忽视 焊缝余高在第5节中已讲得很清楚，不宜过高，并应与母材圆滑过渡，这样可以减少应力集中，提高产品抗脆和抗疲劳断裂的能力。 咬边会造成应力集中，是延迟裂纹的外因。国外有报道指出，咬边的应力集中系数超过3，咬边存在，对压力容器、压力管道的强度、应力腐蚀、疲劳强度等均不利。对于储存H2S的容器及管道，咬边处存在积聚残余的腐蚀介质，日益浓缩，再加上咬边属于高应力区，会大大增加应力腐蚀的危险性。 1979年冬季，东北某煤气公司石油液化气容器破裂，主要原因是制造质量很差，角变形、错边、咬肉（咬边）均很严重，更为严重的是50%焊缝采用酸性焊条焊接，致使焊缝和热影响区塑性变坏，裂纹较多。 某金属结构厂用8mm厚的16Mn钢板制作的一台ф2500mm×5070mm旧式NaOH储槽，使用仅一个月就发生破裂，经多次补焊，越补越裂，最后报废。 由法国引进的大型合成氨装置中，高压热交换器管束，运转40天就发现泄漏，辽化三段冷却器管束，九个月中更换了四次。 由上所述，应力腐蚀开裂的脆性损坏，断裂形式有晶间开裂或穿晶开裂，在施工中必须采取措施，严加防范。 &