低合金高强钢焊接缺陷原因分析

倪铁英,陶永康,易 勇

(四川省工业环境监测研究院,四川成都 610041)

低合金高强钢焊接缺陷原因分析

倪铁英,陶永康,易 勇

(四川省工业环境监测研究院,四川成都 610041)

采用化学成分分析、力学性能测试、冲击试验、低倍、金相检验、超声波探伤等方法对某工程中焊接低合金高强度钢板时批量出现焊接缺陷的原因进行了分析。结果表明,缺陷出现的原因为母材中存在较大尺寸低熔点的非金属夹杂物,在焊接时热影响区母材中的夹杂物受热熔化,导致出现孔洞,在探伤时被检出。

理化检验;焊接缺陷;低合金高强钢

1 引言

某工程在焊接一批材质为Q345D的低合金高强度钢板时,超声波探伤大批量发现焊接接头区域存在缺陷,缺陷性质不明,位于热影响区附近,但母材钢板探伤未发现缺陷。焊接方法为埋弧焊,母材板厚22 mm,焊丝牌号H10Mn2,焊丝规格ϕ4.0 mm,焊剂牌号JQ.SJ101。以前在焊接此种钢板时未出现过如此情况,因此采用各种理化检验方法对出现缺陷的原因进行了分析。

2 分析方法

采用一件以前焊接的无缺陷的试板,两件此次焊接出现问题的试板,采用对比分析的方法。

用TIME1130型超声波探伤仪确定缺陷区域;用SPECTROTEST型直读光谱仪测定熔敷金属化学成分;用WEW-600C型微机屏显万能试验机测定试板的焊接拉伸性能;用JB-300B型冲击试验机,测定试板在-20℃时焊缝区和热影响区的冲击吸收功;用热酸浸腐蚀检验法检测缺陷区的低倍组织;用Axiovert 40 MAT型金相显微镜检测缺陷区显微组织。

3 结果和讨论

3.1 化学成分分析及结果

化学成分分析结果(见表1)显示,与未出现缺陷的试板相比,缺陷试板熔敷金属的化学成分无明显差异,即缺陷出现的原因与焊材无关。

表1 熔敷金属化学成分

3.2 拉伸和冲击试验结果与分析

焊接接头拉伸和冲击试验结果见表2和表3。结果显示,缺陷试板和无缺陷试板的检测结果无明显差异,拉伸试验断裂位置均在母材处,抗拉强度和冲击吸收功均满足焊接工艺评定的相关要求,说明焊接工艺良好,即缺陷出现不是由于焊接工艺不当导致的。

表2 焊接接头拉伸试验结果

表3 冲击试验结果

3.3 低倍检验结果与分析

低倍检验结果见图1～图3,结果显示,缺陷试板的酸浸低倍检验试面上在热影响区存在孔洞,但孔洞是由于疏松受热酸浸后形成的还是母材本身的孔洞无法判定,因此进行了微观金相检验。

图1 无缺陷试板 低倍组织

3.4 金相检验结果与分析

金相检验结果见图4～图8,缺陷试板的试样在抛光态下检验,发现存在孔洞,孔洞深度较浅,能看到夹杂物痕迹,腐蚀后检验,孔洞周围金相组织相同,无异常组织。同一试板上的母材取样检验,未发现孔洞,但发现有较大尺寸的非金属夹杂。

图2 缺陷试板1#低倍组织

图3 缺陷试板2#低倍组织

图4 缺陷试板1#抛光态

图5 缺陷试板2#抛光态

图6 缺陷试板1#4%硝酸酒精腐蚀

图7 缺陷试板2#4%硝酸酒精腐蚀

图8 母材 抛光态

4 综合分析及结论

综上所述,缺陷出现的原因为母材中存在较大尺寸的非金属夹杂物,从其形态呈长条形、在金相显微镜下颜色呈灰黑色可辨别是硫化物夹杂[1],其熔点较低,在焊接时热影响区母材中的夹杂物受热熔化,导致出现孔洞。通常夹杂物的曲率半径越小,引起的应力集中越严重,在多变应力作用下,裂纹优先在垂直于拉应力方向的夹杂物尖角处萌生,裂纹扩展速率也比球状夹杂物快得多[2]。在焊接产生的应力作用下[3],热影响区母材中的孔洞进一步扩大,导致在探伤时被检出。

[1] 董履仁,刘新华,等.钢中大型非金属夹杂物[M].北京:冶金工业出版社,1991.

[2] 关凤纯.中板用连铸坯夹杂物行为研究[D].北京:北京科技大学,2001.

[3] 贾贵忱,吴执中,吕纯杰,等.单面埋弧焊双面成形的焊接缺陷及防止措施[J].焊接,1995(8):21-22.

Welding Defects Analysis of Low Alloy High Strength Steel

NI Tieying,TAO Yongkang,YI Yong

(Sichuan Province Academy of Industrial Environmental Monitoring, Chengdu 610041,Sichuan,China)

By means of chemical compositions analysis,mechanical property test,impact test,macroscopic examination,metallographic examination and ultrasonic flaw detection,formation reasons of the welding batch defects which were found when welding low alloy high strength steel in a project were analyzed in this paper.The results show that the causes of the defect are larger and low melting point non-metallic inclusion existed in base metal,the inclusions in the base metal of the heat affected zone are melted by heat during welding result in holes appearance which were detected by nondestructive testing.

physical and chemical inspection,welding defect,low alloy high strength steel

TG441.7

A

1001-5108(2017)02-0025-03

倪铁英,工程师,主要从事冶金产品质量检验方面的工作。