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高强Q550D厚板用鑫宇GHS-70焊丝焊接试验研究
发布时间:2016-5-21 8:45:53

摘  要:用混合气体保护焊实芯焊丝焊接50mm规格Q550D调质贝氏体高强钢。采用斜Y裂纹敏感性试验、焊接热影响区最高硬度试验对Q550D钢板进行了冷裂敏感性研究。进行了对接接头试验、焊后520℃×2h消除应力处理,通过金相显微镜、拉伸试验、硬度试验、冲击试验等系统评价了Q550D的焊接工艺性。结果表明Q550D钢板在4不预热情况下焊接,淬硬倾向不明显。50mm规格Q550D配套鑫宇焊丝GHS-70的预热温度为50℃即可避免冷裂纹的产生。焊接接头性能良好,焊后520℃×2h消除应力热处理对热影响区和母材的性能没有不利影响。


关键词:Q550D调质贝氏体高强钢板 焊接性 混合气体保护焊 预热温度消除应力


 

0.引言

工程机械广泛采用高效能液压传动,要求在自重增加不多的条件下大幅度的提高焊接结构的承载能力,这种情况下必须采用抗拉强度600MPa以上的高强度钢或者超高强度钢[1]。首钢集团开发了屈服强度大于550MPa的低碳调质高强钢-Q550D钢,抗拉强度大于640MPa,采用控轧控冷+离线调质工艺生产,母材组织为贝氏体,集高强度、高韧性和优异焊接性于一体,满足GB/T 16270-2009《高强度结构用调质钢板》标准要求,广泛应用于工程机械和矿山机械。气体保护焊是适合大批量生产的普遍的焊接方法,尤其是混合气体保护焊具有生产效率高、焊接质量好、操作简单灵活、焊缝韧性高等优点[2]

目前,国内外有关采用混合气体保护焊焊接Q550D钢的研究并不多见,对其焊接接头的性能也鲜见报道。为此作者采用混合气体保护焊(80Ar+20CO2)Q550D高强度钢进行焊接,系统研究了Q550D钢的焊接冷裂敏感性、焊接接头综合力学性能、焊后热处理性能。以期为该钢种的焊接性研究、合理匹配焊接材料和优化焊接工艺提供参考依据。


 

 

1.试样制备与试验方法

焊接母材取自批量生产厚度50mmQ550D钢板,母材原始组织为贝氏体(图1,其碳当量Ceq为0.437,裂纹敏感指数Pcm0.18选用直径为1.2mm的鑫宇GHS-70实心焊丝进行焊接试验,试验材料的成分和力学性能分别见表1,表2焊接设备为YD-500气体保护焊机,采用80Ar+20CO2混合气体保护。

 

2.2 Q550D钢焊接接头组织性能和焊后热处理性能

2.2.1焊接接头组织性能

焊缝组织为少量贝氏体+针状铁素体+块状铁素体,粗晶区组织为粒状贝氏体+少量铁素体,正火区组织为贝氏体,部分相变区为贝氏体。

 

拉伸性能试验表明,接头断裂位置在母材,焊接接头的强度σb=685MPa。冲击结果表明,焊缝中心的-20冲击值为47J,熔合区稍高为165J,焊接热影响区熔合线外1mm为156J。对比发现,焊缝中心冲击韧性在经过了520℃×2h消除应力热处理之后,较焊态有所下降,满足钢板标准要求。

硬度结果如图4所示,热处理态对比焊态下的硬度值,观察发现,部分相变区在焊接热影响下有硬度降低的现象,但不至于影响接头的强度。

 

.结论

(1)调质高强钢Q550D钢板在4不预热情况下用鑫宇GHS-70焊丝点焊或者焊接,焊接热影响区最高硬度HVmax234HV,淬硬倾向不明显。50mm的Q550D钢板在冬季焊接时,采用鑫宇GHS-70焊丝,预热温度在50就是安全的。

(2) 焊缝组织为少量贝氏体+针状铁素体+块状铁素体,粗晶区组织为粒状贝氏体+少量铁素体,正火区组织为贝氏体,部分相变区为贝氏体。经过520×2h消除应力处理后,焊接接头焊缝中心韧性有所降低,硬度、组织、性能良好,满足用户的需求。


参考文献

[1]邹增大等.低合金调质高强度钢焊接及工程应用[M].北京:化学工业出版社,2000.

