雙道次激光電弧復(fù)合焊熱影響區(qū)微觀組織與沖擊韌性

鮑亮亮 劉福建 徐艷紅 張新明 歐陽(yáng)凱 韓濤

摘要：采用焊接熱模擬技術(shù)制備了低合金高強(qiáng)鋼雙道次激光電弧復(fù)合焊熱影響區(qū)的均勻化組織試樣，研究了二次峰值溫度對(duì)熱模擬試樣微觀組織和韌性的影響。結(jié)果表明，未轉(zhuǎn)變粗晶區(qū)為粗大的板條馬氏體，晶粒尺寸在84～98 μm之間。超臨界再熱粗晶區(qū)為細(xì)小的板條馬氏體，晶粒尺寸為15.7～19.2μm。臨界再熱粗晶區(qū)為晶界和亞晶界分布有塊狀M-A組元的板條馬氏體。亞臨界再熱粗晶區(qū)組織為板條馬氏體，晶粒尺寸在79～88μm之間。示波沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，臨界再熱粗晶區(qū)試樣抵抗裂紋形成能力最低，臨界再熱粗晶區(qū)和未轉(zhuǎn)變粗晶區(qū)試樣抵抗裂紋擴(kuò)展能力最差。

關(guān)鍵詞：低合金高強(qiáng)鋼；激光電弧復(fù)合焊；熱影響區(qū)；微觀組織；韌性

中圖分類(lèi)號(hào)： TG 404

Investigation on microstructure and impact toughness of double-pass laser-arc hybrid welding heat affected zone

Bao Liangliang1， Liu Fujian1， Xu Yanhong1， Zhang Xinming1， Ouyang Kai1， Han Tao2

（1. China Construction Industrial & Energy Engineering Group Co.， Ltd.， Nanjing 210000， Jiangsu， China;

2. China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， Shandong， China）

Abstract： Homogeneous specimens of the double-pass laser-arc hybrid welding heat affected zone （HAZ） of low alloy high strength steels were prepared by welding simulation technology， the influence of second peak temperature on the microstructure and toughness of the simulated specimens was investigated. The results showed that the unaltered coarse grained HAZ（UACGHAZ） compose of coarse lath martensite （LM） with an average grain size between 84～98μm. The supercritically reheated CGHAZ（SCRCGHAZ） is comprised of fine LM with an average grain size between 15.7～19.2μm. The intercritically reheated CGHAZ（ICCGHAZ） compose of LM with blocky martensite-austenite constituents distributed along grain boundaries and subgrain boundaries. The subcritically reheated CGHAZ（SRCGHAZ） is comprised of LM with an average grain size between 79～88μm. The instrumented impact test results showed that the ICCGHAZ specimens own the lowest resistance to crack initiation， and the ICCGHAZ and UACGHAZhad the poorest resistance to crack propagation.

Key words： low alloy high strength steel; laser-arc hybrid welding; heat affected zone; microstructure; toughness

0前言

激光電弧復(fù)合焊是一種高效高精度焊接技術(shù)，在海洋工程領(lǐng)域低合金高強(qiáng)鋼中厚板的焊接方面具有良好的應(yīng)用前景＼[1-2＼]。一般情況下，激光電弧復(fù)合焊匹配的激光器功率越大，激光束穿透力越強(qiáng)，單道次焊縫的焊接熔深也越大。然而一味地增加激光器功率，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備成本成倍增加。目前，激光電弧復(fù)合焊通常配備20 kW 的光纖激光器，可實(shí)現(xiàn)20 mm 厚度以下的鋼板單道一次性焊透，對(duì)于20 mm 厚度以上的鋼板，可采用激光電弧復(fù)合多層多道焊或激光電弧復(fù)合焊與其他焊接方法復(fù)合的方式焊接＼[3-4＼]。

