B87MnQL盘条电阻对焊焊接接头的组织与性能

2018-01-18，，，，，

电焊机 2017年12期

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（九江学院，江西九江 332005）

0 前言

镀锌钢丝制品因其良好的防腐性能，在桥梁斜拉索、悬索、缆索、锚固拉力构件和体外索预应力结构中得到了广泛应用[1-2]。随着国内桥梁建设步伐的加快，对生产桥梁用镀锌钢丝的原材料热轧盘条的需求量日益增加。采用B87MnQL盘条生产的斜拉索用镀锌钢丝的抗拉强度、面缩率、延伸率等性能指标都很稳定，但是B87MnQL含碳量很高，焊接性能较差，盘条尺寸较大及材料成分不一致等，其在焊接区常发生断丝现象。因此，如何提高B87MnQL盘条焊接接头的性能尤为关键[3-5]。

以B87MnQL盘条为研究对象，分析B87MnQL盘条电阻对焊焊接接头组织性能与不同焊后热处理工艺的关系，从而优化焊接工艺参数，获得最佳的焊接工艺参数，提高预应力钢绞线等产品的生产效率。

1 试验材料、设备及方法

1.1 盘条材料

试验材料为B87MnQL盘条，直径φ13.0 mm，化学成分如表1所示。

表1 B87MnQL的化学成分 %

1.2 焊接设备

电阻对焊前先将盘条矫直，用砂轮将盘条的端面打磨成平面并倒角，再用砂纸将盘条的表面磷化膜、端头表面及电极夹具的钳口全部清理干净后方可焊接。

焊接设备为UNJ-A31-45全气缸微机钢丝对焊机，一次电流1 665 A，夹钳距离150 mm。焊接时将盘条固定在两夹头间，对准两盘条将要对焊的端口，两线材端头相交为点接触，通电后接头处开始发热软化，此时盘条焊合温度达到1 050～1 200℃，3～8s施加顶锻压力使两线材接头焊合，如图1所示。

在UNJ A31-45对焊机上进行焊接后热处理（高温回火），一次电流1 665 A，第一次热处理温度950～1 000℃，时间28 s；第二次热处理温度850～900℃，时间 26 s。

图1 电阻对焊施加压力过程示意Fig.1 Schematic diagram of the applied pressure process in RBW

1.3 拉伸力学实验设备

拉伸力学实验设备采用WE-600液压式万能试验机，最大试验力为600 kN。

1.4 金相制备和观察

沿纵向用线切割切开试样，镶嵌制样并观察分析横断面的显微组织。金相制备设备主要有XQ-1型金相试样镶嵌机、Y-2型金相试验预磨机、PG-2型金相试样抛光机、光学显微镜。用TESCAN VEGAⅡ型扫描电镜扫描拉拔断口。采用HVS-1000型显微硬度计，加载9.8 N、时间20 s，从试样截面顶端到底端依次等距0.5mm测量6个点，测量3组取平均值。

2 实验结果及分析

2.1 金相组织

焊接接头区域组织如图2所示。

图2 焊接接头区域组织Fig.2 Microstructure of welded joint area

B87MnQL盘条的金相组织见图2a。B87MnQL属于过共析钢，室温时组织为索氏体组织+少量渗碳体，且索氏体含量高达90%以上，索氏体组织的片层间距基本一致，渗碳体分布比较均匀，片层结构比较清晰。

图2b、2c、2d为焊缝区域组织。未经焊后回火处理的试样金相（见图2b）组织要比盘条母材（见图2a）更粗大且不均匀。这是因为对焊的焊缝区有过热现象，高温使晶粒快速生长，形成粗大晶粒。比较回火处理后的焊缝区的金相组织（见图2c、2d），经过二次回火处理的焊缝的金相组织细小且分布均匀，晶粒大小与母材相近，大部分为索氏体，二次渗碳体析出较少，这是因为两次热处理有效消除了过热组织及粗大晶粒。

盘条焊接区域断口形貌SEM照片如图3所示。不进行焊后回火处理（见图3a）的试样断口为解理断口，断口微观形貌为河流状花样，河流花样较长且直；进行一次焊后回火处理（见图3b）的试样断口微观形貌大部分区域为河流状花样，也有部分区域为韧窝状花样和舌状花样，并且河流花样较短且弯曲；进行两次焊后回火处理（见图3c）的试样断口为准解理断裂，断口也有河流花样，但河流花样较短且弯曲，准解理断裂具有一定的塑性变形，是介于解理断裂与韧窝断裂之间的一种断裂方式[6]。

由图3可知，随着焊后回火处理的次数增加，试样断口微观形貌的韧性特征花样也相应增加，如舌状花样和韧窝状花样，说明焊后回火处理对焊接接头的塑韧性有一定的改善。所有试样的断口在宏观上都表现为脆性断裂，说明焊后回火处理的工艺参数设计有待改进和提高。

图3 断口形貌Fig.3 Fracture morphology

2.2 显微硬度

焊缝显微硬度如图4所示。未经热处理的试样焊缝区硬度最小；经过两次焊后火处理的试样焊缝区的显微硬度最大，这是因为二次热处理使得焊缝区的组织细小均匀，铁素体和二次渗碳体析出程度小，晶粒内的大部分组织是细珠光体（索氏体），其片层间距较小，而珠光体的硬度基本上随片层间距的增大而下降。另外，从焊缝纵截面处到热影响区的整体硬度变化不大，这是因为焊接时在焊缝处和热影响区的温度差异不大，组织也相近。

2.3 力学性能

采用优化的工艺参数对B87MnQL盘条盘条进行焊接和回火热处理后，经过多次拉拔、热镀锌、稳定化处理后的B87MnQL盘条力学性能如表2所示。盘条经多次拉拔后发生了加工硬化，抗拉强度升高，钢丝经镀锌后抗拉强度有所下降，而延伸率上升，镀锌钢丝经光整及稳定化后，钢丝的抗拉强度会略有上升，这是因为镀锌钢丝在经光整及稳定化时钢丝有一定的压缩量，相当于进行了一次加工硬化，钢丝的抗拉强度略有上升。