高強(qiáng)鋼冷裂紋啟裂位置判據(jù)與焊縫強(qiáng)度匹配的關(guān)系

孫咸

摘要：綜述了高強(qiáng)鋼冷裂紋啟裂位置判據(jù)與焊縫強(qiáng)度匹配的關(guān)系。結(jié)果表明，冷裂紋啟裂位置判據(jù)，是通過(guò)焊縫硬度判斷高強(qiáng)鋼根部焊道冷裂紋啟裂位置的冷裂紋敏感性間接判斷方法。高強(qiáng)鋼冷裂紋啟裂位置判據(jù)影響因素中，施加應(yīng)力是冷裂紋啟裂或交替萌生的必要條件，而氫濃度和焊縫硬度的變化則是冷裂紋啟裂或交替萌生的充分條件。焊縫強(qiáng)度匹配類型與“冷裂紋啟裂位置判據(jù)”具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該關(guān)系能很好解釋“冷裂紋啟裂位置判據(jù)”試驗(yàn)中的規(guī)律及現(xiàn)象。提出了基于冷裂紋啟裂位置判據(jù)的焊縫強(qiáng)度匹配實(shí)施工藝。

關(guān)鍵詞：冷裂紋啟裂位置判據(jù);焊縫強(qiáng)度匹配;擴(kuò)散氫;焊縫硬度;施加應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TG406，TG407 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-2303（2020）01-0021-08

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.01.03

0 前言

低碳低合金高強(qiáng)度鋼（諸如HT-60、HT-80、HY-130等）以其高的屈服強(qiáng)度、良好的塑性、韌性等綜合性能，在航空航天、核動(dòng)力裝置、電力設(shè)備、石化裝備、船舶制造、礦山機(jī)械、橋梁建造，以及環(huán)保設(shè)備等工業(yè)部門獲得了應(yīng)用。這類鋼中的含碳量雖然較低，但合金元素較多，碳當(dāng)量不會(huì)很低，淬硬傾向較大，焊接性不是非常滿意。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)體積龐大、板厚較厚，或焊縫密集交叉、焊縫處的拘束應(yīng)力較大時(shí)，焊接冷裂紋傾向較嚴(yán)重。該類鋼根部焊道焊接中的氫致裂紋通常發(fā)生在熱影響區(qū)（HAZ），但是對(duì)用于更加惡劣環(huán)境中的HY-130型鋼，冷裂紋主要發(fā)生在根部焊道的焊縫金屬（WM）中[1]。為了防止這類鋼焊接中冷裂紋的發(fā)生，有必要建立可以預(yù)測(cè)HAZ或焊縫金屬冷裂紋交替萌生位置的判據(jù)。迄今為止，幾乎沒(méi)有關(guān)于HAZ或焊縫硬度、擴(kuò)散氫含量和接頭拘束度對(duì)根部焊道冷裂紋交替萌生位置影響的文獻(xiàn)，更沒(méi)有將冷裂紋啟裂位置判據(jù)與高強(qiáng)鋼焊縫強(qiáng)度匹配相聯(lián)系的文獻(xiàn)。為此，論文特意以低碳低合金高強(qiáng)度鋼（諸如HT-60、HT-80、HY-130等）TRC試驗(yàn)為切入點(diǎn)，將文獻(xiàn)[1]提出的該鋼冷裂紋啟裂位置判據(jù)與高強(qiáng)鋼焊縫強(qiáng)度匹配工藝相聯(lián)系，探討高強(qiáng)鋼冷裂紋交替啟裂判據(jù)影響因素，通過(guò)分析高強(qiáng)鋼焊縫強(qiáng)度匹配工藝應(yīng)用中的冷裂紋位置實(shí)例，提出基于冷裂紋啟裂位置判據(jù)的焊縫強(qiáng)度匹配關(guān)系。該項(xiàng)研究對(duì)推動(dòng)高強(qiáng)度鋼焊接理論發(fā)展、防止該類鋼冷裂紋的發(fā)生，以及提升產(chǎn)品質(zhì)量，具有一定參考價(jià)值和實(shí)用意義。

1 高強(qiáng)鋼冷裂紋的焊縫和HAZ交替啟裂及其判據(jù)