Bao等人＼[5＼]和Li等人＼[6-7＼]對(duì)低合金高強(qiáng)鋼多道次焊接熱影響區(qū)（Heat affected zone， HAZ）組織與韌性研究發(fā)現(xiàn)，由于焊接熱循環(huán)的疊加作用，單道次焊縫熱影響區(qū)，尤其是粗晶區(qū)（Coarse grained HAZ，CGHAZ），組織與性能會(huì)進(jìn)一步惡化，臨界再熱粗晶區(qū)（Intercritically reheated CGHAZ， ICCGHAZ）往往成為其性能薄弱區(qū)。然而，對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊多層多道焊熱影響區(qū)組織與性能的研究鮮有報(bào)道，現(xiàn)有研究多集中在單道次激光電弧復(fù)合焊熱影響區(qū)的組織與性能方面。Bao 等人＼[5， 8＼]對(duì)EQ70低合金高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接接頭組織與沖擊韌性之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)EQ70鋼激光電弧復(fù)合焊接頭熱影響區(qū)發(fā)生了局部脆化。采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)和熱電偶測(cè)溫法對(duì)EQ70鋼激光電弧復(fù)合焊的焊接熱循環(huán)進(jìn)行了模擬與測(cè)量，并分析了復(fù)合焊焊接熱循環(huán)對(duì)熱影響區(qū)組織演變的影響，研究發(fā)現(xiàn)粗晶區(qū)是低合金高強(qiáng)鋼單道次激光電弧復(fù)合焊熱影響區(qū)的局部脆化區(qū)＼[9-10＼]。

為進(jìn)一步研究雙道次激光電弧復(fù)合焊后續(xù)焊接熱循環(huán)對(duì)單道次CGHAZ微觀組織和性能的影響，采用焊接熱模擬技術(shù)制備了低合金高強(qiáng)鋼雙道次激光電弧復(fù)合焊HAZ的均勻化組織試樣，并采用示波沖擊試驗(yàn)和微觀組織表征技術(shù)，分析了二次峰值溫度對(duì)雙道次熱模擬試樣微觀組織和韌性的影響規(guī)律。

1焊接熱影響區(qū)的劃分

HAZ是一個(gè)不均勻的梯度化組織區(qū)域。根據(jù)焊接熱循環(huán)峰值溫度的不同＼[11＼]，單道次HAZ可分為：①完全淬火區(qū)，最高溫度在Ac3至1350℃之間，組織完全奧氏體化，冷卻后得到馬氏體組織或馬氏體與貝氏體的混合組織。又可細(xì)分為CGHAZ（1100～1350℃）和細(xì)晶區(qū)（Fine grained HAZ， Ac3～1100℃， FGHAZ）；②不完全淬火區(qū)，峰值溫度在Ac1～Ac3之間，組織部分奧氏體化，又稱為兩相區(qū)或臨界區(qū)（Intercritically HAZ， ICHAZ），冷卻后得到馬氏體與鐵素體共存的組織，組織均勻性較差；③回火軟化區(qū)，峰值溫度介于Ac1至回火溫度之間，軟化程度取決于焊前調(diào)質(zhì)回火溫度，峰值溫度低于回火溫度，組織性能不發(fā)生變化，峰值溫度高于回火溫度，組織發(fā)生軟化，成為局部軟化區(qū)，又稱為亞臨界區(qū)（Subcritically HAZ， SCHAZ）。

對(duì)于多道焊，由于熱循環(huán)的疊加作用，HAZ分布更復(fù)雜。多數(shù)情況下，CGHAZ是HAZ的性能薄弱區(qū)，所以一般研究熱循環(huán)對(duì)前道次CGHAZ的影響。圖1為單道次和雙道次焊縫的HAZ分布圖按照二次熱循環(huán)峰值溫度的不同，CGHAZ可以分為4個(gè)區(qū)域＼[12-14＼]。區(qū)域1為未轉(zhuǎn)變粗晶區(qū)（Unaltered CGHAZ， UACGHAZ），二次熱循環(huán)峰值溫度介于1100～1350℃，組織完全奧氏體化，峰值溫度較高，晶粒尺寸進(jìn)一步長(zhǎng)大，性能較差；區(qū)域2為超臨界再熱粗晶區(qū)（Supercritically reheated CGHAZ，SCRCGHAZ），二次熱循環(huán)峰值溫度介于Ac3至1100℃之間，組織經(jīng)歷第二次完全奧氏體化過(guò)程，但由于二次熱循環(huán)峰值溫度較低，晶粒細(xì)小，性能良好，與FGHAZ組織類(lèi)似，所以又簡(jiǎn)稱為FGHAZ；區(qū)域3為ICCGHAZ，二次熱循環(huán)峰值溫度介于Ac1～Ac3之間，組織不完全奧氏體化，韌性較差；區(qū)域4為亞臨界再熱粗晶區(qū)（Subcritically reheated CGHAZ， SRCGHAZ）， 二次熱循環(huán)峰值溫度在Ac1以下，由于回火作用，組織硬度有所下降，韌性升高。

