综述：低温相变焊接材料对拉伸残

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1、综述：低温相变焊接材料对拉伸残于超译摘要本文综述了一种引人瞩目且可供选择的降低焊缝区有害残余应力的方法，此方法是利用钢的低温，固态和位移相变来实现的。便有人考虑到设计这种低温相变焊材合金这一新思维与实践相结合的理论。通过控制焊缝金属的相变温度以利用相变膨胀，使焊缝区残余应力得到有效的改善，尤其是在焊接热与受拘束的非焊缝区交界处有显著改变。迄今为止，这项技术已被证实可以提高一些常见焊缝成型的疲劳强度。在应用低温相变焊材的领域，该技术可促进工程设计规范的有利改写。文章信息文章来历：2013年8月28日收录2013年11月21日采纳2013年11月3日网上可获关

2、键词：焊接残余应力马氏体低温相变焊缝金属1.简介对于很多重要的工业生产中，焊接完整性是至关重要的；例如建筑结构中的焊缝组织，矿业设备，轮船，农业机械，桥梁和海上平台等。除了生产效率低，设备和操作成本低之外，与其他连接方法相比，生产过程更为有利。焊接完成时，由于热收缩和几何结构，在冷却至室温过程中，压缩和拉伸残余应力的图案会在临近的焊缝区展现出来。通过提高焊接母材的强度并不能使焊缝的疲劳强度得以提高，主要原因是拉伸残余应力的存在。在这篇综述中，设计低温相变焊材这一新思维与实践的理论，能抵消焊接区由于热收缩所产生的这种拉伸残余应力。这种智能合金对减轻限制焊缝的

3、拉伸残余应力有着尤为突出的益处。2.低温相变焊材合金的理论与实验基础2.1.拘束转变在冷却过程中奥氏体的转变机制可以描述成为铁原子向其他晶格结构重组或是位移的过程。随着位移转变，原来的晶体排列会向新结构发生均质变形，这种变形不包括铁原子结合的破坏和随后的重新组合，这与我们所看到的重建性转变中生成铁素体和珠光体相似。当冷却速率较快（如大多数焊缝场景）或者焊缝金属合金化较高，在最后的微观结构可能是针状铁素体，贝氏体或马氏体的区域，位移转变就会变得很普遍。这种从奥氏体相到转变相的显微特点在[1-5]中可以广泛的查阅，但最重要的是，这种转换总是伴随巨大的剪切和体积

4、膨胀。相对大型和中型零件焊接，大部分母料侧面焊接将受限，因此焊缝区在冷却过程中的热收缩和温度分布的不均匀性会诱发残余应力产生(即焊缝和热影响区域侧面)。在通常情况下，两块母材之间出现细长焊缝，最高的拉伸残余应力级将会变为单向。为了阻止冷却过程中奥氏体体积膨胀所引起的热收缩，转变温度是可以控制的。这种残余应力/温度关系见示意图1a，图中可观察到压力突然下降时的转变开始温度，这可以归因于发生并补偿累积热收缩的膨胀和剪切应变。图1.冷却对残余应力的影响;相变扩张和热收缩的平衡。(a)压力温度示意图(后[6])(注:铁素体的热膨胀系数,13×10-6K-1;奥氏体

5、21×10-6K-1[97])。(b)冷却过程中不同类型钢的Satoh试验结果(后[6])。(c)常规的(OK75.78)和低温相变焊材合金的Satoh试验结果(LTTE&B)。从850℃以10℃s–1速度冷却样品(后[8])。各自的化学成分数据估计转变开始温度和性能在表1和2中所示。根据经验，这种效应可以通过限制冷却实验清楚的展现出来，例如Satoh试验。试验包括拉伸试样，试样要加热至完全奥氏体，然后在单向约束控制冷却。不同类型钢的一些结果[6–8]在图1b中所示(分别为马氏体，贝氏体和奥氏体)。可以看出全奥氏体钢具有渐近线形热收缩，而贝氏体和马

6、氏体的转变反映了残余应力的降低；然而，通过持续冷却至环境温度转型产物已出现疲劳的现象否定了有利抵消收缩应变这种说法。这些观察得出的结论是，最后焊接组件的应力状态不仅是受转变温度的影响，还有可能通过降低转变温度而使焊接组件的应力减少。图1c显示两种合金转变温度降低过程中压力的影响(LTTE和B系列)。相比常规的填料合金(OK75.78)转变温度从~450℃至室温时会有拉应力，可以从表中看出在室温下，应力受驱动会减小或接近于零。Wangetal.[9]和Murataetal.[10].两人研究了各种焊接填充合金相变温度的影响以及焊缝区残余应力分布。Murata

7、etal.[10].的结果(图2)表明,一旦转换温度足够低，不仅拉伸残余应力会降低到零，而且在室温下冷却可以生成压缩残余应力。约在200℃当填料合金的转变发生时这些值会达到最大。低于这个温度，在冷却至环境温度过程中，转变和副卷膨胀并不完全，因此通过限制收缩冷却不能完全取消拉伸残余应力。如果没有相变(例如，如果是单相奥氏体，使用焊缝填料合金)，随后，由于不间断的热收缩拉伸应力预计将逐步增加。尽管在这一领域的重要研究在二十年前才开始，大家很久之前就知道因此在焊缝区使用含9%Ni的填料合金时可以降低拉伸残余应力。在Ms点为350℃时[11]，当转变温度更低的时候

8、可以获得压缩残余应力（例如：Ms=250℃），以此观察马氏体时效钢