扯淡能解决不锈钢焊接裂纹？你没疯吧？

小明

张博士好，慕名打搅。这次专门来请教气保焊接过程中的裂纹。

哦，那说说具体情况。

Dr.张

小明

焊丝、保护气体、电流电压等统统没变。焊前清洗、防风措施等等也严格控制。基本上能够想到的工艺措施，都严格控制，且保持不变。

嗯？那看来可能是由于焊缝金属中的δ铁素体（delta ferrite）引起的。

Dr.张

小明

这是个啥玩意？

回忆一下铁碳相图，在升温的过程中，会发生铁素体（alpha ferrite）-奥氏体(austenite)-铁素体(delta ferrite)的相转变过程。

Dr.张

小明

这个与高温阶段的delta ferrite生成有关，那岂不是变成了热裂纹了？那如何预测生成量呢？

看这个图啊。Schaeffler先生1949年首次提出了通过Creq和Nieq定量预测铁素体生成量的算法。

Dr.张

下图表示的是N含量对钨极氩弧焊双相不锈钢焊缝金属铁素体含量的影响，保护气体中掺杂不同比例的氮气。这个呢是欧本人老外博士导师的成果。厉害吧。

Dr.张

还有个WRC-1992图。这个是美国焊接学会在1992年组织的WRC会上大家讨论定下来的，此WRC（Welding Research Council），非彼WRC（world rally contest，世界汽车拉力锦标赛）。这图考虑了Cu的作用，同时给出了不同成分在焊接后的凝固模式。这个不能不提，否则真的不好解释delta ferrite的作用。

Dr.张

张博士：看看下面的delong图。纵坐标中考虑了N含量的影响。

Dr.张

小明

这个跟上图比更加一目了然，也清楚了铁素体含量。 以后啊，测定焊缝金属成分的时候，一定得记得测定N含量。

假定N含量0.08%，那么纵坐标就要增加（蓝星→ 红星），很明显会降低delta铁素体含量。要记得哟，N的系数是30。空气中78%都是氮气啊。

Dr.张

小明

那样的话，假定风速是3m/s，开窗状态下，确实会给保护气体带来影响。空气中的氮气会进入保护气体中，从而进入熔池中，因而会降低焊缝金属中delta铁素体含量。

是的。工艺和装备都要严格执行标准。

Dr.张

小明

那delta铁素体究竟是如何影响热裂纹的呢？

下图中有两个凝固模式：(a)先奥氏体，(b)先铁素体。简单说，先奥氏体模式中，奥氏体率先转变（图中白色树枝晶），随后在树枝晶的间隙处形成delta铁素体；而在先铁素体模式中，delta铁素体率先转变（图中黑色树枝晶）。

Dr.张

高温裂纹一般发生在凝固过程末期，结晶粒界处（通常为柱状晶）间隙残存液态薄层不能支撑由于凝固进行而发生的收缩应力而发生开裂。

就拿下面的示意图来说明：

1）红圈代表焊接熔池，箭头发现代表移动方向；

2）黑实现代表等温线；

3）绿色箭头代表了凝固顺序。

Dr.张

小明

这是柱状晶吗？

是的。在凝固收尾阶段，在柱状晶的缝隙间会有一层液相存在。这就是导致高温裂纹，或凝固裂纹的源头。

Dr.张

小明

原来如此。那上图中蓝色部分是啥呢？

小明

那常常听到的“胞状晶”，“树枝晶”，跟柱状晶是啥关系呢？

仔细观察微观组织，在柱状晶的内部就可以看到胞状、树枝晶结构了。看看下面的动画。可以看到，裂纹发生的状况。

Dr.张

小明

原来如此，宏观裂纹来源于微观的组织转变。

是的，还是回到delta铁素体的作用吧。直线状晶界、元素的晶界偏析等因素有利于延长液相的存在温度范围，因此会助长裂纹倾向。Delta铁素体存在的话，会减弱上述两个因素的影响，因此会降低裂纹倾向。

Dr.张

小明

为什么呢？

一方面，delta铁素体可以固溶更多的S,P等杂质元素；另一方面，其相转变也破坏了单一的柱状晶结构，从而改变了晶界结构。

Dr.张

小明

这就是delta铁素体的作用？