2試驗(yàn)方法

選用調(diào)質(zhì)態(tài)EQ70低合金高強(qiáng)鋼，其化學(xué)成分如表1所示。結(jié)合激光電弧復(fù)合焊熱循環(huán)測(cè)量結(jié)果和溫度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果＼[9＼]，根據(jù)復(fù)合焊熱循環(huán)特點(diǎn)，雙道次激光電弧復(fù)合焊熱模擬試驗(yàn)的加熱速度ωH 統(tǒng)一采用CGHAZ平均加熱速度400℃/s，高溫停留時(shí)間tH 統(tǒng)一設(shè)定為1 s。單道次峰值溫度TM1和800℃冷卻至500℃時(shí)間t8/5（1）統(tǒng)一設(shè)定為1300℃和5 s，用來(lái)得到均勻化的單道次CGHAZ熱模擬試樣。二次峰值溫度TM2設(shè)定為690，760，800，840，900，1300℃，用來(lái)模擬雙道次HAZ不同微區(qū)組織。二次800℃冷卻至500℃時(shí)間t8/5（2）設(shè)定為5 s，TM2為690，760，800，840，900，1300℃的試樣，分別代表SRCGHAZ， ICCGHAZ（760，800，840℃），SCRCGHAZ和UACGHAZ試樣。表2為焊接熱模擬試樣參數(shù)。

焊接熱模擬試樣尺寸為70 mm×10.5 mm×10.5 mm，經(jīng)表面處理后，在Gleeble-3800型熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。熱模擬后將試樣加工成55 mm×10 mm×10 mm 的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣。采用RKP-450型試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行示波沖擊試驗(yàn)＼[15-16＼]，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2650—2008《焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法》通過(guò)JSM-7200F 型掃描電子顯微鏡觀察試樣沖擊后的斷口形貌。熱模擬試樣的微觀組織采用DM2500MLeica 型光學(xué)顯微鏡和JSM-7200F 型掃描電子顯微鏡進(jìn)行表征。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1雙道次熱模擬熱影響區(qū)試樣的微觀組織

3.1.1 UACGHAZ

圖2 為 UACGHAZ試樣（試樣1）的微觀組織。一次熱模擬 CGHAZ試樣經(jīng)過(guò)高達(dá)1 300℃的二次峰值溫度后，組織完全奧氏體化，由于復(fù)合焊具有快速的冷卻速度，冷卻后組織仍為晶粒粗大的板CGHAZ組織均質(zhì)化和碳化物溶解不充分，經(jīng)二次熱循環(huán)1300℃高溫后，晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，且組織均質(zhì)化和碳化物溶解更加不充分，馬氏體板條間有碳化物顆粒存在，如圖2c所示。

3.1.2 SCRCGHAZ

圖3為SCRCGHAZ試樣（試樣2）的微觀組織。CGHAZ試樣經(jīng)過(guò)900℃的二次峰值溫度后，組織完全奧氏體化，由于二次峰值溫度不高，新轉(zhuǎn)變的奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，晶粒尺寸較小。在隨后快速冷卻速度下，組織主要為板條馬氏體。

由于激光電弧復(fù)合焊快速加熱、短時(shí)高溫停留的特點(diǎn)，晶粒內(nèi)部板條間也有粒狀碳化物存在，如圖3c。由于組織類(lèi)型和晶粒尺寸與一次熱循環(huán)FGHAZ 試樣組織相近，所以也稱為FGHAZ。多視域觀察發(fā)現(xiàn)試樣2晶粒尺寸為15.7～19.2μm。

