WELDOX960E高強鋼焊接接頭組織與力學性能研究

許冰遼寧裝備制造職業技術學院　（沈陽110161）

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WELDOX960E高強鋼焊接接頭組織與力學性能研究

許冰
遼寧裝備制造職業技術學院（沈陽110161）

摘要通過拉伸、彎曲、沖擊、硬度和金相組織分析等試驗，對WELDOX960E高強鋼焊接接頭力學性能和組織進行了研究。研究結果表明：采用Union X96焊絲、MAG焊焊接WELDOX960E高強鋼時，焊接接頭具有良好的拉伸、沖擊性能；彎曲性能還有待提高；WELDOX960E高強鋼焊接接頭粗晶區的硬度值最大，熱影響區有軟化現象出現；其焊縫組織為針狀鐵素體與貝氏體混合組織；熔合區組織為馬氏體和少量M-A組元，且晶粒粗大；正火區組織為鐵素體與珠光體。

關鍵詞WELDOX960E高強鋼；MAG焊；顯微組織；力學性能中圖分類號：TG457.11

文獻標識碼：A

文章編號：1003-3319（2016）01-00015-03

隨著現代生產的迅速發展，對焊接質量的要求越來越高［1］。一方面要求高的強度、韌性，以減少焊接結構件自身重量，增強其可靠性；一方面還要求具有良好的焊接性，以保證焊接質量，降低生產成本。本文以WELDOX960E高強鋼焊接接頭為試驗對象，分析其力學性能和顯微組織，得出相應結論，為該鋼種的工業應用提供技術參考。

1　試驗材料

為了考核WELDOX960E高強鋼的可焊性，從力學性能和顯微組織分析兩方面進行研究，試板尺寸為300mm×280mm×10mm，試驗母材的化學成分見表1，其拉伸強度為1093MPa，屈服強度為1048MPa，-40℃沖擊功值為58J。采用MAG焊對接，開60°坡口，單面焊雙面成形。焊材為Union X96焊絲（化學成分見表1），直徑1.2mm。保護氣體采用80%Ar+20%CO2，氣體流量為20L/min，焊接電流為220-240A，焊接電壓為18-24V。

2.1力學試驗結果與分析

表1　母材與焊材的化學成分（質量分數%）

對于力學性能測試，進行了拉伸、彎曲和低溫沖擊試驗，試驗結果見表2。拉伸試驗結果表明：焊接接頭的抗拉強度平均值為1045MPa，試樣均斷于熔合線。同時，斷口中心由密集的韌窩組成（如圖1所示）。可見，焊接接頭具有良好的拉伸性能。然而，進行彎曲試驗時，不論面彎還是背彎，試件均有開裂（如圖2所示），這說明焊接接頭的彎曲性能還有待提高。一般情況下，隨著焊接熱輸入增大，冷卻時間增加，生成上貝氏體組織和少量粒狀貝氏體，使焊接接頭韌性下降［2］。所以，通過控制層間溫度，減少焊接熱輸入可以一定程度上提高試件彎曲性能。低溫沖擊試驗中，焊縫沖擊功為34J，熱影響區沖擊功為18J，母材沖擊功為58J，試件斷口為準解理形貌，分布少量韌窩，焊接接頭沖擊性能較好。

表2　力學試驗結果

圖1　拉伸試驗斷口形貌

圖2　彎曲試驗

2　試驗結果與討論

2.2硬度試驗結果與分析

圖3為焊縫到母材方向的顯微硬度曲線。可以看出硬度曲線呈小幅度波動，焊縫中心到熱影響區粗晶區時，硬度值達到最大；隨著平平熔合線平平的增大，硬度值開始下降，達到一個低谷；再隨著平平熔合線平平的增加，硬度值會上升，直到母材硬度。這是因為在焊接過程中，合金成分和組織組成以形態的分布不均勻，從而使得硬度分布不均勻［3］。粗晶區硬度值最高，這是因為焊縫處于過熱狀態，晶粒粗大，對比金相圖分析，此區域組織主要是馬氏體+貝氏體，這些組織硬度值本身就較高。平平熔合線1mm左右出現軟化區，這與熱輸入集中、冷卻速度較慢有關。

圖3　硬度分布曲線

2.3金相試驗結果與分析

由圖4可見：焊縫組織為細針狀鐵素體+貝氏體混合組織，針狀鐵素體組織是保證焊縫金屬沖擊韌性較好的優良組織，針狀鐵素體的數量越多，焊縫金屬的沖擊韌性就越好［3］；熔合區組織因過熱，晶粒長大較快，為馬氏體和少量M-A組元；正火區組織為鐵素體及珠光體，其中鐵素體形狀呈現為小多邊形；WELDOX960E高強鋼為調制狀態供貨，母材組織為回火索氏體。

圖4　顯微組織

3　結論

（1）WELDOX960E高強鋼焊接接頭具有良好的拉伸性能。

（2）用Union X96焊絲焊接WELDOX960E高強鋼時，焊接接頭的彎曲性能還有待提高。

（3）焊接接頭低溫沖擊韌性較好。

（4）WELDOX960E高強鋼焊接接頭粗晶區硬度最高，熱影響區有輕微軟化。

（5）焊縫組織為針狀鐵素體+貝氏體；熔合區組織為馬氏體和少量M-A組元；正火區組織為細小多邊形鐵素體和珠光體；母材組織為回火索氏體。

參考文獻

［1］林樹清，袁小川.模糊邏輯控制在焊接中的應用發展［J］.山東冶金，2004（6），54-56

［2］陳序.低合金高強鋼的開發動向及焊接工作者面臨的任務［C］.第九屆全國焊接會議論文集，126-137

［3］馬凱夫，鄭世達等.熱輸入對921A鋼焊接接頭性能及顯微組織的影響［J］.電焊機，2014（3），50-54.

（責任編輯：文婷）