B87MnQL盤條電阻對(duì)焊焊接接頭的組織與性能

，，，，，

（九江學(xué)院，江西 九江 332005）

0 前言

鍍鋅鋼絲制品因其良好的防腐性能，在橋梁斜拉索、懸索、纜索、錨固拉力構(gòu)件和體外索預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。隨著國(guó)內(nèi)橋梁建設(shè)步伐的加快，對(duì)生產(chǎn)橋梁用鍍鋅鋼絲的原材料熱軋盤條的需求量日益增加。采用B87MnQL盤條生產(chǎn)的斜拉索用鍍鋅鋼絲的抗拉強(qiáng)度、面縮率、延伸率等性能指標(biāo)都很穩(wěn)定，但是B87MnQL含碳量很高，焊接性能較差，盤條尺寸較大及材料成分不一致等，其在焊接區(qū)常發(fā)生斷絲現(xiàn)象。因此，如何提高B87MnQL盤條焊接接頭的性能尤為關(guān)鍵[3-5]。

以B87MnQL盤條為研究對(duì)象，分析B87MnQL盤條電阻對(duì)焊焊接接頭組織性能與不同焊后熱處理工藝的關(guān)系，從而優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，獲得最佳的焊接工藝參數(shù)，提高預(yù)應(yīng)力鋼絞線等產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

1 試驗(yàn)材料、設(shè)備及方法

1.1 盤條材料

試驗(yàn)材料為B87MnQL盤條，直徑φ13.0 mm，化學(xué)成分如表1所示。

表1 B87MnQL的化學(xué)成分 %

1.2 焊接設(shè)備

電阻對(duì)焊前先將盤條矯直，用砂輪將盤條的端面打磨成平面并倒角，再用砂紙將盤條的表面磷化膜、端頭表面及電極夾具的鉗口全部清理干凈后方可焊接。

焊接設(shè)備為UNJ-A31-45全氣缸微機(jī)鋼絲對(duì)焊機(jī)，一次電流1 665 A，夾鉗距離150 mm。焊接時(shí)將盤條固定在兩夾頭間，對(duì)準(zhǔn)兩盤條將要對(duì)焊的端口，兩線材端頭相交為點(diǎn)接觸，通電后接頭處開始發(fā)熱軟化，此時(shí)盤條焊合溫度達(dá)到1 050～1 200℃，3～8s施加頂鍛壓力使兩線材接頭焊合，如圖1所示。

在UNJ A31-45對(duì)焊機(jī)上進(jìn)行焊接后熱處理（高溫回火），一次電流1 665 A，第一次熱處理溫度950～1 000℃，時(shí)間28 s；第二次熱處理溫度850～900℃，時(shí)間 26 s。

圖1 電阻對(duì)焊施加壓力過(guò)程示意Fig.1 Schematic diagram of the applied pressure process in RBW

1.3 拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用WE-600液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，最大試驗(yàn)力為600 kN。

1.4 金相制備和觀察

沿縱向用線切割切開試樣，鑲嵌制樣并觀察分析橫斷面的顯微組織。金相制備設(shè)備主要有XQ-1型金相試樣鑲嵌機(jī)、Y-2型金相試驗(yàn)預(yù)磨機(jī)、PG-2型金相試樣拋光機(jī)、光學(xué)顯微鏡。用TESCAN VEGAⅡ型掃描電鏡掃描拉拔斷口。采用HVS-1000型顯微硬度計(jì)，加載9.8 N、時(shí)間20 s，從試樣截面頂端到底端依次等距0.5mm測(cè)量6個(gè)點(diǎn)，測(cè)量3組取平均值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 金相組織

焊接接頭區(qū)域組織如圖2所示。

圖2 焊接接頭區(qū)域組織Fig.2 Microstructure of welded joint area

B87MnQL盤條的金相組織見圖2a。B87MnQL屬于過(guò)共析鋼，室溫時(shí)組織為索氏體組織+少量滲碳體，且索氏體含量高達(dá)90%以上，索氏體組織的片層間距基本一致，滲碳體分布比較均勻，片層結(jié)構(gòu)比較清晰。

圖2b、2c、2d為焊縫區(qū)域組織。未經(jīng)焊后回火處理的試樣金相（見圖2b）組織要比盤條母材（見圖2a）更粗大且不均勻。這是因?yàn)閷?duì)焊的焊縫區(qū)有過(guò)熱現(xiàn)象，高溫使晶粒快速生長(zhǎng)，形成粗大晶粒。比較回火處理后的焊縫區(qū)的金相組織（見圖2c、2d），經(jīng)過(guò)二次回火處理的焊縫的金相組織細(xì)小且分布均勻，晶粒大小與母材相近，大部分為索氏體，二次滲碳體析出較少，這是因?yàn)閮纱螣崽幚碛行诉^(guò)熱組織及粗大晶粒。