3.1.3 ICCGHAZ

EQ70鋼相變點(diǎn) Ac1，Ac3分別為720，850℃?？紤]復(fù)合焊焊接熱循環(huán)對(duì)相變點(diǎn)的影響，分別選取臨界溫度為760，800，840℃的熱模擬試樣對(duì)ICCGHAZ顯微組織進(jìn)行表征。

圖4為采用4%硝酸酒精和LePera試劑腐蝕的ICCGHAZ試樣的光學(xué)顯微組織。ICCGHAZ組織為晶界和亞晶界分布有M-A組元的板條馬氏體，M-A組元的分布、形態(tài)和數(shù)量隨二次峰值溫度的不同有所差異。當(dāng)二次峰值溫度較低時(shí)（760℃），M-A組元主要分布在原奧氏體晶界，呈塊狀。這些塊狀M-A組元在晶界聚集成鏈狀，形成所謂的鏈狀M-A組元，如圖4d 所示。當(dāng)二次峰值溫度為800℃時(shí)，晶界上鏈狀M-A組元開(kāi)始變得相對(duì)分散，晶粒內(nèi)部亞晶界開(kāi)始有薄片狀逆轉(zhuǎn)組織形成，如圖4e所示。當(dāng)二次峰值溫度進(jìn)一步升高至840℃時(shí)，由于溫度接近Ac3，原馬氏體組織大部分都逆轉(zhuǎn)為奧氏體，在后續(xù)快速冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的板條馬氏體，原奧氏體晶界消失，細(xì)小的M-A組元彌散分布于馬氏體內(nèi)部，如圖4f所示。

3.1.4 SRCGHAZ

圖5為SRCGHAZ試樣（試樣6）的顯微組織圖片。由于二次峰值溫度低于奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，相當(dāng)于對(duì)CGHAZ組織進(jìn)行了一次回火處理，試樣6基本保持了CGHAZ試樣的組織形態(tài)，組織主要為板條馬氏體，晶粒尺寸與CGHAZ試樣相近，多視域觀察統(tǒng)計(jì)可知其晶粒尺寸在79～ 88μm 之間。

3.2雙道次熱模擬熱影響區(qū)試樣的沖擊韌性

3.2.1峰值溫度對(duì)熱模擬試樣沖擊韌性的影響

對(duì)雙道次熱模擬HAZ試樣進(jìn)行了示波沖擊試驗(yàn)，表3為示波沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖6為不同二次峰值溫度試樣的示波沖擊吸收功特征值。從總沖擊吸收功Et看，母材的Et最高，SRCGHAZ，SCRCGHAZ和CGHAZ試樣Et相差不大，ICCGHAZ和UACGHAZ試樣的Et較低，其中ICCGHAZ試樣5的Et最低，僅為20.7 J，低于EQ70鋼標(biāo)準(zhǔn)要求的最低沖擊吸收功27.0 J。文獻(xiàn)＼[5＼]研究發(fā)現(xiàn)總沖擊吸收功Et并不能真實(shí)反映出試樣間的韌性差異。從裂紋形成功Ei看，母材Ei最高，表明母材抵抗裂紋形成能力最高。ICCGHAZ試樣Ei較低，其中試樣5的Ei最低，僅為14.6 J，說(shuō)明ICCGHAZ試樣抵抗裂紋形成的能力最差。從裂紋擴(kuò)展功Ep看， ICCGHAZ和UACGHAZ試樣抵抗裂紋擴(kuò)展能力較低，其中試樣5和試樣1抵抗裂紋擴(kuò)展的能力最差。

雙道次UACGHAZ試樣（試樣1）的總沖擊吸收功Et為30.0 J，裂紋形成功Et為24.3 J，裂紋擴(kuò)展功Ep 為5.7 J，均低于單道次CGHAZ熱模擬試樣。相較于CGHAZ試樣，UACGHAZ試樣抵抗裂紋形成和擴(kuò)展的能力均有所降低。試樣1沖擊斷口幾乎沒(méi)有纖維區(qū)，均為白亮色、結(jié)晶狀放射區(qū)。圖7為試樣1的沖擊斷口形貌，其裂紋形成區(qū)微觀斷口表現(xiàn)為韌窩+解理的混合型斷裂特征，裂紋擴(kuò)展區(qū)微觀斷口為脆性解理斷裂特征。

