焊接热输入对Q235B钢焊缝组织与硬度的影响

马东良 董道亮 尤鑫胜 马东辉 刘佳佳

(1.中建安装工程有限公司一公司，山东250000；2.中国建筑五局山东公司，山东250000；3.山东建泽混凝土有限公司，山东250101)



工 艺

焊接热输入对Q235B钢焊缝组织与硬度的影响

马东良1董道亮1尤鑫胜1马东辉2刘佳佳3

(1.中建安装工程有限公司一公司，山东250000；2.中国建筑五局山东公司，山东250000；3.山东建泽混凝土有限公司，山东250101)

分析了储罐中Q235B钢板焊接过程中不同热输入对储罐质量的影响，并且对试样组织与硬度进行了分析，获得了较优焊接工艺。

Q235B；焊接电流；焊接热输入；焊接工艺

随着我国现代工业的发展和国家战略储备的需要，原油的需求量不断增加，用于储存原油、成品油等的储罐正向着多量化、大型化、规模化方向发展，大型储罐的建设发展非常迅速。Q235B是储罐最常用的钢板之一，安装方式主要为焊接，如何提高焊接质量已成为一个重要课题。

1 实验材料与方法

实验采用国内某大型钢厂热轧态Q235B钢板，板厚为6 mm，其化学成分见表1。焊接方式采用手工电弧焊，相邻钢板对接，坡口为V型。焊接过程采用ZX7-400型逆变式直流焊机和E4315型焊条，焊接电流分别选用120 A、160 A、200 A。焊后分别切块制取金相试样，使用4%硝酸酒精进行腐蚀，通过光学显微镜观察金相组织，使用显微硬度计测量硬度。

2 实验结果及分析

2.1 焊缝形貌

整体来说，三种焊接电流所得焊缝表面成形较好，无明显缺陷。由于焊接和冷却过程中存在一定的热应力[1]，Q235B钢板焊缝附近均出现了变形情况，电流越大变形越严重。随着焊接电流的增加，焊缝的宽度和熔深也逐步增加，电流为200 A时，部分区域甚至出现了熔透现象。从金相试样上也可以看出，随着电流的增大，焊接热影响区面积逐渐增大。

表1 Q235B化学成分(质量分数，%)

Table 1 Chemical compositions of Q235B steel (mass fraction,%)

CMnSiAlNbNiCrSP0.140.330.260.0140.0170.020.010.0240.033

2.2 金相组织

分别对三组试样的焊缝区、熔合区、热影响区进行金相检测，结果见图1～图3。从图中可以看出：焊缝区主要组织为珠光体+铁素体+粒状贝氏体，组织整体分布均匀，随着热输入的增加，晶粒尺寸逐渐增大；熔合区组织为一个过渡区，靠近热影响区一侧出现了柱状晶[2]痕迹，随着热输入增加，其晶粒逐渐变大，当电流达到200 A时，焊缝已经不明显；热影响区组织主要为珠光体+铁素体，除电流为120 A的试样外，其余两个试样晶粒明显比较大，随着热输入的增加，晶粒逐渐增大，部分区域甚至出现了魏氏组织。

热输入的计算公式为：

q=ηUI/v

式中，q是热输入，单位为J/mm；U是电弧电压，单位为V；I是焊接电流，单位为A；v是焊接速度，单位为mm/s；η是热效率。

(a)电流为120 A (b)电流为160 A (c)电流为200 A

图1 焊缝区金相组织

Figure 1 Metallographic structure of weld area

(a)电流为120 A (b)电流为160 A (c)电流为200 A

图2 熔合区金相组织

Figure 2 Metallographic structure of fusion zone

(a)电流为120 A (b)电流为160 A (c)电流为200 A

图3 热影响区金相组织

Figure 3 Metallographic structure of heat affected zone

焊接过程其实是一个热循环过程，由上述公式可以看出：在其他参数一致的情况下，焊接热输入与电流成正比。焊接过程中，各部位的金相组织与焊接过程中经历的热循环及内部应力[3]分布情况有关，Q235B首先发生熔化，在冷却时熔融态金属中首先形成过冷奥氏体，由于奥氏体晶界是高能区，初生铁素体将优先沿着奥氏体晶界析出，随着温度的下降和碳原子向奥氏体晶内的扩散，铁素体数量增多且逐渐长大，奥氏体转变为珠光体和少量粒状贝氏体，最终组织转变为珠光体+铁素体+粒状贝氏体。如果电流较大，则焊接热输入较大，会造成焊后冷却速度慢，形成粗大的奥氏体组织，导致铁素体粗大，最终造成焊缝和热影响区晶粒尺寸较大，严重时甚至能形成粗大的魏氏组织。同时，铁素体的长大也导致了珠光体所占比例的缩小。如果焊接电流较小则热输入小，冷却速度相对较快，珠光体组织较多，组织细化，焊缝整体性能略好。

2.3 硬度

对整个焊接区进行硬度测试，结果如图4所示，可以看出：焊缝区硬度较低，硬度值比较稳定；沿着远离焊缝区方向，硬度逐渐提高，最终达到母材硬度；热影响区显微硬度有一定波动，主要是由

图4 Q235B焊缝硬度

Figure 4 Q235B steel weld hardness于热影响区的晶粒大小不同，珠光体、铁素体所占比例也不相同。与金相检测结果基本一致。

3 结论

(1)不同热输入所得焊缝表面成形均无明显缺陷，但焊接区均出现了变形情况，电流越大变形越严重，焊缝的宽度和熔深也随着焊接电流的增大而逐步增加。

(2)不同焊接热输入条件下，焊接区及热影响区组织一致，焊接电流较大，造成热输入较大，焊缝和热影响区组织粗大，甚至会出现魏氏组织；焊接电流较小时，热影响区硬度略低，且连续性不好。

(3)在满足焊接要求的前提下，Q235B薄板焊接宜采用较小的电流。

[1] 田盛，陆皓，徐济进. Q235薄板对接焊变形控制技术研究[J]. 热加工工艺，2013，42(17)：186-191.

[2] 胡文全，刘亚良，唐明忠. Q235薄钢板胶接点焊工艺及性能研究[J]. 热加工工艺，2011，40(23)：161-163.

[3] 高辉，焦向东，周灿丰，等. Q235钢摩擦叠焊单元成形焊接接头金相组织分析[J]. 焊接技术，2013，42(6)：12-14.

编辑 陈秀娟

Influence of Welding Heat Input on Microstructure and Hardness of Weld for Q235B Steel

Ma Dongliang, Dong Daoliang, You Xinsheng, Ma Donghui, Liu Jiajia

The influence of different heat input on oil tank quality during Q235B steel welding has been introduced.Microstructure and hardness of specimen has been analyzed to obtain the better welding technology.

Q235B; welding current; welding heat input; welding technology

2016—05—25

马东良(1984—)，男，硕士学历，工程师，现从事现场技术与管理工作。

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