填充材料對45 鋼TIG 焊縫外觀成形與抗拉強度的影響

戴 浩，李智勇，王 燕，楊世亮

（江西昌河航空工業有限公司，江西 景德鎮 333000）

45 鋼屬于中碳結構鋼碳，含量為0.45%，該鋼淬硬性低，一般在正火狀態下使用，力學性能要求較高時可采用調質處理。由于碳含量較高，焊接熱影響區可能產生硬脆的馬氏體組織，當焊接材料和焊接過程控制不好時，焊縫容易出現開裂，熔焊工藝性較差。本文分別選用H18CrMo、H08A 兩種常用的結構鋼焊接材料作為45 鋼鎢極氬弧焊的填充材料，研究填充材料對焊接接頭外觀成形與抗拉強度的影響[1]。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用的母材為冷軋后退火狀態的45 鋼板料，規格為200mm×100mm×1.5mm 和200mm×100mm×3.0mm，分別選用H18CrMo、H08A 焊絲，焊絲直徑均為1.6mm。冷軋后退火狀態的45 鋼母材抗拉強度達450Mpa ～570Mpa。焊絲化學成分見表1，試驗件編號說明見表2。

表1 焊絲化學成分

表2 試驗件編號說明

2 δ3.0，選用H08A 焊絲，焊接試驗件3 δ1.5，選用H18CrMo 焊絲，焊接試驗件4 δ1.5，選用H08A 焊絲，焊接試驗件5 δ3.0，母材，冷軋加退火6 δ1.5，母材，冷軋加退火

1.2 試驗方法

試驗采用鎢極氬弧焊方法，設備為美國Miller 公司SYNCROWAVE-250 型焊機，使用專用試板對焊工裝，焊接電流極性使用直流正接，焊接試驗過程采用的焊接工藝參數見表3。焊接試驗件的檢測方式采用外觀尺寸檢測、X 射線檢測、室溫拉伸性能檢測。對試驗件焊縫進行目視檢驗和外觀尺寸測量，評定焊縫成形。對試驗件焊縫進行X 射線檢測，評定焊縫內部是否存在氣孔、裂紋等焊接缺陷。在每組焊接件及母材的上、中、下三處截取標準拉伸試樣（分別標記為1A、1B、1C、2A、2B、2C…6A、6B、6C），測試室溫抗拉強度。綜合對比選用兩種不同焊絲焊接所獲得的焊縫尺寸與抗拉強度，分析填充材料對45 鋼鎢極氬弧焊接頭外觀成型與力學性能的影響。

表3 焊接工藝參數

2 試驗結果與分析

2.1 焊縫成形

焊接后焊縫外觀成形如圖1 所示。4 組焊接試樣的焊縫外觀成形良好，焊縫正反面均呈魚鱗紋狀。X 射線檢測4 組焊接試樣未發現無氣孔、夾渣、裂紋、咬邊等缺陷。焊縫余高小于2mm，1 號、2 號、3 號、4 號試驗件焊縫正面寬度分別為：4.5mm ～4.8mm、4.3mm ～5.2mm、7.6mm ～8.1mm、7.4mm ～8.5mm，對應的焊縫寬度不均勻度分別為：0.3mm，0.9mm，0.5mm，1.1mm。在采用同種焊接工藝參數情況下，使用H18CrMo 焊絲所得試樣的焊縫正面余高和不均勻度均優于H08A 焊絲，焊縫邊緣較為平直。分析可能是由于H18CrMo 焊絲中Si 含量較高，增加了液態熔化金屬的流動性，使得液態熔滴更容易凝固成形，并形成規整的焊縫。

圖1 焊縫外觀成形

2.2 抗拉強度

各試樣的抗拉強度見表4，焊接試樣的斷裂位置均為焊縫熱影響區。試驗結果表明，使用兩種焊絲所得接頭的抗拉強度均高于冷軋后退火狀態的母材，使用H18CrMo 焊絲所得焊接接頭的抗拉強度稍高于H08A 焊絲。

分析這是由于焊接加熱冷卻過程中，鋼中大量的奧氏體轉化為馬氏體，使得材料的屈服強度、應變硬化率顯著提高，相當于淬火過程[2]。與焊態的45 鋼相比，在同樣的拉伸載荷作用下，退火狀態的母材表現出較低的抗拉強度。在焊縫凝固的過程中，H18CrMo、H08A 焊絲熔化后的填充金屬的組織主要為貝氏體，含有少量馬氏體。此外，由于使用的兩種焊絲的合金元素含量較高，在快速冷卻條件下，奧氏體過冷到Ms 溫度以下將發生馬氏體轉變，焊縫組織中出現馬氏體組織，相比45 鋼母材的主要組織為珠光體，表現出更高的抗拉強度性能[3]。由于H18CrMo焊絲的C、Mn 等元素含量均高于H08A 焊絲，焊縫組織的貝氏體含量更高，合金元素的固溶強化作用更為顯著，所以使用H18CrMo 焊絲所得的焊接接頭具有更高的抗拉強度。

表4 試樣抗拉強度（單位：MPa）

3 結論

（1）使用H18CrMo、H08A 兩種常用的鋼焊絲作為45 鋼鎢極氬弧焊填充材料，均可獲得滿足一級接頭質量驗收標準的無缺陷焊接接頭。

（2）使用H18CrMo、H08A 兩種焊絲所得的焊縫外觀成形良好，使用H18CrMo 焊絲獲得的焊縫外觀成形優于H08A 焊絲，主要表現在焊縫寬度的不均勻度范圍較小，焊縫邊緣較為平直。

（3）使用H18CrMo、H08A 焊絲焊接接頭抗拉強度均高于冷軋后退火狀態的母材，使用H18CrMo 焊絲的焊接接頭抗拉強度優于H08A 焊絲。