雙道次SCRCGHAZ試樣（試樣2）總沖擊吸收功Et為40.0 J，裂紋形成功Ei 為23.8 J，裂紋擴(kuò)展功Ep 為16.2 J。圖8為試樣2的微觀斷口形貌。裂紋形成區(qū)微觀斷口表現(xiàn)為細(xì)小均勻的韌窩特征，裂紋擴(kuò)展區(qū)微觀斷口為細(xì)小韌窩和少量解離刻面特征。SCRCGHAZ試樣韌性較單道次CGHAZ試樣有所改善，基本滿足EQ70鋼標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖9為不同二次峰值溫度對(duì)ICCGHAZ示波沖擊特征值的影響。隨二次峰值溫度的升高，ICCGHAZ的示波沖擊特征值也不斷升高。當(dāng)二次峰值溫度為760℃時(shí)，其裂紋形成功Ei（14.6 J）和裂紋擴(kuò)展功Ep（6.1 J）均較低；當(dāng)二次峰值溫度升至800℃時(shí)其裂紋形成功Ei（19.6 J）有所增加，裂紋擴(kuò)展功Ep（9.4 J）變化較??；當(dāng)二次峰值溫度進(jìn)一步升至840℃時(shí)，其裂紋形成功Ei（20.2 J）和裂紋擴(kuò)展功Ep（13.8 J）均有所改善。圖10為不同二次峰值溫度ICCGHAZ的裂紋擴(kuò)展區(qū)的微觀斷口形貌。ICCGHAZ試樣裂紋擴(kuò)展區(qū)微觀斷口均呈現(xiàn)準(zhǔn)解理斷裂特征，當(dāng)二次峰值溫度為760和800℃時(shí)，主要由解理刻面和撕裂棱組成；當(dāng)二次峰值溫度為840℃時(shí)，局部韌窩帶明顯增多，表明其對(duì)裂紋擴(kuò)展阻礙作用有所提高。上述結(jié)果表明，二次峰值溫度對(duì)ICCGHAZ沖擊韌性有一定影響，二次峰值溫度處于下臨界溫度（760℃）時(shí)，ICCGHAZ沖擊韌性較低，二次峰值溫度在中（800℃）、上（840℃）臨界溫度時(shí)，ICCGHAZ沖擊韌性有所改善。ICCGHAZ沖擊韌性均較低，主要為脆性斷口。

雙道次SRCGHAZ試樣（試樣6）總沖擊吸收功Et為41.0 J，裂紋形成功Ei 為22.9 J，裂紋擴(kuò)展功Ep 為18.1 J。試樣6沖擊斷口由纖維區(qū)、剪切唇組成。微觀斷口為均勻細(xì)小的韌窩，如圖11所示。雙道次SRCGHAZ試樣沖擊韌性較單道次CGHAZ試樣有所改善，基本滿足EQ70鋼標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.2局部脆化區(qū)組織與韌性的關(guān)系

沖擊試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)雙道次熱模擬HAZ中UACGHAZ，ICCGHAZ試樣沖擊韌性相對(duì)較低，沖擊斷口呈現(xiàn)脆性斷裂特征，是雙道次激光電弧復(fù)合焊熱影響區(qū)的局部脆化區(qū)。UACGHAZ組織類(lèi)型與CGHAZ基本一致，UACGHAZ沖擊韌性的降低主要是因?yàn)槠浣?jīng)歷了二次高溫?zé)嵫h(huán)，晶粒尺寸進(jìn)一步粗化導(dǎo)致的。Bao 等人＼[17＼]研究發(fā)現(xiàn)板條塊亞結(jié)構(gòu)是控制CGHAZ裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的微觀組織單元，且板條塊亞結(jié)構(gòu)寬度隨原奧氏體晶粒尺寸（Prioraustenite grain size， PAGS）的增加而變大。所以PAGS的增加，導(dǎo)致UACGHAZ組織中block寬度增加，導(dǎo)致其抵抗裂紋擴(kuò)展能力降低，裂紋擴(kuò)展功Ep 僅為5.7 J。