1.1? 高強(qiáng)鋼冷裂紋的焊縫和HAZ交替啟裂現(xiàn)象

高強(qiáng)鋼焊接時(shí)具有冷裂紋敏感性，根部焊道裂紋起始部位可能在焊縫或HAZ（見圖1），不同起始部位的冷裂紋將導(dǎo)致拉伸試件斷裂部位的各異，給結(jié)構(gòu)的使用安全性會(huì)帶來(lái)不利影響。為了揭示HAZ或焊縫金屬中根部焊道焊接冷裂紋交替發(fā)生的機(jī)理，使用HT-60、HT-80、HY-130和2 1/4Cr1-Mo鋼的拉伸拘束裂紋（TRC）試驗(yàn)，研究了施加應(yīng)力、擴(kuò)散氫含量、HAZ和焊縫金屬硬度對(duì)裂紋萌生位置的影響，并提出了高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋交替萌生判據(jù)的“臨界應(yīng)力與時(shí)間關(guān)系圖”[1]。表1～表3分別列出了所用試驗(yàn)材料的化學(xué)成分類型及主要力學(xué)性能、試驗(yàn)接頭的硬度數(shù)據(jù)，以及TRC試驗(yàn)用主要參數(shù)。

1.2 高強(qiáng)鋼冷裂紋焊縫和HAZ交替啟裂判據(jù)要點(diǎn)

焊后狀態(tài)焊縫及熱影響區(qū)氫濃度與時(shí)間變化關(guān)系如圖2所示[1]?？梢钥闯?，焊縫中心的氫隨時(shí)間呈單調(diào)下降趨勢(shì)，而熱影響區(qū)的氫則是一條駝峰式曲線變化趨勢(shì)，圖中t1表示溫度下降到氫脆化上限溫度（T1）的時(shí)間。

焊縫金屬中的臨界應(yīng)力σcw和HAZ中的臨界應(yīng)力σch隨焊后時(shí)間變化關(guān)系如圖3所示?？梢钥闯?，焊縫金屬中的臨界應(yīng)力σcw隨時(shí)間推移單調(diào)增加，而HAZ中的臨界應(yīng)力σch則是先降低到最小值然后增加。兩條曲線的位置有所不同，σcw位于σch的上方。這是由于：①HAZ中裂紋的起始位置發(fā)生在應(yīng)力集中較大的焊縫根部邊緣附近（見圖1），即受應(yīng)力集中的影響較大，產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)力被降低;②從焊后持續(xù)時(shí)間考慮，HAZ中的擴(kuò)散氫濃度達(dá)到最高值需要一定時(shí)間，即在氫脆化上限溫度（T1）的時(shí)間t1之后。

焊接后焊縫金屬和HAZ中的應(yīng)力-時(shí)間與焊縫硬度及裂紋起始位置關(guān)系如圖4所示[2]。可以看出，在具有較低硬度焊縫金屬（A曲線）的情況下，冷裂紋的優(yōu)先位置是HAZ（A裂紋）。這是由于焊縫中的氫向HAZ擴(kuò)散，HAZ會(huì)形成氫的最大值，所需臨界應(yīng)力下降所致。對(duì)于高硬度的焊縫金屬，裂紋將在焊縫金屬中啟裂（B裂紋），因?yàn)楹缚p中的擴(kuò)散氫含量高，“氫致附加應(yīng)力”也升高[3]，滿足冷裂紋所需的臨界應(yīng)力不僅降低，而且在焊縫金屬中比HAZ中來(lái)得早。

高強(qiáng)鋼接頭根部焊道裂紋萌生判據(jù)摘要如表4所示?？梢钥闯觯撆袚?jù)的前提條件依然是冷裂紋形成三要素（淬硬組織、拉應(yīng)力和擴(kuò)散氫分布）綜合作用。該判據(jù)的評(píng)定方法需通過(guò)焊縫硬度判斷冷裂紋啟裂位置，即低焊縫金屬硬度時(shí)，裂紋位置在HAZ中;高焊縫金屬硬度時(shí)，裂紋位置在焊縫金屬中。與其他常用的冷裂紋判據(jù)，如臨界冷卻時(shí)間判據(jù)（t100）cr和臨界應(yīng)力判據(jù)σcr相比（見表5），冷裂紋啟裂位置判據(jù)是一種冷裂紋敏感性間接判斷方法，目前尚無(wú)專用判據(jù)符號(hào)，也沒(méi)有提出含有影響因子的計(jì)算公式，并未被收入專業(yè)論著或?qū)I(yè)教科書，判據(jù)理論尚需深入研究。

