如何确定焊缝金属的成分？

对于初始焊道或根部焊道，由于稀释率最大，因而特别关注其DMW焊缝金属的成分。对很多DMW，在选择填充焊丝时主要目的是为了在初始焊道得到含有少量铁素体的稳定的奥氏体组织（见第6章），如果能得到这样的组织，就不会产生焊接凝固裂纹，焊缝金属也将具有足够的韧度可以通过ASME规范要求的“弯曲试验”。弯曲试验是将含有焊缝，热影响区和母材的试件在一根半径为二倍试件厚度的轴上进行弯曲（经常称为2T弯曲试验）。

对不锈钢的DMW，可以应用Schaeffler相组分图^[2，5]，在很多场合也可以用WRC-1992相组分图来预测焊缝及其过渡区的微观组织。Schaeffler相组分图（图3-4）提供了一张“大图”，允许把各种类别的不锈钢和碳钢画在一张图上。然而在使用高锰填充金属时，预测组织会产生错误。也可以用原始WRC-1992扩展后的版本，但只有当焊缝金属成分处于奥氏体、奥氏体+铁素体、奥氏体+马氏体或者奥氏体+铁素体+马氏体的成分范围以内时，才可以用来预测微观组织。而修正后的WRC-1992新版本^[6]，其中包括了马氏体形成的边界，并扩展了相组分图预测的成分范围，使其可以描述所有不锈钢，包括DMW焊缝的相组分（见图3-18）。这些相组分图已经在第3章中作了详细的讨论。

Schaeffler相组成图在为异种金属焊缝提供近似的组织预测方面也是有用的，因为可以把不锈钢、碳钢和低合金钢画在一张相组分图上，并可以预测所有这些钢的组织。如图9-1所示，用309L钢（圆符号）或者310钢（三角符号）填充金属焊接低合金钢（如ASTM中的A508菱形符号）和304L不锈钢（方符号）。图上两条虚线和两种母材成分的连接线中点的交点代表了两种母材向焊缝有相同的熔入量（稀释率）时的母材成分，这个成分可以看成是一种合成母材的成分。而初始焊道的最终成分将落在连接这一交点和填充金属成分的虚线上（即假设两种母材稀释率相同）。如果初始焊道中母材对填充金属总的稀释率为30%（对一般焊条电弧焊，焊缝稀释率就是30%），则焊缝金属成分就在连接309L和合成母材成分点的虚线上，离309L30%线长的距离处。这个成分接近该虚线和5%等铁素体直线的交点的成分。后续焊道的金属成分将更接近于填充金属成分。因而309L钢填充金属在正常的母材稀释率下可以得到奥氏体+铁素体的双相组织，结果具有较高的抗焊缝凝固裂纹的能力。

图9-1 用Schaeffler组分图预测用309L或310钢填充金属焊接304L不 锈钢和A508低合金钢得到的异种金属焊缝的相组分

可以用同样方法来预测使用310钢填充金属焊接初始焊道的焊缝组织。然而在连接310成分和合成母材成分的虚线上没有任何一部分处于形成铁素体的成分范围内，因而用310钢填充金属施焊，焊缝金属将肯定是全奥氏体组织。除非母材的稀释率极高，然而此时出现的是马氏体而不是铁素体。所以用310钢作为填充金属时焊缝金属对凝固裂纹敏感。(www.xing528.com)

连接合成母材成分（粗实线的中点）和填充金属成分的虚线也可用来预测熔合线边界上过渡区的成分。例如连接309L的虚线穿过马氏体、奥氏体+马氏体和奥氏体+铁素体区，因而在母材热影响区和焊缝完全混合区之间成分未熔合的窄区内，这些组织都可能出现。类似地，在合成母材成分和310钢填充金属成分之间的虚线穿过马氏体、奥氏体+马氏体和奥氏体区，所有这些组织都可指望在310/304组合的熔合线边界的狭窄区域里出现。这个现象在后面要充分讨论。

用一个类似于图9-1中Schaeffler相组分图的例子，在图9-2中示出了在修正的WRC-1992相组分图中用309L钢填充金属焊接ASTMA36和304L异种钢板组合，这个修正后的相组分图画出了w（Mn）=1%锰时出现马氏体的边界（309L钢焊缝金属中锰的名义质量分数是1%）。由图可见：如果要使焊缝金属成分落入奥氏体+铁素体范围，并以铁素体为初始析出相进行FA模式凝固，则母材的稀释率大致要少于45%（见图9-2中309L成分和合成母材成分之间的连线）。如果要在初始焊道出现马氏体，则稀释率要高于60%。通过预估和控制母材稀释率，也可以预测焊缝金属的铁素体数FN。

图9-2 用WRC-1992相组分图预测用309L填充金属 焊接304L/A36组合的焊缝金属相组分图

译者注：图中连接309L和混合母材金属成分的连线上标有30和40的点代表稀释率。