ICCGHAZ組織隨二次峰值溫度變化有所不同。由圖4可知，ICCGHAZ基體組織均為板條馬氏體，差異主要體現(xiàn)在M-A組元的形態(tài)、分布、數(shù)量、尺寸等方面。為研究二次峰值溫度對(duì)M-A組元的影響，利用Image-Pro Plus 軟件對(duì)LePera 試劑腐蝕后的金相圖片進(jìn)行處理，并統(tǒng)計(jì)M-A組元的體積分?jǐn)?shù)（采用二維金相圖片的面積分?jǐn)?shù)近似代替體積分?jǐn)?shù)，每個(gè)峰值溫度下至少統(tǒng)計(jì)5張500倍金相圖片），圖12為利用Image-Pro Plus軟件處理后的ICCGHAZ的金相圖。M-A組元尺寸通過(guò)掃描電子顯微鏡圖片統(tǒng)計(jì)（至少統(tǒng)計(jì)30個(gè)M-A組元，取平均值），圖13為不同二次峰值溫度ICCGHAZ試樣掃描電子顯微鏡組織圖。

鮑亮亮等人＼[17＼]的研究已經(jīng)證明板條塊亞結(jié)構(gòu)是控制板條馬氏體韌性的微觀組織單元，所以利用電子背散射衍射（electron backscattered diffraction，EBSD）歐拉圖統(tǒng)計(jì)各試樣板條塊亞結(jié)構(gòu)寬度以及45°以上大角度晶界比例，如圖14所示。歐拉圖中黃色代表45°以上晶界。表4為不同二次峰值溫度下ICCGHAZ試樣的板條塊亞結(jié)構(gòu)寬度、M-A組元的體積分?jǐn)?shù)和尺寸、45°以上大角度晶界比例。

當(dāng)二次峰值溫度為760，800℃，ICCGHAZ晶粒尺寸基本一致，均保持了試樣3，4和5粗大的晶粒尺寸，所以兩者具有相近的板條塊亞結(jié)構(gòu)寬度，分別為19.3和21.7μm。

圖14a 和圖14d 為760℃試樣的EBSD表征圖。從圖14a 和圖14d 看出，試樣基體組織為板條馬氏體，M-A組元連續(xù)分布在原奧氏體晶界，呈塊狀。760℃試樣基本保持了CGHAZ試樣粗大的晶粒尺寸，45°以上大角度晶界主要分布內(nèi)部板條束晶界和板條塊亞結(jié)構(gòu)晶界，板條塊亞結(jié)構(gòu)寬度為19.3μm。760℃試樣大角度晶界比例僅為12.6%統(tǒng)計(jì)得到760℃試樣中M-A組元的平均晶粒尺寸為2.5μm，體積分?jǐn)?shù)為2.9%。

圖14b 和圖14e 為800℃試樣的EBSD 表征圖。當(dāng)二次峰值為800℃時(shí)，晶界鏈狀M-A組元開(kāi)始分散，仍呈塊狀分布。晶粒尺寸與760℃試樣相近，其板條塊亞結(jié)構(gòu)寬度為21.7μm。45°以上大角度晶界主要分布內(nèi)部板條束晶界和板條塊亞結(jié)構(gòu)晶界800℃試樣大角度晶界比例僅為13.9%800℃試樣中M-A組元的平均晶粒尺寸為2.1μm，體積分?jǐn)?shù)為3.2%。

圖14c 和圖14f 為840℃試樣的EBSD 圖。二次峰值溫度升至840℃時(shí)，由于峰值溫度較高臨近Ac3，大部分組織轉(zhuǎn)化為奧氏體，冷卻后形成板條馬氏體和M-A組元，原奧氏體晶界無(wú)法分辨，晶粒變細(xì)小，板條塊亞結(jié)構(gòu)寬度僅為12.5μm，45°以上大角度晶界比例較760，800℃試樣增大，為16.3%。M-A組元的平均晶粒尺寸為1.8μm，體積分?jǐn)?shù)為0.9%。

二次峰值溫度對(duì)ICCGHAZ試樣裂紋擴(kuò)展功有顯著影響。隨著二次峰值溫度的升高，裂紋擴(kuò)展功Ep 不斷升高。隨著二次峰值溫度的升高，ICCGHAZ中板條馬氏體板條塊亞結(jié)構(gòu)寬度不斷降低，導(dǎo)致45°以上大角度晶界比例不斷升高，試樣抵抗裂紋擴(kuò)展能力不斷增強(qiáng)。

