总的来说,清河县汉龙焊接材料有限公司的技术人员认为堆焊修复焊丝的焊缝金属冲击吸收能量离散的主要原因是组织中存在长条状或链状的M-A组元(马氏体与奥氏体的混合组织,又称M-A岛)。其实M-A组织是在过冷奥氏体连续冷却的过程中形成的。在外力的作用下,M-A组织的变形程度与基体差别较大,导致在两者的界面处产生位错塞积和应力集中,进而引发微裂纹的产生,尤其是条状或链状M-A组元更容易诱发裂纹的形成,导致局部脆化,韧性离散。因此,要改善焊缝金属的韧性及离散性,就必然要减少焊缝中的M-A组织。基于M-A组织的形成机理,可以控制焊缝金属的化学成分或者焊接热输入,以改变奥氏体的转变过程,减少马氏体的生成,进而控制组织中M-A组元的含量,使韧性趋于稳定。可能的改进措施有以下几个方面。
1、适当的焊接热输入
焊接热输入直接影响焊后的冷却速度,进而影响马氏体的形成。汉龙焊材的技术人员利用SEM和Image-plus图像分析软件研究了冷却速度对M-A岛尺寸和数量的影响。结果发现,随着冷却速度的增加,M-A岛数量和尺寸都增多。这是因为较大的冷却速度使相变驱动力增大,使富碳奥氏体更易向马氏体转变。而且生成的马氏体能增加未转变奥氏体的稳定性,抑制了残余奥氏体的转变。因此,马氏体越多,残余奥氏体越多,即M-A岛随冷却速度的增加而逐渐增多。张家港鑫州的技术人员却得出了相反的结论。他们在试验中发现,当冷却速度从5 ℃/s变化到15 ℃/s时,试样组织中M-A岛的体积分数有降低的趋势,而且M-A岛的尺寸逐渐减小,且越来越接近球形,对基体的割裂作用减小。这可能是因为高的冷却速度使碳扩散的时间和距离变短,导致M-A岛总量的减少。因此,在使用堆焊修复焊丝焊接时可采用多道、小热输入的方式进行盖面,从而降低t8/5,减少M-A含量,进而改善焊缝的韧性。
2、恰当的焊接材料
选用恰当的焊接材料,以优化焊缝金属的化学成分,进而可以影响组织中M-A岛的生成。汉龙焊接的技术人员利用线性回归和相关性的方法,研究了M-A组织中马氏体、奥氏体及M-A岛的体积分数与冲击堆焊修复焊丝韧性的相关性。结果表明,冲击韧性和M-A中马氏体体积分数的线性相关程度较高。冲击韧性随马氏体体积分数的增加而线性下降。因此,可以降低马氏体的体积分数以提高韧性。从过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)中可以推断出,降低MS点可使马氏体的含量减少。因此,在研制堆焊修复焊丝时,可以增加Mn,Ni等降低MS点元素的含量。另外,降低碳含量或者增加钴的含量,使CCT曲线左移,以降低淬透性,也能够减少马氏体的形成,降低离散性。
由以上讨论可知,影响焊缝韧性及离散性的因素很多,有些因素之间会相互作用,使问题复杂化。对于堆焊修复焊丝的韧性离散这一问题,研究者们还没有形成统一的观点,解决措施也不尽如人意,仍有待更深入地研究。