熱輸入對SA612M鋼焊接接頭力學(xué)性能的影響

周 平

（江西工程學(xué)院 智能制造與能源工程學(xué)院，江西 新余 338000）

SA612M鋼為國內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)的壓力容器用鋼［1］，為保證壓力容器的安全性，不僅要求SA612M鋼的具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性和耐腐蝕性能，而且還要求其具有良好的沖擊韌性［2］。

本文對10 mm厚的SA612M鋼進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，對不同熱輸入焊接工藝參數(shù)的焊接接頭進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，對接頭材料組織進(jìn)行金相觀察，分析熱輸入對焊接接頭力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為SA612M壓力容器用鋼板，材料化學(xué)成分如表1所示，試板尺寸為350 mm×160 mm×10 mm，材料力學(xué)性能如表2所示。

表1 SA612M鋼化學(xué)成分

表2 SA612M鋼力學(xué)性能

采用埋弧焊工藝對SA612M鋼板進(jìn)行不同焊接參數(shù)下的焊接試驗(yàn)，焊接時(shí)采用氣體保護(hù)焊打底，共進(jìn)行了3次焊接試驗(yàn)，焊接試樣組號為1、2、3，使用Dimension TM812自動埋弧焊機(jī)進(jìn)行焊接，焊接用焊絲為伯合樂Ni2，焊劑為OP121TT，具體的焊接工藝參數(shù)見表3。

表3 焊接工藝參數(shù)

由表1可知，隨著焊接速度的增大，第1至第3組的焊接試樣熱輸入逐步降低，熱輸入Q與焊接速度v成反比，其計(jì)算公式為

式中：η為焊接熱效率系數(shù)，取0.86；U為焊接電壓；I為焊接電流。

焊接試驗(yàn)后，參照國標(biāo)GB/T 2651—2008對焊接接頭采用線切割取樣，并對焊接接頭的力學(xué)性能及顯微組織進(jìn)行測試與分析，接頭斷面如圖1所示。取樣時(shí)避開焊縫頭尾兩端，沿焊接垂直方向截取，確保試樣中心為焊縫。采用電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行焊接接頭的拉伸、彎曲試驗(yàn)，接頭拉伸、彎曲試樣尺寸如圖2所示。

圖1 接頭斷面

圖2 接頭拉伸、彎曲試樣

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 焊接接頭力學(xué)性能

依照GB/T 2654—2008對焊接接頭進(jìn)行硬度試驗(yàn)，通過顯微維氏硬度試驗(yàn)測量焊接接頭各區(qū)硬度，測試點(diǎn)位置距焊縫上表面2 mm，以焊縫中心為測量距離基點(diǎn)，從焊縫一側(cè)母材開始到另焊縫一側(cè)母材逐點(diǎn)測試，測試結(jié)果如圖3所示。由圖3知，在經(jīng)過加熱和迅速冷卻后，焊縫中出現(xiàn)淬硬組織，HAZ過熱區(qū)的維氏硬度值HV5比母材高56左右。

圖3 SA612M鋼焊接接頭硬度分布曲線

對3組焊接接頭的焊縫中心（WM）、融合線附近（FL+1、FL+2）分別依照GB/T2650—2008、GB/T 2653—2008、GB/T 2651—2008進(jìn)行沖擊、彎曲、拉伸等試驗(yàn)，測試焊接接頭材料的機(jī)械性能，試驗(yàn)測試溫度為-40℃，測試數(shù)據(jù)見表4，拉伸、彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由表4和圖4知，SA612M鋼焊接接頭在進(jìn)行彎曲、拉伸試驗(yàn)時(shí)，焊縫處沒有出現(xiàn)裂紋。隨著熱輸入的降低，SA612M鋼焊接接頭的強(qiáng)度變化不大，材料的沖擊韌性增強(qiáng)。

表4 焊接接頭機(jī)械性能

圖4 接頭拉伸、彎曲試驗(yàn)結(jié)果

2.2 焊接接頭材料組織分析

焊接接頭經(jīng)用砂紙研磨、拋光和4%的硝酸酒精溶液腐蝕后，依照GB/T 13299—1991用BX-500標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡分別檢測3組焊接接頭熱影響區(qū)金相組織，檢測結(jié)果分別如圖5、圖6和圖7所示。

由圖5、圖6和圖7知，第1組和第2組試樣熱影響區(qū)出現(xiàn)魏氏體組織；第3組試樣熱影響區(qū)未出現(xiàn)魏氏體組織，且晶粒尺寸更細(xì)。

圖5 第1組接頭熱影響區(qū)的金相組織

圖6 第2組接頭熱影響區(qū)的金相組織

圖7 第3組接頭熱影響區(qū)的金相組織

3 結(jié)論

（1）熱輸入從15 kJ/cm升高到30 kJ/cm時(shí)，SA612M鋼焊接接頭抗拉強(qiáng)度變化不大。

（2）熱輸入在15～30 kJ/cm區(qū)間內(nèi)變化時(shí)，SA612M鋼焊接接頭各區(qū)域的沖擊韌性發(fā)生變化。

（3）對于SA612M壓力容器用鋼，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接的熱輸入量，以保證材料焊接接頭熱影響區(qū)的沖擊韌性。