二次峰值溫度對(duì)ICCGHAZ試樣裂紋形成功也有較大影響。隨著二次峰值溫度的升高，其裂紋形成功Ei 不斷升高。當(dāng)二次峰值溫度為760，800℃時(shí)，M-A組元體積分?jǐn)?shù)變化不大，分別為2.9%和3.2%。當(dāng)二次峰值溫度為840℃時(shí)，M-A組元驟降至0.9%，說(shuō)明裂紋形成功的變化與M-A組元體積分?jǐn)?shù)相關(guān)性不大。隨二次峰值溫度的升高，ICCGHAZ試樣中M-A組元的分布由晶界向晶內(nèi)擴(kuò)展，由聚集向發(fā)散轉(zhuǎn)變，M-A組元的尺寸不斷減小。所以M-A組元的分布和尺寸與裂紋形成功的變化相關(guān)性較大。M-A組元的尺寸越大，試樣裂紋形成功越低。M-A組元在晶界呈鏈狀分布時(shí)，試樣裂紋形成功較低，在晶界或晶內(nèi)離散分布時(shí)，試樣裂紋形成功相對(duì)有所改善。

綜上所述，下臨界溫度ICCGHAZ試樣（760℃試樣）由于既遺傳了CGHAZ粗大的晶粒尺寸（板條塊寬度），且晶界有鏈狀M-A組元的存在，M-A組元的尺寸較大，導(dǎo)致其裂紋形成功和裂紋擴(kuò)展功均較低，韌性最差。中臨界溫度ICCGHAZ試樣（800℃試樣），由于晶界M-A組元開(kāi)始離散，與760℃試樣相比，其裂紋形成功有所增加。上臨界溫度ICCGHAZ試樣（840℃試樣）由于晶粒得到細(xì)化，且M-A組元尺寸較小，離散分布在晶粒內(nèi)部，所以裂紋形成功和擴(kuò)展功均有所增加，韌性相對(duì)較好。

4結(jié)論

（1）雙道次激光電弧復(fù)合焊熱模擬熱影響區(qū)微觀組織以板條馬氏體為主，二次峰值溫度主要影響其晶粒尺寸大小。ICCGHAZ試樣的板條馬氏體晶界和亞晶界處分布由塊狀M-A組元，二次峰值溫度為760℃時(shí)，塊狀M-A組元主要分布在原奧氏體晶界，且聚集成鏈狀。二次峰值溫度為800℃時(shí)，晶界上鏈狀M-A組元開(kāi)始變得分散，且有部分M-A組元在亞晶界彌散分布。二次峰值溫度為840℃時(shí)，原奧氏體晶界消失，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的板條馬氏體，M-A組元在晶界分布進(jìn)一步分散，晶內(nèi)彌散分布有M-A組元。

（2）示波沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，UACGHAZ試樣和ICCGHAZ試樣是雙道次激光電弧復(fù)合焊熱模擬熱影響區(qū)的局部脆化區(qū)。ICCGHAZ試樣抵抗裂紋形成能力最低，ICCGHAZ和UACGHAZ試樣抵抗裂紋擴(kuò)展能力最差。

（3）UACGHAZ沖擊韌性的降低主要是因?yàn)槠浣?jīng)歷了二次高溫?zé)嵫h(huán)，晶粒尺寸進(jìn)一步粗化導(dǎo)致。ICCGHAZ試樣的沖擊韌性與晶粒尺寸和M-A組元有關(guān)，760℃試樣由于遺傳了CGHAZ粗大晶粒，且晶界有鏈狀M-A組元的存在，導(dǎo)致其韌性最差。800℃試樣由于晶界M-A組元開(kāi)始離散，與760℃試樣相比，其韌性有所改善840℃試樣由于晶粒得到細(xì)化，且M-A組元尺寸較小，離散分布在晶粒內(nèi)部，其韌性相對(duì)較好。

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鮑亮亮簡(jiǎn)介：博士；主要從事高效高質(zhì)量焊接技術(shù)研究；baoliangfighting@163.com.