2 高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋交替啟裂判據(jù)影響因素

2.1 施加應(yīng)力的影響

借助圖5、表6分析施加應(yīng)力對(duì)冷裂紋交替啟裂判據(jù)的影響。可以看出，在Ⅲ區(qū)，當(dāng)施加的應(yīng)力σ1小于σcw、σch時(shí)，無(wú)論焊縫還是HAZ均不發(fā)生裂紋;當(dāng)施加的應(yīng)力σ2大于σcw時(shí)，裂紋發(fā)生在焊縫中;當(dāng)施加的應(yīng)力σ3在t1時(shí)間（σ3-σcw）大于（σ3-σch），裂紋發(fā)生在焊縫中。在Ⅱ區(qū)，當(dāng)施加的應(yīng)力σ1小于σcw、σch時(shí)，不發(fā)生裂紋;當(dāng)施加的應(yīng)力σ2在th時(shí)間后大于σch，裂紋發(fā)生在HAZ;當(dāng)施加的應(yīng)力σ3在t1時(shí)間（σ3-σcw）大于（σ3-σch），裂紋發(fā)生在焊縫中。在Ⅰ區(qū)，當(dāng)施加的應(yīng)力σ1小于σcw、σch時(shí)，不發(fā)生裂紋;當(dāng)σ2、σ3、σ4分別大于σch時(shí)，裂紋發(fā)生在HAZ。在TRC焊接試件中，冷裂紋的啟裂部位通常位于根部焊道應(yīng)力集中處，該處的局部氫濃度升高，金屬被脆化。當(dāng)施加的應(yīng)力大于該處臨界應(yīng)力時(shí)，冷裂紋被啟裂。這里涉及到焊縫或HAZ兩個(gè)區(qū)域。究竟冷裂紋在哪個(gè)區(qū)域啟裂？這就需要與焊縫的硬度相聯(lián)系。當(dāng)焊縫金屬較硬時(shí)，焊縫金屬氫含量較高，冷裂紋在焊縫中啟裂;當(dāng)焊縫金屬較軟時(shí)，HAZ中氫含量較高，冷裂紋在HAZ中啟裂?？梢哉J(rèn)為，施加的應(yīng)力是冷裂紋啟裂的決定因素，換言之施加的應(yīng)力是根部焊道冷裂紋啟裂或交替萌生的必要條件。

2.2 接頭中擴(kuò)散氫行為的影響

高強(qiáng)鋼冷裂紋啟裂位置交替發(fā)生與氫濃度的變化密切相關(guān)。無(wú)論是焊縫或HAZ中，只要?dú)錆舛雀?，金屬被脆化，冷裂紋就容易發(fā)生。前提條件是要有拉伸應(yīng)力存在，而且拉應(yīng)力須達(dá)到某臨界值，如σ>σcw或σ>σch時(shí)。在施加應(yīng)力前提條件下，接頭中氫的擴(kuò)散方向?qū)Ω亢傅览淞鸭y啟裂位置有重要影響（見表7）。當(dāng)氫的擴(kuò)散方向從焊縫到HAZ時(shí)，HAZ的氫濃度在t1時(shí)間（溫度下降到氫脆化上限溫度（T1）的時(shí)間，見圖2）后達(dá)最大值時(shí)，裂紋在HAZ啟裂。反之，當(dāng)氫的擴(kuò)散方向從焊縫到熔池后面焊縫時(shí)，焊縫中的氫濃度在t1時(shí)間達(dá)某值時(shí)，裂紋在焊縫中啟裂。這里涉及氫擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力。氫的擴(kuò)散方向從焊縫到HAZ時(shí)，接頭中的最大拉應(yīng)力位于根部焊道HAZ，即所謂的應(yīng)力集中處（見圖6）。擴(kuò)散氫的上坡擴(kuò)散特性使氫在根部焊道HAZ應(yīng)力集中處聚集，導(dǎo)致局部金屬脆化，裂紋啟裂所需的臨界應(yīng)力下降，冷裂紋在HAZ萌生。反之，當(dāng)氫的擴(kuò)散方向從焊縫到熔池后面焊縫時(shí)，焊縫中的馬氏體一類組織阻止氫向HAZ擴(kuò)散[5]，擴(kuò)散氫在焊縫區(qū)聚集，導(dǎo)致焊縫金屬脆化，裂紋啟裂所需的臨界應(yīng)力下降，冷裂紋在焊縫萌生。有理由認(rèn)為，接頭中的氫的擴(kuò)散行為是冷裂紋啟裂的重要因素，換言之接頭中氫濃度部位的變化是根部焊道冷裂紋啟裂或交替萌生的充分條件之一。

