不同焊接工藝參數對Q235焊接接頭組織及性能的影響

陳 辰

(青海高等職業技術學院，青海 海東 810700)

1 試驗材料及過程

1.1 試驗材料

試驗用焊接材料為Q235B鋼板，用剪板機下料，下料尺寸為120mm×30mm×10mm，共8塊；用直徑3.2mmE4303焊條表面堆焊，其Q235B鋼板化學成分及力學性能見表1，及E4303焊條的主要成分見表1，E4303焊條熔敷金屬化學成分見表2，熔敷金屬拉伸試驗力學性能見表3所示。

表1 Q235B化學成分及力學性能

表2 E4303焊條熔敷金屬化學成分

表3 E4303熔敷金屬拉伸試驗力學性能

1.2 試驗過程

焊接試驗所用焊接電流為60A、70A、80A、90A、100 A、110 A、120 A、130 A，共8組，根據控制變量原理，分別用不同的焊接電流在Q235試板上進行堆焊，詳細記錄焊接過程中表現出的焊接工藝性能；焊接完成之后，截取金相試樣，觀察不同焊接電流下焊接接口外觀及焊縫區、熔合區、熱影響區的顯微組織，然后進行力學性能試驗，綜合比較，分析出最優焊接參數和焊接電流。

2 焊接結果及分析

2.1 焊接電流大小對焊接工藝性的影響

采用大小不同的焊接電流，對焊接工藝性的影響和表現，見表4。

表4 不同大小的焊接電流對焊接工藝性的影響

在不同的焊接電流下，隨著焊接電流(I)的增大，焊接的工藝性能也在變化。引弧性、穩弧性、脫渣性及焊縫成形性都逐漸變好，但同時作用在焊件上的電弧吹力增加，焊條熔化速度快，焊縫熔寬略有增加，焊接熱效率也增大。但是焊接電流太大時，焊接飛濺和煙霧增大，焊條尾部易發紅，部分涂層會失效或崩落，而且容易產生咬邊、焊瘤、燒穿等缺陷，焊件變形增大，還會使接口熱影響區晶粒儲存變大，焊接接頭的韌性降低；如果焊接電流太小，則引弧困難，焊條容易粘連在工件上，電弧不穩定，易產生未焊透、未熔合、夾渣和氣孔等缺陷，且焊接效率低。根據實驗結果，可以看出直徑3.2mm的焊條，焊接工藝性較好的最佳焊接電流為100～110A。

2.2 不同焊接電流下的焊縫顯微組織分析

不同焊接電流下，焊接接頭焊縫區的顯微組織如圖1所示。由圖1-i可知，母材的白色片狀組織為鐵素體，黑色組織為珠光體，鐵素體和珠光體較為均勻分布。由圖1-a、1-b、1-c、1-d可知，隨著焊接電流增大，鐵素體和珠光體晶粒增大；由圖1-e和1-f可知，當焊接電流為100A和110A時，焊縫區組織為鐵素體和珠光體，晶粒分布均勻且細小；由圖1-g和1-h可知，晶粒尺寸逐漸變大，且分布不均勻。綜上，隨著焊接電流增大，焊縫區組織晶粒分布呈由不均勻變均勻再變不均勻的變化趨勢，且晶粒尺寸由大變小再大。

圖1 不同焊接電流焊縫區顯微組織

不同焊接電流下，焊接接頭熱影響區的顯微組織如圖2所示。由圖2可知，焊接接頭熱影響區的組織為白色鐵素體和黑色珠光體，隨著焊接電流增大，熱影響區組織的晶粒尺寸由大變小，且越分布均勻，當電流為100A和110A時，組織分布均勻，晶粒尺寸細小；當焊接電流繼續增大時，晶粒尺寸增大，且分布不均勻。由此可知，當電流在100～110A時，焊接接頭熱影響區組織最為細密，且均勻分布。

圖2 不同焊接電流熱影響區顯微組織

2.3 不同電流焊接接頭力學性能分析

不同焊接電流下，焊接接頭焊縫區和熱影響區的硬度(HRC)變化如圖3所示，由圖可知，在相同焊接電流下，焊縫區的硬度均大于熱影響區硬度；隨著焊接電流增大，焊縫區和熱影響區硬度的變化呈現不同的規律，當焊接電流在100～110A時，焊縫區和熱影響區的硬度都呈現最大值，力學性能最好。當焊接電流在120A以上時，硬度值明顯下降。綜合可知，焊接電流逐漸增大，熱影響區和焊縫區硬度整體呈現出先增大后降低的趨勢。

圖3 焊接電流增大時焊縫區和熱影響區的硬度變化

3 結語

在其它條件不變的情況下，在一定范圍內，隨著電弧焊焊接電流變大，焊接的引弧性、穩弧性、脫渣性及焊縫成形性整體呈變好趨勢，但隨之電弧吹力和焊接飛濺也變大，當焊接電流過大時，焊接工藝性變差。隨著焊接電流增大，焊接接頭同一特征區的鐵素體和珠光體顯微組織，晶粒尺寸由大變小再變大，晶粒逐漸由粗化變細化再變粗化，晶粒分布由混亂變均勻再變得混亂。隨著焊接電流越大，各特征區的硬度分布呈現曲線分布，逐漸變大；當電流在100～110A時，硬度達到最大值。根據不同焊接電流下的實驗結果表明，直徑3.2mm的E4303焊條，其最佳焊接電流為100～110A，與經驗公式I=10d2相符合。