[2]殷树言.气体保护焊工艺基础[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3]陈伯蠡.金属焊接性基础[M].北京:机械工业出版社,1982..

[4]张文钺.焊接冶金学[M].北京:机械工业出版社,1999.

拉伸性能试验表明,接头断裂位置在母材,焊接接头的强度σb=700MPa。冲击结果表明,焊缝中心的-20冲击值为64J,熔合区为147J,焊接热影响区熔合线外1mm为115J,较母材有所降低。


2.2.2焊接接头焊后热处理性能

金相检验表明,在经过520℃×2h处理后,母材位置及焊接接头各区域并没有发生明显的相变,焊缝组织为少量贝氏体+针状铁素体+块状铁素体,粗晶区组织为粒状贝氏体+少量铁素体,正火区组织为贝氏体,部分相变区为贝氏体。

焊接热影响区最高硬度试验依据JIS Z 3101-1990《焊接热影响区最高硬度试验方法》进行,焊接材料为鑫宇GHS-70实心焊丝。分别选择了4100预热,焊接线能量为10.9~17 kJ/cm,焊接试验12h后加工成最高硬度试样。

Y裂纹敏感试验依据ISO17642-22005 《金属材料焊接的有损试验.焊接的冷裂试验.弧焊工艺.2部分自拘束试验》进行。采用GHS-70焊接拘束焊缝,焊接过程控制层间温度低于180GHS-70实芯焊丝进行试验焊缝焊接,焊接线能量1323 kJ/cm。焊后48h渗透着色检验表面裂纹,通过机械加工、抛光腐蚀检验断面裂纹,将试样经过250℃氧化发蓝后,扭断检验根部裂纹。

焊接工艺试验钢板为50mm厚,双面对称X型坡口,坡口角度60o,无钝边,试板尺寸460mm×600mm,焊接方向与轧钢方向一致。用实心焊丝GHS-70焊接。预热(50),层间温度150~200℃。混合气体压力0.5 MPa,流量20 L/min,焊接电流240A、电压24V、速度5mm/s焊后520℃×2h消除应力处理,检验强度、冲击韧性、冷弯性能。在距焊缝表面2mm处以焊缝中心为0点,向焊缝外侧移动,每隔1mm测量硬度HV10

焊接接头冲击试验取样位置为钢板中心,用JBN-300B型冲击试验机检验接头冲击韧性;采用全厚度拉伸试样,用WE-60型万能材料试验机检验接头力学性能;金相试样、裂纹试样、硬度试样取样位置为全板厚,腐蚀剂为4%硝酸酒精,用LEXT3100型激光共焦显微镜检验金相组织和裂纹率, 用CV430-DAT型维氏硬度计检验接头硬度。


 

 

2.试验结果与分析

2.1 Q550D钢焊接冷裂敏感性

    最高硬度试验结果表明,Q550D钢板在4下点焊或者焊接,最高硬度HVmax234HV,当预热至100时最高硬度降为229HV。通常认为,钢板的焊接热影响区的最高硬度超过350 HV时,即有一定的冷裂纹倾向[3]。本试验结果表明,Q550D钢板的焊接热影响区淬硬倾向不明显。

裂纹率检验结果(3)表明,50mmQ550D配套鑫宇GHS-70焊丝,在5080、100℃焊接,表面裂纹率为0、断面裂纹率0、根部裂纹率为0;通常认为,斜Y裂纹敏感性试验,裂纹率在20%以下就是安全的[4],因而50mm的Q550D钢板在冬季焊接时,采用GHS-70焊丝,预热温度在50就是安全的




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