在船舶行业，焊接所用工时约占总工时的一半。药芯焊丝CO2气体保护焊具有效率高和抗外界干扰能力强等特点，在很大程度上提高了效率并降低了成本[1]。但是，船用高强钢配套的药芯焊丝的低温韧性不稳定、抗裂性差、耐蚀性不足，严重影响了使用寿命[2]。因此，大部分药芯焊丝高价从国外进口[3]。

药芯焊丝CO2气体保护焊，属于低稀释率方法。用氧化物冶金技术制备药芯焊丝，药芯填料主要是在氧化物、氟化物的基础上添加铝、钛、铜、锰等元素。在焊丝成分和保护气组成一定的条件下焊缝的组织性能主要取决于焊接条件即冷却速率t8/5，而焊接热输入是影响t8/5的主要因素之一。鉴于此，本文采用三种热输入(8 kJ/cm，14 kJ/cm，20 kJ/cm)进行熔化极活性气体保护焊焊接，研究热输入对该新型船用高强药芯焊丝熔敷金属组织和低温韧性的影响。

1 实验方法

实验用药芯焊丝是Ti-B系低合金粉末加上金红石等焊剂，焊丝直径为1.2 mm。实验母材为新一代440 MPa级船用钢，成分为C 0.04%，Mn 1.06%，Ni+Cr+Mo+Cu+Ti+V为1.81%，余量为Fe。试板的规格为400 mm×200 mm×32 mm。实验中使用YM-751型全自动气体保护气焊机，保护气为100%的CO2。分别采用8 kJ/cm，14 kJ/cm和20 kJ/cm三种热输入进行不预热焊接，道间温度140～150℃，焊接工艺参数列于表1，试板坡口规格如图1所示。

从焊后的工件上截取其横截面，对其研磨、抛光后用2%的硝酸酒精腐蚀。用LeicaMEF4-M型光学显微镜分析熔敷金属的微观组织；用H-800型透射电镜分析焊缝的微观组织结构；用Aspex Explorer夹杂物检测仪分析夹杂物形貌、类型及尺寸；用EBSD技术统计板条间角度晶界；用S-4300型冷场发射扫描电子显微镜分析冲击断口的形貌；分别按照GB/T 2650-2008、GB/T 2651-2008进行拉伸和冲击试验，使用的试样都靠后焊面截取，冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，拉伸试样尺寸为M16φ10 mm，直径为10 mm。

表1 焊接工艺参数 Table 1 Welding parameters

Heat input/kJ·cm-1 8 14 20 Current/A 150 240 280 Voltage/V 27 27 30 Speed/cm·min-1 30 28 25 Gas flow/L·min-1 22 22 22

图1 坡口示意图 Fig.1 Groove diagram(unit：mm)

2 实验结果和分析

2.1 熔敷金属的显微组织

由表2可知，随着热输入的增大熔敷金属的化学成分发生微量变化，其中C、Si、Mn、Ni、Cr元素下降，Cu元素含量增加。Mn含量从0.6%至1.8%和Si含量从0.2%至0.4%能促使针状铁素体含量的增加，减少侧板条铁素体[4]。C、Cr含量的减少以及Ni含量的增加能改善低温韧性，Ti、Nb形成细小夹杂物增加针状铁素体形核核心，而适量增加的Cu元素含量能增加组织中第二相粒子的数量，产生弥散强化的效果[5]。

（35）圆萼管口苔（圆萼叶苔）Solenostoma confertissimum（Nees.）Vana

板条间的组织取向是影响裂纹扩展的主要因素之一。板条呈相互交织状可抑制裂纹的扩展，而当板条束呈平行状分布则裂纹扩展的阻力小，裂纹扩展容易，韧性降低[11]。显而易见，热输入增大则20°～50°区域内的晶界差出现的概率减少明显，大角度晶界的比例降低，板条趋于平行，裂纹扩展容易程度增加，低温韧性降低。

