1000 MPa级高强钢焊接试验研究

元素 C
Si
高强钢 0．24 0．37
焊丝 0．1 0．48
Mn P
S
Cr
1．6 0．025 0．025 0．1
1．6 0．014 0．008 0．3
Ni Mo Nb — 0．1 0．008 1．4 0．23 —
表 2 试验钢板及焊丝的力学性能
元素 高强钢
焊丝
Rm/MPa 1 160 730
Rp0．2/MPa 1 050 800
38 ·工艺与新技术· 文 章 编 号 ：1002－025X(2019)08-0038-03
焊接技术 第 48 卷第 8 期 2019 年 8 月
1 000 MPa 级 高 强 钢 焊 接 试 验 研 究
邓才智， 邓文科， 何 蔚
（三一重工股份有限公司， 湖南 长沙 410100）
来自百度文库
摘要： 采用富氩混合气体保护焊对高强钢板进行焊接， 研究了不同热输入对低合金高强钢焊接接头显微组织和力学性能的影响。 结果
收稿日期： 2019-03-12
研究较少， 针对工厂生产现状， 通过试验研究不同 的热输入对焊接接头组织和力学性能的变化规律， 为实际生产中焊接工艺参数的优化提供理论依据。
1 试验材料及方案
试 验 材 料 为 1 000 MPa 的 高 强 度 结 构 钢 ， 采 用
富氩混合气体保护焊， 焊接试板开 V 形坡口， 坡口
相对母材发生了明显变化。 图 2 所 示 为 热 输 入 1．55
kJ/mm 时， 高强钢板焊接接头的显微组织照片。 从图
2 可看出， 焊接接头的显微组织形态明显分为 5 种，
即： 焊缝区组织、 过热粗晶区组织、 相变重结晶区
组织、 不完全结晶区和母材区组织。 图 2a 为焊缝区
高强钢在应用时最薄弱的环节是焊接接头的性 能。 在焊接过程中， 由于热输入及焊后冷却速度的 不同， 使得热影响区的组织及力学性能不均匀， 尤 其是焊接接头热影响区晶粒粗化， 特别是接近熔合 线附近的热影响区粗晶区往往成为接头韧性的低谷 区［1］， 限制了高强钢的广泛应用。 热输入的大小直接 影响到焊接接头的热影响区的峰值温度和冷却速度， 而峰值温度和冷却速度决定了焊接接头组织形态。 不合理的热输入会导致焊接接头组织恶化， 大的热 输入会导致热影响区软化， 过小的热输入会导致脆 化［2］。 在我国针对 1 000 MPa 级高强钢焊接的热输入
角度 60°， 保护气体为 φ（Ar）80％＋φ（CO2）20％， 气体 流量为 18~20 L/min。 为保证焊接质量， 避免焊接裂
纹的产生， 按照 “低强匹配” 原则， 采用 70 kg 级的
实心焊丝， 高强钢板及焊丝的化学成分及力学性能
见表 2， 具体焊接工艺参数见表 3。
表 1 试验材料的化学成分 （质量分数） （％）
A （％） 12 19
Akv/J （－40 ℃） 30 50
表 3 不同组对间隙下热输入
焊接电流 试样编号
/A
1＃
260
2＃
270
3＃
280
4＃
290
5＃
300
6＃
310
电弧电压 /V 27 28 29 30 31 32
焊接速度 /（mm·min-1）
309 310 315 310 312 310
热输入 /（kJ·mm-1）
的抗拉强度有一定程度的下 降 。 当 热 输 入 超 过 1．55
kJ/mm 时， 抗拉强度出现明显下降。 而冲击韧性随着
热输入的增大， 呈先提高到峰值后逐渐下降的趋势。
这表明， 当热输入为 1．55 kJ/mm 时， 焊接接头的强
韧性达到了优化组合。
2．2 焊接接头显微组织
受焊接热循环的作用， 热影响区组织和晶粒度
·工艺与新技术· 39
体。 图 2d 反映的是热影响重结晶区的组织形态为晶 粒细小的板条状马氏体和粒状贝氏体。 图 2e 为母材 区的显微组织， 其组织形态为晶粒细小的回火索氏 体， 保证母材具有较高的韧性。
2 试验结果及分析
2．1 焊接接头室温抗拉性能
不同热输入条件下， 高强钢焊接接头的力学性
能如图 1 所示。
的出现， 接头出现软化， 性能降低。
关键词： 高强钢； 热输入； 焊接接头； 显微组织； 冲击韧性
中图分类号： TG457.1
文献标志码： B
DOI:10.13846/j.cnki.cn12-1070/tg.2019.08.011
0 前言 “十三五” 期间， 我国家继续加大对基础设施的
投入力度， 铁路、 公路、 机场、 地铁等建设也明显 加快， 对混凝土泵车等工程机械设备的需求量日益 增加， 也对施工质量提出了更高的要求， 泵车作业 的排量、 作业范围、 安全性、 稳定性、 可靠性等指 标越来越高， 从而要求泵车的受力结构件普遍采用 高 强 度 合 金 ， 尤 其 是 抗 拉 强 度 超 过 1 000 MPa 的 高 强钢。 1 000 MPa 高强钢由于碳当量大、 强度高， 易 出现焊接裂纹、 焊接应力大等问题， 从而导致其应 用存在一定的局限性。
800 780 760 740
80 抗拉强度 冲击吸收功 70
60
50
抗 拉 强 度 /MPa 冲 击 吸 收 功 /J
720
40
700
30
1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0
热 输 入 /（kJ·mm-1） 图 1 不同热输入对应的接头力学性能变化
从图 1 可看出， 随着热输入的增大， 焊接接头
表明： 焊缝区的显微组织主要为贝氏体和马氏体； 焊接接头冲击韧性随着热输入的增大先提高后降低， 而抗拉强度逐渐降低； 当热输
入为 1．55 kJ ／ mm 时， 焊接接头呈现最佳的强韧性匹配 。 由于热循 环 的 影 响 ， HAZ 晶 粒 逐 渐 长 大 ， 伴 随 板 条 状 马 氏 体 粗 化 和 上 贝 氏 体
1．36 1．46 1．55 1．68 1．79 1．92
试 板 焊 接 结 束 并 经 48 h 自 然 时 效 后 进 行 检 测 ，
Welding Technology Vol．48 No．8 Aug. 2019
沿焊缝横截面截取了试样。 笔者分别按 GB/T 2651— 2008， GB/T 2650—2008 标准中规定的方法进行拉伸 和冲击试验， 采用 Leica 型光学显微镜和 Sirion 型高 分辨场发射扫描电镜对焊接接头的显微组织与断口 形貌进行观察。