盤條焊接區(qū)域斷口形貌SEM照片如圖3所示。不進(jìn)行焊后回火處理（見圖3a）的試樣斷口為解理斷口，斷口微觀形貌為河流狀花樣，河流花樣較長(zhǎng)且直；進(jìn)行一次焊后回火處理（見圖3b）的試樣斷口微觀形貌大部分區(qū)域?yàn)楹恿鳡罨?，也有部分區(qū)域?yàn)轫g窩狀花樣和舌狀花樣，并且河流花樣較短且彎曲；進(jìn)行兩次焊后回火處理（見圖3c）的試樣斷口為準(zhǔn)解理斷裂，斷口也有河流花樣，但河流花樣較短且彎曲，準(zhǔn)解理斷裂具有一定的塑性變形，是介于解理斷裂與韌窩斷裂之間的一種斷裂方式[6]。

由圖3可知，隨著焊后回火處理的次數(shù)增加，試樣斷口微觀形貌的韌性特征花樣也相應(yīng)增加，如舌狀花樣和韌窩狀花樣，說(shuō)明焊后回火處理對(duì)焊接接頭的塑韌性有一定的改善。所有試樣的斷口在宏觀上都表現(xiàn)為脆性斷裂，說(shuō)明焊后回火處理的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)有待改進(jìn)和提高。

圖3 斷口形貌Fig.3 Fracture morphology

2.2 顯微硬度

焊縫顯微硬度如圖4所示。未經(jīng)熱處理的試樣焊縫區(qū)硬度最??；經(jīng)過(guò)兩次焊后火處理的試樣焊縫區(qū)的顯微硬度最大，這是因?yàn)槎螣崽幚硎沟煤缚p區(qū)的組織細(xì)小均勻，鐵素體和二次滲碳體析出程度小，晶粒內(nèi)的大部分組織是細(xì)珠光體（索氏體），其片層間距較小，而珠光體的硬度基本上隨片層間距的增大而下降。另外，從焊縫縱截面處到熱影響區(qū)的整體硬度變化不大，這是因?yàn)楹附訒r(shí)在焊縫處和熱影響區(qū)的溫度差異不大，組織也相近。

2.3 力學(xué)性能

采用優(yōu)化的工藝參數(shù)對(duì)B87MnQL盤條盤條進(jìn)行焊接和回火熱處理后，經(jīng)過(guò)多次拉拔、熱鍍鋅、穩(wěn)定化處理后的B87MnQL盤條力學(xué)性能如表2所示。盤條經(jīng)多次拉拔后發(fā)生了加工硬化，抗拉強(qiáng)度升高，鋼絲經(jīng)鍍鋅后抗拉強(qiáng)度有所下降，而延伸率上升，鍍鋅鋼絲經(jīng)光整及穩(wěn)定化后，鋼絲的抗拉強(qiáng)度會(huì)略有上升，這是因?yàn)殄冧\鋼絲在經(jīng)光整及穩(wěn)定化時(shí)鋼絲有一定的壓縮量，相當(dāng)于進(jìn)行了一次加工硬化，鋼絲的抗拉強(qiáng)度略有上升。

圖4 焊縫顯微硬度Fig.4 Microhardness of weld zone

表2 B87MnQL盤條力學(xué)性能Table 2 Mechanical properties of B87MnQL wire rod

根據(jù)GB/T 17101-2008《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲》[7]，公稱直徑φ7.00 mm、強(qiáng)度級(jí)別為1 770 MPa鍍鋅鋼絲拉伸試驗(yàn)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，B87MnQL盤條對(duì)焊后經(jīng)過(guò)后續(xù)的拉拔、熱鍍鋅以及穩(wěn)定化處理，未出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，B87MnQL鍍鋅鋼絲產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

（1）相同的焊接工藝下，未經(jīng)焊后回火處理的焊縫區(qū)域顯微組織比盤條母材的粗大且不均勻；經(jīng)過(guò)二次回火處理的焊縫的金相組織細(xì)小且分布均勻，晶粒大小與母材相近，大部分為索氏體，二次滲碳體析出較少，高溫?zé)崽幚砗笥行У叵诉^(guò)熱組織及粗大晶粒。

（2）采用優(yōu)化的工藝參數(shù)對(duì)B87MnQL盤條進(jìn)行焊接和回火熱處理后，經(jīng)過(guò)多次拉拔、熱鍍鋅、穩(wěn)定化處理后的B87MnQL鍍鋅鋼絲產(chǎn)品的性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

[1]徐忠良．大跨度橋梁纜索用SWRS82B熱軋盤條的組織與鋼絲扭轉(zhuǎn)性能研究[D]．江蘇：東南大學(xué)，2006.

[2]游勝意，周生根，汪訓(xùn)政．國(guó)產(chǎn)盤條生產(chǎn)橋梁纜索用鍍鋅鋼絲的研究[J]．金屬制品，2007，33（2）：19-22．

[3]丁峰，桑春明，周代義，等．國(guó)產(chǎn)橋梁斜拉索用1 770 MPa鍍鋅鋼絲制造技術(shù)的研究[J]．中國(guó)工程科學(xué)，2009，11（3）：57-64．

[4]曾凡勇，李養(yǎng)良，張德勤，等．熱鍍鋅法提高B82MnQL材料的抗拉強(qiáng)度研究[J]．表面技術(shù)，2016，45（3）：96-102．

[5]楊輝.高碳鋼盤條電阻對(duì)焊質(zhì)量的影響因素分析[J]．熱加工工藝，2012，41（17）：134-135，138．

[6]孫智，江利，應(yīng)鵬展，等.失效分析基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[7]中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社編.中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編.2008年修訂-94[M]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.