机载合成孔径雷达聚束SAR模式下，天线在一个波束扫描范围Δθ内进行照射成像，飞机沿航线直线飞行，天线波束按照扫描步进θv进行调整，使得波束对地面目标照射时间满足成像所需的积累时间[5]。以下引入扫描帧、波位、波位计数及脉冲计数的概念，如图3所示。

从图8可见，熔敷金属的低温韧性受热输入影响很大。随着热输入的增加，熔敷金属-40℃下的夏比冲击功从72 J降至34 J。由于铁素体的尺寸随着热输入的增大而粗化，且针状铁素体所占比例减少，镐牙状的侧板条铁素体增多，有利于裂纹的扩展，降低了断裂韧度；同时，热输入的增加使部分块状残余奥氏体的增加，导致板条束之间相对运动困难，冲击储能增加，但是裂纹形成后迅速扩展，从而降低了焊缝的冲击韧度；随着热输入的增加尺寸小于1μm的细小夹杂物减少，大尺寸夹杂物增多，总夹杂物含量增多。由于夹杂物大都是氧化物和硫化物，相比基体较脆硬，是主要的裂纹源[12]；关于其微细结构，随着热输入的增大铁素体板条间大角度晶界的比例减少，即板条束越趋于平行，导致裂纹扩展容易，从而降低了低温韧性。

Figure 3 demonstrated the fabrication procedure of a fully encapsulated capacitive sensor. This study provides a proof of concept for advanced fully encapsulated 3D printable devices. It also verified the utility of fully embedded bulk conductors interconnect21.

2.2 熔敷金属的夹杂物特征

图5给出了夹杂物诱发针状铁素体形核现象。由于夹杂物具有较高的表面能，针状铁素体以它为形核核心非均匀的放射性生长。余圣甫等[9]研究发现，只有直径为0.4～2.0μm的非金属夹杂物才能作为针状铁素体的形核质点。

图2给出了光学显微镜下三种热输入的末道熔敷金属的显微组织。可见组织类型均为板条和针状结构，且有部分板条束相互交织，主要为针状铁素体(AF)、侧板条铁素体(FSP)和少量残余奥氏体(RA)。但是，随着热输入的增大铁素体的平均尺寸宽度分别约为0.6μm，0.7μm和1.2μm，板条的宽度明显增加(图3)。同时，使用SISC IAS8.0金相分析软件对针状铁素体含量的统计发现，从低热输入至高热输入针状铁素体的含量分别为75%，60%和48%。

表2 不同热输入下熔敷金属的化学成分 Table 2 Chemical composition of deposited metal under different heat input(mass fraction,%)

Heat input/kJ·cm-1 8 14 20 C 0.056 0.044 0.039 Si 0.35 0.30 0.30 Mn 1.20 1.14 1.11 Ni 1.13 1.10 1.01 Cr 0.30 0.22 0.20 Nb 0.017 0.018 0.016 Cu 0.20 0.24 0.25 Ti 0.058 0.052 0.059

图2 三种热输入条件下焊缝的光学显微组织 Fig.2 OM images of weld seam with three kinds of heat input(a)8 kJ/cm,(b)14 kJ/cm,(c)20 kJ/cm

图3 三种热输入条件下焊缝组织的透射电镜照片 Fig.3 TEM images of three kinds of heat input welds(a)8 kJ/cm,(b)14 kJ/cm,(c)20 kJ/cm

图4 热输入为20 kJ/cm残余奥氏体块状形貌及衍射图谱 Fig.4 Bulk morphology and diffraction pattern of retained austenite under 20 kJ/cm heat input(a)dark field phase,(b)bright field phase,(c)diffraction pattern

