超高强度钢TS900QC气体保护焊接工艺研究

2015-04-23曹永录王文忠付培茂

金属加工(热加工) 2015年16期

曹永录王文忠付培茂

1. 概述

由于超高强度钢具有降低结构自重、提高承载能力的显著特点，因此近年来屈服强度900MPa超高强度钢在国内汽车起重机、混凝土泵车上被大量采用，以满足工程机械向大型化、轻量化、高效能化方向发展的需求。由于超高强钢合金系统复杂、淬硬倾向较大，焊接时容易产生冷裂纹；对于采用TMCP技术生产的超高强钢，焊接过程中易产生焊接接头脆化及软化问题。因此，防止焊接冷裂纹产生、确保焊接接头具有优良的力学性能是该系列钢材的焊接技术关键。

本文通过对公司TMCP工艺生产的混凝土泵车臂架用超高强度钢TS900QC进行气体保护焊接工艺试验研究，得出合理的焊接参数。

2. 焊接工艺分析

（1）母材化学成分及力学性能太钢产56m混凝土泵车臂架用TS900QC，钢板厚度8mm，其化学成分及力学性能分别如表1、表2所示。

根据以往的力学性能试验经验，只要焊缝金属的强度≥母材的87%，仍可保证焊接接头与母材等强。因此，选择伯合乐气体保护实芯焊丝T Union GM120，焊材熔敷金属化学成分及力学性能如表3、表4所示。

（2）焊接工艺根据公式计算出斜Y坡口Pcm=0.207<0.25，该钢的冷裂纹敏感性不大。斜Y形坡口焊接裂纹试验焊接参数如表5所示。

采用半自动熔化极富氩混合气体（80%Ar+20%CO2）保护焊（MAG焊），水平对接焊，直流反接；焊接接头坡口形式为60度V形坡口，钝边0~0.5mm，间隙1~2mm。水平对接试板尺寸为8 mm×350 mm×350 mm，几种不同焊接热输入量及不同熔滴过渡形式下焊接参数如表6所示。

表1 TS900QC钢板化学成分(质量分数) （%)

表2 TS900QC钢板力学性能

表3 气体保护实芯焊丝T Union GM120化学成分(质量分数) （%)

表4 气体保护实芯焊丝T Union GM120力学性能

（3）试验结果及分析首先，斜 Y形坡口焊接裂纹试验结果如表7所示。由表7可知，对厚度8mm钢板，在本试验条件下均没有产生焊接冷裂纹，因此可以说该钢具有较好的焊接性。

其次，熔滴过渡形式及热输入对焊接接头拉伸及冲击性能的影响。不同焊接热输入量及不同熔滴过渡形式下TS900QC 钢焊接接头拉伸及低温冲击试验结果如表 8所示。

由表8可知，从强度方面考虑，应采用小热输入（<1.57 kJ/mm）焊接，焊后最好不要进行热处理；从冲击性能考虑，采用短路过渡焊接时，尽量将热输入控制在1.1~1.7kJ/mm之间；采用射流过渡焊接时，尽量将热输入控制在1.1~1.4kJ/mm之间，在结构允许情况下，焊后进行热处理，会使整个焊接接头抗冲击性能将有所改善，但应将热处理温度控制在350~400℃之间，保温1h。

最后，焊接热输入量及熔滴过渡形式对焊接接头金相组织及显微硬度影响。不同焊接热输入量及不同熔滴过渡形式对TS900QC 钢焊接接头金相组织及显微硬度影响如表9所示。

由表9可知：射流过渡下，随热输入增大，焊缝及过热区硬度都随之降低，而重结晶区硬度变化不大。短路过渡下，采用小热输入（1.15kJ/mm）焊接，焊缝及重结晶区硬度都较高，而过热区硬度随热输入变化无一定规律，这可能与过热区马氏体组织含量有关。相同热输入下焊后热处理后，焊缝及重结晶区硬度显著降低。

焊缝组织基本为贝氏体或贝氏体+少量马氏体的混合组织，但在射流过渡小热输入（0.92 kJ/mm）焊接时，焊缝组织为马氏体+少量贝氏体，焊缝硬度太高，致使焊缝弯曲性能变坏。过热区组织在采用射流过渡（热输入为1.05~1.57kJ/mm）焊接时，组织为粒状贝氏体，焊接接头弯曲性能优良。