接专题综述Fealureforlicle
影响自保护药芯焊丝焊缝韧性及离散性的因素
张学杰郭纯姚润钢
（中国船舶重工集团公司，河南洛阳471023）
摘要介绍了自保护药芯焊丝焊缝金属的韧化机理，分析了合金元素、夹杂物及稀土元素对焊缝韧性的影响总结得出焊缝组织中粗大的马氏体与奥氏体组元（M-A组元）是造成韧性离散的主要原因。通过选择合适成分的焊丝，并配合恰当的热输人，可以减少并细化组织中的M-A组元，使韧性稳定。
关键词：自保护药芯焊丝韧性离散性影响因素中图分类号：TG401
0序言
自保护药芯焊丝是20世纪50年代发展起来的一种焊接材料。它通过在药芯组分中添加造气、造渣、脱氧及脱氮等物质，实现对焊缝金属的三重保护，以获得力学性能较好的焊缝组织]。与气保焊相比，自保护药芯焊丝电弧焊不需要任何保护气体，就能在8m/s的风速下施焊，尤其适合在保护气瓶不易送达的地方施焊。而且自保护药芯焊丝可采用大电流进行全位置焊接，熔敷效率高，抗锈能力强。基于以上优点，自保护药芯焊丝已成功应用于高层建筑，输油管道，海洋平台，船舶制造等领域[2-3)。近年来，自保护药芯焊丝在管道工程建设中的应用越来越多，已成功应用到包括 X80,X90在内的高钢级管线钢中。但是，在焊接高级管线钢时，自保护药芯焊丝也存在一些问题，主要表现为焊缝金属冲击韧性较为离散，有的位置冲击吸收能量很低，低于验收指标，这给油气管道的运行带来安全隐患。因此，许多研究者对自保护药芯焊丝焊缝金属的韧化机理及影响韧性的因素进行了大量的研究，希望能尽早解决这一难题。
1自保护药芯焊丝焊缝金属韧化机理
通常来说，自保护药芯焊丝焊缝金属的组织为粒状贝氏体和少量的块状铁素体。粒状贝氏体是由铁素体基体及分布在其上的M-A组元（马氏体与奥氏体的机械混合物)构成。有研究表明，焊缝金属获得良好冲击韧性的理想组织为含量大于65%的针状铁素体（AF），同时希望减少先共析铁素体和M-A岛的析出。
收稿日期：2016-12-21
20
努努裁羲3 期
这是因为针状铁素体具有大角度晶界，平均尺寸为0.1 ~0.3um，板条内的位错密度平均高达1×10°~1×10l0 条/厘米?，微裂纹解理跨越针状铁素体晶界需消耗较高的能量4。因此含有大量针状铁素体的焊缝金属具有较高的低温冲击韧性。目前为止，关于针状铁素体的形核机理主要有以下三种观点：①Mills等人3/认为非金属夹杂物与针状铁素体的晶格结构相似，晶格错配度小，使界面能降低，成为铁素体形核的中心；②Ricks等人(6]认为非金属夹杂物有高能情性表面，降低了形核的能垒，促进了AF的形核与长大；③Court等人[7认为非金属夹杂物的线膨胀系数比母相小，使非金属夹杂物周围存在一个高的应变场，促使AF的形核。
后两种形核机制被认为是可行的，关键在于选择有利于韧性的渣系，调整药芯配方的组成，以获得细小均匀的粒状贝氏体组织，从而提高韧性["]。
2影响韧性的主要因素 2.1主要合金元素的影响 2.1.1A1元素的影响
AI作为一种强脱氧剂、脱氮剂，是自保护药芯焊丝中常用的合金元素。它能够和氧氮反应生成稳定的氧化物和氮化物。随着熔敷金属中A1含量的增加，熔敷金属的韧性显著降低，变化趋势如图1所示[9]。当AI 含量小于0.8%时，冲击韧性较好，而当A1含量高于 0.8%时，冲击韧性急剧下降。喻萍等人0]通过研究发现，随着焊缝中铝含量的增多，焊缝中的夹杂物先是 AI,O，和AIN的混合物，当铝含量较高时，以AIN夹杂为主。随着铝含量的增加,N,O含量降低。当AI含量大于1%时，熔敷金属中N含量下降较多，这是因为生成了较多的AIN夹杂物。而AIN夹杂物是脆性相，不利