2.3 焊縫金屬硬度的影響

焊縫硬度的變化受化學(xué)成分和冷卻速度的控制，或者說(shuō)受控于焊縫的顯微組織。探討焊縫硬度對(duì)裂紋萌生位置的影響，實(shí)質(zhì)上是探討焊縫組織對(duì)裂紋萌生位置的影響。從表8、圖7可以看出，當(dāng)施加的應(yīng)力升高變化時(shí)，冷裂紋啟裂位置與焊縫金屬硬度之間顯示出良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即當(dāng)焊縫硬度增高時(shí)，裂紋啟裂位置位于焊縫中;當(dāng)焊縫硬度減小時(shí)，裂紋啟裂位置位于HAZ中。其機(jī)理如前所述，焊縫金屬硬度高時(shí)，焊縫中的氫擴(kuò)散受阻，焊縫金屬含氫量高，金屬被脆化，裂紋在焊縫中發(fā)生。焊縫金屬硬度低時(shí)，HAZ中氫含量高，HAZ被脆化，裂紋在HAZ中發(fā)生。至于HAZ和焊縫金屬間的硬度差對(duì)裂紋萌生位置的影響，由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，且數(shù)據(jù)比較分散，規(guī)律性不強(qiáng)，難以評(píng)價(jià)。不難看出，盡管焊縫的硬度（或者說(shuō)顯微組織）對(duì)冷裂紋啟裂位置影響規(guī)律性良好，但前提條件是施加的應(yīng)力。因此有理由認(rèn)為，焊縫硬度（或者說(shuō)顯微組織）變化是根部焊道冷裂紋啟裂或交替萌生的充分條件之一。

2.4 試樣加載溫度的影響

在短期加載TRC試驗(yàn)中施加應(yīng)力與卸載溫度（裂紋萌生）之間關(guān)系如圖8所示[1]?？梢钥闯?，HY130試件裂紋萌生的上限溫度約為170 ℃，不取決于擴(kuò)散氫含量。隨著施加應(yīng)力減小，裂紋萌生溫度略微降低。隨著擴(kuò)散氫含量的增加（從1.0 mL/100 g增加到2.7 mL/100 g），大約100 ℃以上裂紋萌生的臨界應(yīng)力降低。必須指出的是，在170 ℃時(shí)，所有裂紋萌生都發(fā)生在焊縫金屬中。HY130試件在170 ℃以上加載時(shí)無(wú)裂紋;在170 ℃加載時(shí)都在焊縫中發(fā)生裂紋;在150 ℃加載時(shí)有的在焊縫中，有的在HAZ中發(fā)生裂紋;在100 ℃加載時(shí)也是兩種裂紋萌生位置。顯然，隨著加載溫度的降低，裂紋的萌生位置從焊縫金屬變?yōu)镠AZ。上述結(jié)果可以解釋如下：①試件在170 ℃以上加載時(shí)無(wú)裂紋。這是由于試樣溫度較高，焊縫中的擴(kuò)散氫大部分已經(jīng)逸出，焊縫和HAZ中的氫含量很少，不會(huì)被脆化，也就是說(shuō)，施加的應(yīng)力遠(yuǎn)小于σcw或σch，所以無(wú)裂紋。②在170 ℃加載時(shí)裂紋萌生都發(fā)生在焊縫金屬中。這是由于試樣溫度的降低，焊縫中的擴(kuò)散氫在起作用。在高的施加應(yīng)力（784 MPa）時(shí)，焊縫中氫含量雖然很低（1.0 mL/100 g），但氫的脆化使焊縫中的臨界應(yīng)力σcw降低，即施加應(yīng)力σ>σcw，裂紋萌生在焊縫中。在低的施加應(yīng)力（539 MPa）時(shí)，焊縫中氫含量略高（2.7 mL/100 g），氫的脆化使焊縫中的臨界應(yīng)力σcw降低，施加應(yīng)力σ>σcw，裂紋萌生在焊縫中。③在150 ℃加載時(shí)出現(xiàn)焊縫和HAZ兩種裂紋萌生位置。同樣考慮焊縫中氫在起作用。施加應(yīng)力539 MPa時(shí)，焊縫含氫量2.7 mL/100 g，不同試樣中氫的擴(kuò)散行為有差別，氫的分布不同。焊縫中氫含量高的裂紋出現(xiàn)在焊縫中，HAZ氫含量高的裂紋出現(xiàn)在HAZ。④在20 ℃加載溫度（即室溫）下，焊縫中的氫大都擴(kuò)散到了HAZ，所以裂紋萌生在HAZ。上述結(jié)果表明，焊接接頭中的擴(kuò)散氫分布是導(dǎo)致交替裂紋萌生的主要因素之一。至于HT-60鋼焊件中上限溫度約為300 ～250 ℃，這是因?yàn)橹挥腥绱烁叩臏囟认?，該鋼焊縫中的氫含量才可大部分逸出，焊縫及HAZ不被脆化，σcw和σch不降低，施加的應(yīng)力遠(yuǎn)小于σcw或σch，不產(chǎn)生裂紋。