图5 夹杂物的TEM照片 Fig.5 TEM diagram of inclusions

夏目漱石认为本位主义是固执己见。漱石认为藤尾有些固执。漱石讨厌的不仅仅是有着现代知识的个性强烈的未来志向的女性，而是位于背后的支配和被支配的意识形态的东西带入，适用于周围的人。作为社会的一种价值观，从夏目看来，是病态的、扭曲的。在日本的现代家庭中，自我的确立和现代社会有着无法调和的矛盾。在这个矛盾下形成失真的价值观，即为本位主义。藤尾被这个极端的本位主义支配，人生的方向也会陷入困境。无论是克娄巴特拉还是藤尾都拥有巨大能量的自我主义，断然拒绝别人对私生活的干涉。

从表3对夹杂物总量的统计中发现，随着热输入的增加夹杂物的数量明显减少，平均尺寸却逐渐增大，夹杂物所占比例提高。Ricks等[10]认为，夹杂物形成针状铁素体的活化能比晶界形成晶界铁素体的活化能大很多，导致在奥氏体相变时先生成晶界铁素体。同时，大尺寸的夹杂物的活化能较低，针状铁素体优先在大尺寸夹杂物处生成，在小尺寸夹杂物处形核。因此，采用大热输入时夹杂物尺寸较大而形核核心较少，针状铁素体易长大，组织粗大。另外，当热输入增大时熔敷金属的过冷度减少，奥氏体相变温度提高，针状铁素体只能在大尺寸上形核，在小尺寸上不易形核，因此诱发针状铁素体形核的夹杂物数量和尺寸都有限，从而针状铁素体易长大而得到粗大的组织。

对熔敷金属中夹杂物进行统计发现，不同热输入对夹杂物的组成影响不大，主要是高熔点相(TiO2，Al2O3，SiO2)和MnS组成的复合型夹杂物。但是，不同热输入条件下夹杂物的尺寸、分布和数量都随着热输入的不同而不同。对夹杂物尺寸统计结果(图6)表明，随着热输入的增大(8～20 kJ/cm)尺寸小于1μm的夹杂物比例明显减少，1μm以上的则明显增加。

2.3 熔敷金属组织的晶界取向分布

使用EBSD技术分析板条间晶界取向(图7)，可以发现，随着热输入的增大板条间大角度晶界和小角度晶界的概率都增加，但是随着热输入的增加大角度晶界(大于15°)所占的比例减小，当热输入为20 kJ/cm时20°～50°的大角度晶界出现的概率几乎为0。

小样本显示，以“95后”为主体的当代大学生群体，成长在一个多元化的时代，社会和个体层面对创新思维的追求，尤其是“双创”背景下对创新创业的引导，使得个性得到较充分发展，同时权利意识的提升使得他们更加关注时事政治和社会民生，并且在互联网信息爆炸时代倾向于获取外部信息进行横向对比，排斥传统说教式灌输。表1显示在对学校管理方式的评价上，15.3%的学生认为目前管理过于紧密，是认为过于松散的人数的2倍多，这充分展示了当代大学生对自身独立思考、发展的需求。图1则直观地表明了当代大学生对时事政治的关心，社会治理的方式和效果将影响他们对管理者的评价。

具体表现为，当热输入较小时(8 kJ/cm)时组织细密，主要以细小的针状铁素体为主，还有少量侧板条铁素体(图2a)；当采用中等热输入(14 kJ/cm)时铁素体的长宽比增大，多呈板条状，侧板条铁素体增多且多垂直于晶界呈平行状生长(图2b)；当热输入增大到20 kJ/cm时(图2c)，热输入增大高温停留时间延长使过冷度降低，相变温度提高，新旧两相的自由能差下降，临界晶核尺寸增大，所需要的临界形核功增加，形核率降低，从而使铁素体进一步粗化。而且呈镐牙状的侧板条铁素体沿原奥氏体晶界向晶内生长的时间变长，使其进一步粗化[6,7]。

图6 夹杂物尺寸的分布图 Fig.6 Dimension distribution of inclusions(a)8 kJ/cm,(b)14 kJ/cm,(c)20 kJ/cm

