旋压椭圆形封头焊接接头的组织与性能

　　旋压椭圆形封头焊接接头在经历了一个从熔化到凝固的结晶过程之后，其组织和性能相对于原材料金属已发生了一系列变化，这个变化又直接影响到压力管道的使用性和 性。为了便于理解，在介绍焊接接头的组织和性能之前，先介绍几个基本定义。

　　a、旋压椭圆形封头母材：被焊接的管子、管件等原构件称为母材;

　　b、旋压椭圆形封头焊接材料：焊丝、裸焊条等填充金属与焊剂和焊条药皮统称为焊接材料;

　　c、熔池：焊接时，被加热熔化的母材和焊接材料处于一个池形固态金属中，这一由固态金属所形成的包围液态金属的池子称为熔池;

　　d、熔合线：熔池与母材的边界线称为熔合线。它实质上也是焊接接头的液态金属与未被熔化的母材金属的交界线。

　　e、焊缝：熔池内的液态金属凝固后所形成的区域称为焊缝。显而易见，焊缝是被熔合线所包络的一个区域;

　　f、热影响区：熔合线外侧的母材金属，由于受到加热的影响，在靠近熔合线的一段区域内，将经历一次不同程度的热处理，从而使其组织和性能也发生了不同于母材的变化。这样的区域称为热影响区;

　　g、旋压椭圆形封头焊接接头：焊缝和其热影响区总称为焊接接头。

　　由上述的各名词定义中不难看出，焊接接头相对于母材来说，其组织和性能的变化可以分为两部分讨论：其一是发生在焊缝区域内的熔化结晶变化;其二是发生在焊缝热影响区内的热处理变化。

　　1、旋压椭圆形封头焊缝金属的组织和性能

　　焊缝金属在经历了一次熔化结晶过程之后，其组织和性能已完全不同于母材，此时的组织为铸造组织，即为粗大的柱状组织，铸造组织中存在的缺陷它也可能存在(在下面的焊接缺陷部分中将详细介绍)。但有别于铸造组织的地方是，它可以通过焊接材料加入较母材金属 多的合金元素，因此焊接接头的机械性能要比铸造材料高，有时焊缝金属的机械性能能达到甚至超过母材金属。通过改变焊接工艺，可以改变焊缝金属的组织。例如，减少焊接电流，即减少加热热量和熔池体积，使旋压椭圆形封头焊缝金属结晶速度加快，获得的焊缝组织 比较细。工程上对厚壁管子、管件的焊接，常采用小电流多层焊的方法， 是基于这样的道理;增大焊接速度，也能使结晶速度加快，获得的组织也比较细;在焊接材料中，有意识地加入一些熔点较高的合金元素，可增加结晶时的晶核数量，从而达到细化晶粒的目的;焊接前的预热会降低结晶速度，对改善组织是不利的，但它有助于防止某些合金焊接时的开裂问题。该问题将在下面讲到。

　　2、焊缝热影响区金属的组织和性能

　　焊缝热影响区的金属由于经历了一次热处理过程，故其组织和性能也将发生一系列变化。不难理解，由焊缝到母材的远处，温度是呈梯度分布的。焊缝金属温度 ，从焊缝到母材远处，温度逐渐降低。旋压椭圆形封头焊缝热影响区内，由于距焊缝的距离不同，发生的热处理并由此造成的金属组织是不一样的。根据所发生的热处理和金属的组织不同，可将热影响区划分为半熔化区、过热区、正火区、部分相变区、再结晶区和蓝脆区等六个部分。见图10-4所示。

　　a、半熔化区：

　　它位于焊缝金属与母材的交界处。在焊接过程中，该区域的金属被加热到半熔化状态，金属组织为铸造组织和粗晶组织共存，组织的化学成分和机械性能有较大的不均匀性。因此，该区域金属的机械性能较差，常常是旋压椭圆形封头产生裂纹和局部脆性的多发区。该区域较窄(约为0.1mm~1mm)，有时很难分出，但它对焊接接头性能的影响却是比较大的。

　　b、过热区：

　　该区域的金属处在AC3以上100℃~200℃至固相线的温度区间内。即金属处于过热状态，得到的组织相对于母材来说比较粗大，常出现过热组织。该区域金属的性能 点是冲击韧性 降低，一般可降低25%~30%。它也是焊接接头开裂的多发区。影响旋压椭圆形封头过热区组织和性能的因素有焊 图10-4 焊缝热影响区接电流、高温停留时间等。焊接电流过大，过热现象越严重;气焊加热温度虽然较低，但其加热时间较长，故它比电弧焊 容易使焊接接头的过热区恶化。

　　c、正火区

　　该区域的金属处于AC3以上100℃~200℃温度区间内，而且冷却过程中一般为自然冷却，故具有旋压椭圆形封头正火热处理的过程 征和条件，得到的组织也为细晶粒的正火组织，其机械性能一般优于母材性能。当然，如果母材原来 为正火组织，此时该区域的组织和性能则基本上不发生变化，或者由于再次被加热而稍有一点负面影响。

　　d、部分相变区

　　该区域的金属处于AC1至AC3温度之间。温度接近于AC3的部分，其珠光体和铁素体能全部发生奥氏体转变，冷却时可得到晶粒较细的铁素体和珠光体组织。温度稍高于AC1的部分，一般只能发生珠光体向奥氏体的转变，而由于温度较低，铁素体没能发生奥氏体转变，或者没能完全转变。没能转变的铁素体会长大。因此，部分相变区的组织是一个不均匀的组织，其机械性能较差。同样道理，如果旋压椭圆形封头母材本身 是正火组织，则此时只有晶粒长大的机会，故机械性能也会变差。

　　e、再结晶区

　　该区域的金属被加热到450℃至AC1温度区间，处于再结晶的温度范围。当母材有加工变形时，会发生金属的再结晶。当母材为正火组织(即不存在加工变形等问题时)时，不会发生再结晶，并且也没有奥氏体的转变，一般也不会发生晶粒长大现象(因为温度较低，时间又短)，故此时该区域的组织没有变化，旋压椭圆形封头金属性能也没有改变。

　　f、兰脆区

　　该区域的金属被加热到200℃~500℃温度区间，此时原母材中的少量残余奥氏体可能发生转变而出现马氏体，且有少量的渗碳体从铁素体中析出，并以细小的微粒存在于铁素体中，使旋压椭圆形封头材料的强度和硬度略有升高，而塑性和韧性下降，有时甚至在焊接应力的作用下产生裂纹。兰脆区的显微组织基本上同母材组织。

　　由此可见，上述的六个区都会对母材的组织和(或)性能带来一些变化，而且大多数带来的都是不利影响，因此在焊接过程中，应尽量减少旋压椭圆形封头热影响区的宽度，并通过适当的热处理和焊接规范来消除其不利影响。

　　热影响区的宽度一般是比较窄的，而且一般情况下，显微镜下只能看到过热区、正火区、部分相变区三个区域。以低碳钢为例，旋压椭圆形封头在不同焊接方法中各区域的宽度见表10-2所示。