WELDOX960E高强钢焊接接头组织与力学性能研究

2016-07-26许冰辽宁装备制造职业技术学院沈阳110161

电大理工 2016年1期

许冰辽宁装备制造职业技术学院　（沈阳110161）

许冰
辽宁装备制造职业技术学院（沈阳110161）

摘要通过拉伸、弯曲、冲击、硬度和金相组织分析等试验，对WELDOX960E高强钢焊接接头力学性能和组织进行了研究。研究结果表明：采用Union X96焊丝、MAG焊焊接WELDOX960E高强钢时，焊接接头具有良好的拉伸、冲击性能；弯曲性能还有待提高；WELDOX960E高强钢焊接接头粗晶区的硬度值最大，热影响区有软化现象出现；其焊缝组织为针状铁素体与贝氏体混合组织；熔合区组织为马氏体和少量M-A组元，且晶粒粗大；正火区组织为铁素体与珠光体。

关键词WELDOX960E高强钢；MAG焊；显微组织；力学性能中图分类号：TG457.11

文献标识码：A

文章编号：1003-3319（2016）01-00015-03

随着现代生产的迅速发展，对焊接质量的要求越来越高［1］。一方面要求高的强度、韧性，以减少焊接结构件自身重量，增强其可靠性；一方面还要求具有良好的焊接性，以保证焊接质量，降低生产成本。本文以WELDOX960E高强钢焊接接头为试验对象，分析其力学性能和显微组织，得出相应结论，为该钢种的工业应用提供技术参考。

1　试验材料

为了考核WELDOX960E高强钢的可焊性，从力学性能和显微组织分析两方面进行研究，试板尺寸为300mm×280mm×10mm，试验母材的化学成分见表1，其拉伸强度为1093MPa，屈服强度为1048MPa，-40℃冲击功值为58J。采用MAG焊对接，开60°坡口，单面焊双面成形。焊材为Union X96焊丝（化学成分见表1），直径1.2mm。保护气体采用80%Ar+20%CO2，气体流量为20L/min，焊接电流为220-240A，焊接电压为18-24V。

2.1力学试验结果与分析

表1　母材与焊材的化学成分（质量分数%）

对于力学性能测试，进行了拉伸、弯曲和低温冲击试验，试验结果见表2。拉伸试验结果表明：焊接接头的抗拉强度平均值为1045MPa，试样均断于熔合线。同时，断口中心由密集的韧窝组成（如图1所示）。可见，焊接接头具有良好的拉伸性能。然而，进行弯曲试验时，不论面弯还是背弯，试件均有开裂（如图2所示），这说明焊接接头的弯曲性能还有待提高。一般情况下，随着焊接热输入增大，冷却时间增加，生成上贝氏体组织和少量粒状贝氏体，使焊接接头韧性下降［2］。所以，通过控制层间温度，减少焊接热输入可以一定程度上提高试件弯曲性能。低温冲击试验中，焊缝冲击功为34J，热影响区冲击功为18J，母材冲击功为58J，试件断口为准解理形貌，分布少量韧窝，焊接接头冲击性能较好。

表2　力学试验结果

图1　拉伸试验断口形貌

图2　弯曲试验

2　试验结果与讨论

2.2硬度试验结果与分析

图3为焊缝到母材方向的显微硬度曲线。可以看出硬度曲线呈小幅度波动，焊缝中心到热影响区粗晶区时，硬度值达到最大；随着平平熔合线平平的增大，硬度值开始下降，达到一个低谷；再随着平平熔合线平平的增加，硬度值会上升，直到母材硬度。这是因为在焊接过程中，合金成分和组织组成以形态的分布不均匀，从而使得硬度分布不均匀［3］。粗晶区硬度值最高，这是因为焊缝处于过热状态，晶粒粗大，对比金相图分析，此区域组织主要是马氏体+贝氏体，这些组织硬度值本身就较高。平平熔合线1mm左右出现软化区，这与热输入集中、冷却速度较慢有关。

图3　硬度分布曲线

2.3金相试验结果与分析

由图4可见：焊缝组织为细针状铁素体+贝氏体混合组织，针状铁素体组织是保证焊缝金属冲击韧性较好的优良组织，针状铁素体的数量越多，焊缝金属的冲击韧性就越好［3］；熔合区组织因过热，晶粒长大较快，为马氏体和少量M-A组元；正火区组织为铁素体及珠光体，其中铁素体形状呈现为小多边形；WELDOX960E高强钢为调制状态供货，母材组织为回火索氏体。