3 高強(qiáng)鋼冷裂紋啟裂位置判據(jù)與焊縫強(qiáng)度匹配關(guān)系

3.1 高強(qiáng)鋼焊縫強(qiáng)度匹配工藝應(yīng)用中的冷裂紋部位實(shí)例

實(shí)例1，英國(guó)焊接研究所采用含有85%鐵素體的雙相不銹鋼焊條，執(zhí)行表9中實(shí)例①焊接工藝，對(duì)2205雙相不銹鋼板進(jìn)行鐵研裂紋試驗(yàn)[6]。結(jié)果表明，具有高強(qiáng)度匹配焊縫的焊接裂紋啟裂于焊縫金屬根部應(yīng)力集中處，以穿晶方式擴(kuò)展直至穿透焊縫，次生裂紋具有明顯短段串接特征，屬于典型氫致冷裂紋（見圖9）。

實(shí)例2，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)采用2種低強(qiáng)度匹配焊絲，執(zhí)行表9中實(shí)例②焊接工藝，對(duì)440裝甲鋼進(jìn)行鐵研裂紋試驗(yàn)[7]。結(jié)果表明，不預(yù)熱試件中的焊接裂紋啟裂于接頭根部應(yīng)力集中處，沿靠近熔合線的HAZ擴(kuò)展，然后拐入并穿透焊縫。裂紋具有穿晶或串接擴(kuò)展特征，其性質(zhì)屬于氫致冷裂紋（見圖10）。

實(shí)例3，上海鍋爐廠有限公司針對(duì)進(jìn)口鍋爐中F12小管與10CrMo910集箱大管焊接產(chǎn)品F12HAZ脆性斷裂事故，采用斜Y坡口裂紋試驗(yàn)等多種試驗(yàn)方法，執(zhí)行表9中實(shí)例③、④焊接工藝，開展異種鋼焊接裂紋及熱影響區(qū)脆化研究[5]。結(jié)果表明，異種鋼接頭裂紋與選用焊接材料有關(guān)（即與焊縫強(qiáng)度匹配方式有關(guān)）。采用低強(qiáng)度匹配焊接材料時(shí)，焊縫中的氫向HAZ擴(kuò)散，在HAZ形成富氫帶（使用探針測(cè)氫法證實(shí)了HAZ富氫帶的存在[8]），裂紋啟裂于根部應(yīng)力集中處，沿靠近熔合線的HAZ擴(kuò)展，然后拐入并穿透焊縫，其性質(zhì)屬于氫致冷裂紋（見圖1a）。采用高強(qiáng)匹配焊接材料時(shí)，焊縫中的馬氏體一類組織阻止焊縫中的氫向HAZ擴(kuò)散，HAZ形不成富氫帶或富氫帶不顯著。工件預(yù)熱溫度不足時(shí)，裂紋啟裂于焊縫金屬根部應(yīng)力集中處，以穿晶方式擴(kuò)展直至穿透焊縫，屬于典型氫致冷裂紋（見圖1b）。

