1。2   研究的实际意义

堆焊工艺的一个显著特点就是堆焊层与母材之间是冶金结合。一般情况下，焊 接过程中的熔化焊冶金反应是复杂的化学反应。堆焊层在堆焊过程中的组织会对堆 焊材料的性能产生很大的影响。冶金反应生成的产物可直接影响到焊缝的成分，组 织以及性能。同样，在焊丝中添加稀土元素，堆焊过程中稀土元素会发生化学冶金 反应，产生稀土夹杂物。

由文献知，夹杂物的存在，容易造成应力集中而产生疲劳断裂[8]，导致钢的抗疲 劳断裂性能降低，并会使零件在腐蚀介质中由夹杂物处引起腐蚀[9]，降低钢材的耐蚀 性[10]。塑性夹杂物与脆性夹杂物都会对钢产生危害，但是两者危害不同。塑性夹杂 物会导致钢材的热脆，而脆性夹杂物在钢的冷轧过程中会引起微裂纹和空洞，并在 淬火中引起应力集中而形成裂纹。大多数夹杂物会降低钢的塑性和韧性，并且随着 钢的强度的增加而增加。

因此了解堆焊过程中产生的夹杂物对我们研究材料的性能有很大的作用，只有 清楚了夹杂物对堆焊性能的影响我们才能更好的使用堆焊。当然，在知道了夹杂物 对性能的作用机理后，我们在材料制备的时候合理的添加或减少一些元素可以使材 料得到更好性能，即控制夹杂物改善钢的性能。稀土元素对夹杂物的形成也会有影 响，因此，了解稀土元素与焊缝中夹杂物的关系也很重要。

我国堆焊技术的发展相当迅速，但是在某些方面还是存在一些不足。纵观我国 的各个工业领域，几乎每个领域都可以看到堆焊的使用，它为我国工业的发展提供 了很大的帮助，它的发展时间也很高。我国堆焊基础理论和国外的差距并没有很大， 为了缩短我国和国外的国家在堆焊发展上的差距，要不断研究开发先进的堆焊技术 并且将先进的堆焊工艺广泛应用于先进的制造工业中，这是我们的重大责任。

1。3    夹杂物对焊缝性能的影响

在焊接过程中，无法避免焊缝中夹杂物的存在，一般情况下焊缝金属中非金属

夹杂物大多呈弥散且细小的颗粒而存在。焊缝中夹杂物的来源有以下几个：

(1) 焊接是一个速度很快的不平衡化学冶金过程，所以在焊接冶金反应过程中不 可避免会反应生成夹杂物这一产物；

(2) 焊接过程中母材和填充金属会过渡到焊缝中，过度过程中会产生夹杂物；

(3) 焊接过程会产生残余的熔渣和表面氧化物，这些会作为夹杂物形成的质点。 有研究表明，夹杂物对焊缝性能的影响主要分为两方面：一是弥散的夹杂物促 进了焊缝针状铁素体的生成，对焊缝力学性能有利[11]；另一方面，夹杂物的数量及

大小影响焊缝力学性能，特别是大颗粒夹杂物将降低焊缝冲击韧性[12]。 通常情况下，由于非金属夹杂物焊缝金属的连续性会被夹杂物破坏，这对焊缝

的组织和性能有显著的影响。例如尖角形夹杂物是应力集中的根源，它能促使微裂 纹的萌生，而圆形夹杂物对裂纹的危害影响较小。因此我们需要知道夹杂物对焊缝 性能的影响，从而控制焊缝夹杂物来改善焊缝性能。

1。3。1 夹杂物对强度的影响

钢的力学性能与组织中夹杂物的尺寸息息相关。随着夹杂物尺寸的增加，钢的 屈服强度和抗拉强度会降低；随着夹杂物尺寸的减少，钢的屈服强度和抗拉强度会 增加。特别是当夹杂物在材料中弥散均匀分布时，钢的屈服强度和抗拉强度提高的 幅度明显增大。

焊缝金属断裂时裂纹扩展速度与夹杂物的数量有直接的关系。当焊缝中夹杂物 增多时，焊缝金属断裂时裂纹扩展速度增加，这最主要的原因是焊缝中的夹杂物打 断了基体的连续性，基体的连续性的打断导致焊缝金属在交变载荷下出现断裂。随 着焊缝中夹杂物含量增加，焊缝金属的脆性会增加而韧性会降低。这主要是因为在 载荷作用下，断裂最开始的部分就是夹杂物存在的地方即夹杂物会成为裂纹源，夹 杂物存在的地方塑性变形量减少的同时会使强度下降且三向应力会增加，由于三向 应力的增加焊缝会出现裂纹断裂。