碳钢电焊热影响区韧性改善方法研究

引言：

焊缝及热影响区的韧性问题是碳钢焊接接头存在的普遍性缺陷。随着现代焊接技术的不断完善与进步，在研究和发展过程中，针对碳钢焊接接头热影响区的低韧性等性能方面进行改进已经成为一个重要的焊接工程难题。焊缝及热影响区的低韧性使结构产生疲劳破坏、发生裂纹发展等现象，严重威胁结构使用安全。因而对焊接过程焊接工艺、热处理以及材料的选取进行研究和探讨是非常重要的。

1. 碳钢电焊热影响区韧性问题概述

碳钢的焊接热影响区 (HAZ) 受热温度高而冷却快，其微观结构有急剧的变化，进而影响其韧性，其低温脆性、应力集中等会使得整个接头强度及韧性大大降低，在高应力作用下会容易导致裂纹的扩展 [1]。

2. 当前碳钢电焊热影响区韧性改善的难点

2.1 碳钢电焊热影响区韧性差的根本原因

热影响区的韧性差，根源在于焊接过程中高温作用下，碳钢的奥氏体结构转变为硬度较高的马氏体或贝氏体，这些组织缺乏足够的塑性。冷却速率过快使得这种硬脆组织的形成，无法提供足够的延展性，导致局部应力集中，最终引发裂纹及脆性断裂[2]。

2.2 焊接工艺对热影响区的负面影响

焊接工艺直接决定热影响区组织及性能，过大的焊接热量输入会使热影响区过热，晶粒粗大，韧性急剧下降。反之冷却速度过快，则加剧淬火效应，生成脆性相 [3]，焊接工艺选择及控制不当会加剧热影响区的脆化，限制接头整体的抗裂性以及抗力的使用性能。

3. 碳钢电焊热影响区韧性改善方法研究

3.1 焊接工艺对韧性改善的具体方法

采用合适的焊接工艺措施是改善碳钢的热影响区韧性的最重要的方面。合理控制焊接热输入和冷却速度，可以降低热影响区的脆化程度。减少焊接热输入，减少焊件的过热可以抑制晶粒粗化以及硬脆相的生成。控制合理的焊接速度与电流也可以控制因焊接热输入过大而产生的裂纹与应力集中。不同的焊接工艺参数，焊接方法，焊接次序也有一定的作用 ，比如间歇焊接、分层焊接都可以分散焊接的热影响区区域与温差，减少焊接的局部过热，减少焊接过程中产生的应力。

3.2 热处理工艺对热影响区韧性的提升效果热处理工艺属于一种后处理方法，在碳钢电焊的接头韧性改善上有着重要作用。焊后退火、正火及淬火回火能够通过对热影响区微观组织的改变从而达到提高韧性的作用[5]。热影响区通过退火工艺能够降低焊后硬度，细化晶粒组织，改善组织均匀性和消除焊后热应力对裂纹开裂的影响。正火将加热至一定温度后在空气中冷却来达到对热影响区晶粒的重新排列，改善塑性。

3.3 合金元素在焊接接头中的韧性改善作用

通过加入合金元素是提高碳钢焊接接头韧性的有效方式之一，选择适当的合金元素，一方面可以提高焊接金属整体性能，另一方面又可有效地提高热影响区的韧性。例如添加 Mn 、Cr、 Mo 等元素增加硬化深度，可改善焊接接头强度，此外 Mn 等元素又能够改善焊接金属的抗裂性，降低形成热裂纹的可能性 [6]。Mo、Cr 的添加能够提高焊接接头抗氧化性和耐高温性，进一步提高焊接接头的高温可靠性，在热影响区加入合金元素，通过形成稳定的碳化物或其他强化相来细化晶粒，从而避免过热而形成过大的马氏体量，能够改善其韧性。特别在低温区加入某些合金元素 ( 如 Ni、Cu)，能够显著提高接头低温韧性，减少脆断现象的发生。

结束语：

提高焊缝区域热影响区脆化是一种持续的技术要求，也是一种必需保障工程安全稳定运行的工程技术问题。通过不断优化焊接工艺，开发新热处理工艺，改变焊接材料的品种等，整体焊接接头可以大大提高抗脆化性能。今后关于焊缝区域的热影响区脆化在提高的过程中还需要对增加韧性提升进行多角度综合性研究。

参考文献：

[1] 王宁 . 大跨度钢结构横纵梁拼装焊接热影响区异常检测方法 [J]. 安阳工学院学报 ,2024,23(6):97-102.

[2] 杨斌 , 陈建武 , 王佩 , 等 . 碳钢和铝合金焊接烟尘环境危害特性对比研究[J]. 中国安全生产科学技术 ,2023,19(8):137-142.

[3] 安军靖 , 杨乐 , 鲁立 , 等 . 锆合金压力电阻焊接头热影响区中第二相的组织特征 [J]. 机械工程材料 ,2024,48(9):25-31.

[4] 张丽萍 , 苟毅 , 罗晓东 , 等 . 海洋环境下 E690 低合金高强钢 MAG 焊接接头热影响区耐腐蚀性能研究 [J]. 电焊机 ,2024,54(10).

[5] 何小东 , 杨耀彬 , 陈越峰 , 等 . 不同 ΔNb 含量 X80 钢管环焊热影响区的微观组织与韧性 [J]. 焊接学报 ,2024(003):045.

[6] 贾彦杰, 周聪, 李立英, 等. 管线钢焊接接头韧性影响因素及评价方法[J].电焊机 ,2023,53(5):43-53.