2.4 熔敷金属的强度及低温韧性

三种热输入条件下的拉伸强度列于表4。当热输入从8 kJ/cm增加至20 kJ/cm时，抗拉强度从668 MPa降低至609MPa，屈服强度从602MPa降低至505 MPa，断面收缩率从26.5%降至21.5%，断后伸长率从70%降至66%。这表明，随着热输入的增大熔敷金属的强度明显下降，塑性也变差。

铁素体板条间有薄片状或块状残余奥氏体，在较低的热输入下(图3b)残余奥氏体多呈薄膜状分布，而随着热输入的增加残余奥氏体向块状转变。其原因是，热输入较小时冷却较快，在铁素体生长过程中碳原子的扩散的速度较慢，且富集在邻近的α/γ界面附近，使碳的浓度梯度增大，当铁素体停止生长后在板条之间就形成富碳的奥氏体薄膜[8]；当热输入增大时(图4)碳原子扩散加快，扩散时间延长，碳原子进一步扩散到未转变奥氏体内使其浓度梯度减少，当含碳量达到一定程度时侧板条铁素体中止生长而生成块状的残余奥氏体。

表3 夹杂物尺寸的统计 Table 3 Statistics of inclusions

Heat input/kJ·cm-1 8 14 20 Number/104·mm-2 2.44 2.19 1.44 Average size/μm 1.04 1.16 1.49 Proportion of inclusions/%0.053 0.060 0.064

图7 热输入与晶界取向差分布的关系图 Fig.7 Relation between heat input and grain boundary misorientation distribution

表4 热输入对熔敷金属的强度的影响 Table 4 Effect of heat input on strength

Heat input/kJ·cm-1 8 14 20 Tensile strength/MPa 668 624 609 Yield strength/MPa 602 562 505 Elongation/%26.5 23.5 21.5 Section shrinkage/%70 68 66

图8 热输入对熔敷金属的韧性的影响 Fig.8 Effect of heat input on the toughness

图9焊缝断口的形貌 Fig.9 Fracture surface diagram of weld(a)8 kJ/cm,(b)14 kJ/cm,(c)20 kJ/cm

图9 给出了三种热输入下焊缝在-40℃下的冲击断口形貌。由图9a可见，在小热输入(8 kJ/cm)条件下焊缝冲击断口由撕裂棱和准解理刻面组成解理小断面，且有由小韧窝组成的延性脊，改善了冲击韧性[13]；图9b给出了14 kJ/cm下的断口形貌，明显可见解理台阶、河流花样和撕裂棱形貌为准解理断裂[14]；图9c给出了20 kJ/cm下的断口形貌，可见解理台阶和沿晶脆性断裂，为典型的解理形貌。综上所述，随着热输入的增大焊缝微观断口形貌从韧窝+准解理向解理过渡，而且韧窝型延性脊减少，断口也趋于平坦，降低了裂纹扩展所需的能量。

3 结论

(1)在三种热输入条件下焊缝金属组织均为针状铁素体、侧板条贝氏体和少量残余奥氏体。随着热输入的增大铁素体组织粗化，针状铁素体减少，镐牙状的侧板条铁素体增多，残余奥氏体形态从薄膜状向块状转变。

(2)随着热输入的增大夹杂物所占比例增大，尺寸大于1μm的夹杂物增多，导致针状铁素体形核核心减少。

待布局逻辑功能纵向连续性约束，式(4)表示：如果待布局逻辑功能n的每一个分块p占用hl、hh行，且有hl>hm>hh，则该分块一定占用hm行.

(3)随着热输入的增大小角度晶界的比例增大，但是20°～50°的大角度晶界的比例明显降低。

(4)随着热输入的增大熔敷金属的强度降低，塑性变差，低温韧性下降，冲击断口形貌从韧窝+准解理向解理过渡，韧窝脊减少。

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