在上述生產(chǎn)應(yīng)用案例中，高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋敏感性工藝評(píng)定采用的是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常用的鐵研冷裂紋試驗(yàn)方法。由于鐵研冷裂紋試驗(yàn)方法的原理與TRC試驗(yàn)方法比較接近，只是加載方式有所不同，前者為自身拘束加載，而后者為外加載荷加載。同時(shí)考慮試驗(yàn)方法本身的嚴(yán)謹(jǐn)性，鐵研裂紋試驗(yàn)方法應(yīng)當(dāng)具有較好的比較效果?？梢钥闯觯咐袑?shí)測(cè)的焊縫強(qiáng)度匹配對(duì)根部焊道冷裂紋啟裂部位的影響， 與該“判據(jù)”所揭示的規(guī)律完全一致，即低焊縫金屬硬度時(shí)，裂紋位置在HAZ中;高焊縫金屬硬度時(shí)，裂紋位置在焊縫金屬中。表明冷裂紋啟裂位置判據(jù)具有一定的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。

3.2 高強(qiáng)鋼冷裂紋啟裂位置判據(jù)與焊縫強(qiáng)度匹配的關(guān)系

冷裂紋啟裂位置判據(jù)與焊縫強(qiáng)度匹配關(guān)系如表10所示。判據(jù)中的焊縫硬度是取決于焊縫的顯微組織特性，即焊縫硬度與相應(yīng)的組織類型相對(duì)應(yīng)。通常低硬度顯微組織為鐵素體型，高硬度顯微組織為鐵素體混合型或馬氏體類型。鐵素體型低硬度焊縫強(qiáng)度比母材低，通常為低強(qiáng)匹配焊縫;馬氏體類高硬度焊縫強(qiáng)度比母材高，通常為高強(qiáng)匹配焊縫。低強(qiáng)匹配時(shí)，接頭為硬夾軟形式，焊縫金屬硬度較低，其塑性變形可能釋放部分應(yīng)力。同時(shí)焊縫中的氫向HAZ擴(kuò)散[9]，焊后在t1時(shí)間HAZ氫的濃度達(dá)到最大值，HAZ被脆化，拘束應(yīng)力σ>σch，冷裂紋發(fā)生在HAZ。高強(qiáng)匹配時(shí)，接頭為軟夾硬形式，高硬度焊縫金屬無(wú)塑性變形，應(yīng)力未被釋放。同時(shí)焊縫中的氫受馬氏體類組織阻止未能向HAZ擴(kuò)散[5，10]，致使焊縫中富氫被脆化，拘束應(yīng)力σ>σcw，冷裂紋發(fā)生在焊縫金屬中。不難看出，焊縫強(qiáng)度匹配類型與“冷裂紋啟裂位置判據(jù)”具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，判據(jù)要點(diǎn)及使用方法完全一致，并且該對(duì)應(yīng)關(guān)系能更好解釋“冷裂紋啟裂位置判據(jù)”試驗(yàn)中的規(guī)律及現(xiàn)象。

