焊接是金属加工工程的主要方法之一,在工业生产和国防建设中无处不在,而在产品制造过程中必须重视焊接质量,许多工程结构破坏以及重大的灾难性事故是由于焊接接头热影响区最薄弱区域产生脆化而引起的。热影响区的粗晶热影响区(又称过热区)往往是发生脆化以及韧性最薄弱的区域,国内钢材厂商在进行焊接评定时都采用热影响区的韧性去衡量焊接接头质量的好坏,而忽略了最薄弱区域对焊接接头的影响,这就为钢材设备的安全运行留下了深深的悬念与隐患。最薄弱区域的冲击韧性合格指标应给予评估。因此,本文以低温压力容器用钢09MnNiDR钢和08Ni3DR钢为研究对象,系统研究实际焊接接头中最薄弱区域在夏比V形缺口试样中占缺口尖端的比例与冲击韧性的关系以及影响热影响区的微观因素,主要包括两个方面:通过将缺口开在母材、焊缝以及热影响区不同区域来评定整体接头不同区域粗晶热影响区、细晶热影响区、临界热影响区以及亚临界热影响区的组织和冲击韧性。在此基础上研究实际焊接接头中韧性最薄弱的区域以及最薄弱区域对整体焊接接头韧性的影响规律。通过热模拟的方法研究不同峰值温度以及不同热输入对热影响区组织和性能的影响,得出影响热影响区韧性的微观因素。研究结果表明:(1)实际施焊条件下,09MnNiDR钢埋弧焊焊接接头和08Ni3DR钢焊条电弧焊焊接接头最薄弱区域都为粗晶热影响区,其微观组织由粗大的粒状贝氏体、板条贝氏体以及侧板条铁素体组成,完整的粗晶热影响区的低温冲击吸收能量分别为20 J(实验值)和27J(非实验线性拟合值)。实际焊接接头粗晶热影响区韧性恶化的主要原因是粒状贝氏体、板条贝氏体、侧板条铁素体的出现以及晶粒粗化引起的。(2)在两种实际焊接接头中,最薄弱区域在缺口尖端前沿所占的比例越多,相对应的冲击韧性越低。当最薄弱区域完全贯穿整个缺口尖端前沿时,冲击吸收能量相比母材损失了约90%左右,充分展现出焊接接头最薄弱区域对缺口试样的冲击韧性有巨大影响。如果在实际施焊条件下,没有得到完整的最薄弱区域的韧性,可以通过拟合的函数模型间接的计算出完整的最薄弱区域宽度所占比例对应的冲击韧性。(3)在热模拟条件下,随着峰值温度的升高,09MnNiDR钢的热影响区的硬度逐渐增加,组织从细小的块状铁素体转变为块状铁素体+粒状贝氏体,再转变为粗大的粒状贝氏体+板条贝氏体。随着峰值温度的升高,热影响区的冲击韧性逐渐降低。亚临界热影响区(峰值温度为650℃)具有最高的冲击韧性,粗晶热影响区(1320℃)是09MnNiDR钢热影响区韧性的最薄弱区域。而组织转变、M-A组元的析出、晶粒粗化以及高角度晶界比例的不同导致热影响区各个亚区域冲击韧性具有显著差异。(4)随着焊接热输入的增加,09MnNiDR钢粗晶热影响区的组织从粗大的粒状贝氏体+板条贝氏体逐渐转变为粒状贝氏体+块状铁素体,硬度逐渐降低,冲击韧性先增加后减小。研究发现原始奥氏体晶粒尺寸是影响不同热输入下粗晶热影响区冲击韧性变化的重要原因。(5)结合实际施焊和热模拟实验的结果还揭示了在09MnNiDR铁素体钢中,临界事件是晶粒(贝氏体团)尺寸的裂纹穿过晶粒/晶粒边界的扩展,临界事件的尺寸由最薄弱区域的粗大晶粒(贝氏体团)的尺寸所控制。