高強(qiáng)鋼焊縫強(qiáng)度匹配類型的選用需要考慮諸如所用鋼材的強(qiáng)度、接頭的拘束狀態(tài)，以及接頭的工況條件等多種因素。冷裂紋啟裂位置判據(jù)僅僅是對(duì)根部焊道產(chǎn)生裂紋部位變化的間接判據(jù)。它的研究意義在于搞清機(jī)理，提出防止措施。為此，基于冷裂紋啟裂位置判據(jù)，論文提出了高強(qiáng)鋼焊縫強(qiáng)度匹配實(shí)施工藝（見表11）：首先是采用低氫化焊接工藝。包括三方面控制：一是焊接材料低氫化。盡量使用低氫電焊條、實(shí)心焊絲（特別推薦無(wú)鍍銅焊絲）以及藥芯焊絲等。焊條在使用前要按照要求的規(guī)范進(jìn)行烘烤，焊絲須保證良好的防潮包裝。二是工藝方法低氫化。包括FCAW和GMAW等工藝方法，強(qiáng)調(diào)焊接參數(shù)的合理選用和匹配、保護(hù)氣體中水分的嚴(yán)格控制及作業(yè)中的防風(fēng)措施等。三是輔助工藝低氫化。包括預(yù)熱、后熱、緊急后熱、緩冷等。低氫化焊接工藝的本質(zhì)，一是要控制焊材中的水分，使進(jìn)入焊縫的水分盡量的少;二是即便少量水分進(jìn)入焊縫，焊縫中的氫也容易盡快逸出，使焊縫中殘留的擴(kuò)散氫數(shù)量最小化，不足以引發(fā)氫致裂紋。至于接頭拘束度的控制，在實(shí)際焊接結(jié)構(gòu)中有一些可供選用的方法，如合理的焊縫設(shè)計(jì)、合理的焊接順序等。但在鐵研試件中尚無(wú)太好的措施。提高工件預(yù)熱溫度可能對(duì)緩解接頭拘束度有一定作用，但太高的預(yù)熱溫度會(huì)惡化工藝條件。最后是調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，改變焊縫金屬的硬度（即組織），從而控制根部裂紋的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

（1）冷裂紋啟裂位置判據(jù)，是通過(guò)焊縫硬度判斷高強(qiáng)鋼根部焊道冷裂紋啟裂位置的一種冷裂紋敏感性間接判斷方法。

（2）高強(qiáng)鋼冷裂紋啟裂位置判據(jù)影響因素中，施加應(yīng)力是根部焊道冷裂紋啟裂或交替萌生的必要條件，而接頭中氫濃度和焊縫的硬度的變化則是根部焊道冷裂紋啟裂或交替萌生的充分條件。

（3）焊縫強(qiáng)度匹配類型與“冷裂紋啟裂位置判據(jù)”具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并能很好解釋“冷裂紋啟裂位置判據(jù)” 試驗(yàn)中的規(guī)律及現(xiàn)象。

（4）提出了基于冷裂紋啟裂位置判據(jù)的焊縫強(qiáng)度匹配實(shí)施工藝。

參考文獻(xiàn)：

[1] Matsuda F，Nakagawa H，Shinozaki K，et al. Criterion of alternative initiation of cold cracking in HAZ or weld metal for root pass welds of high strength steels[J]. Transactions of JWRI，1983，12（2）：75-85.

[2] Kumar P G，Yu-ichi K. Diffusible Hydrogen in Steel We-ldments-A Status Review[J]. Transactions of JWRI，2013，42（1）：39-62.

[3] 李會(huì)錄，余竹煥，李穎，等. 高強(qiáng)鋼氫脆敏感性和氫致附加應(yīng)力的相關(guān)性[J]. 腐蝕與防護(hù)，2009，30（10）：678-683.

[4] 張文鉞. 焊接物理冶金[M]. 天津：天津大學(xué)出版社，1991.

[5] 牛明安，何新根，徐建銷. 異種鋼焊接裂紋及焊接熱影響區(qū)脆化[J]. 焊接研究與生產(chǎn)，1995，4（3）：2-6.

[6] Leonard A J，Gunn R N，Gooch T G. Hydrogen Cracking of Ferritic-Austenitic Stainless Steel Weld Metal （February 2000）[C]. Presented at ‘Stainless Steel World Duplex Am-erica 2000 conference，29 February-1 March，2000.

[7] Duffey Matthew James. Metallurgical Characterization And Weldability Evaluation of Ferritic And Austenitic Welds In Armor Steels[D]. The Ohio State University，2016.

[8] 牛明安. 12%Cr鋼與珠光體耐熱鋼焊接中的異?，F(xiàn)象及其在生產(chǎn)中應(yīng)用[J]. 鍋爐技術(shù)，1982（8）：11-20.

[9] Granjon H. In Cracking and Fracture in welds[R]. Japan Welding Society，Tokyo，1972.

[10] 孫咸. 焊縫金屬?gòu)?qiáng)度匹配與擴(kuò)散氫的關(guān)系[J]. 電焊機(jī)，2019，49（11）：7-16.