t8/5對(duì)BWELDY700QL4高強(qiáng)鋼焊接接頭過熱區(qū)組織性能的影響

馬清波 趙嬌玉

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

BWELDY700QL4低合金鋼是近年來開發(fā)用于起重機(jī)構(gòu)件的低合金高強(qiáng)鋼，已廣泛應(yīng)用于起重機(jī)的吊臂、底架、轉(zhuǎn)臺(tái)等部件[1]，但其強(qiáng)度級(jí)別較高，有一定的淬硬傾向，焊接時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋[2]。t8/5對(duì)焊接接頭熱影響區(qū)的組織與性能有顯著的影響，是衡量低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的重要參數(shù)[3]。下文通過小鐵研抗裂性試驗(yàn)、焊接熱模擬試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)和金相組織分析研究了t8/5對(duì)BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼焊接接頭過熱區(qū)組織與性能的影響，為其生產(chǎn)應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 鋼材性能分析及焊材選擇

BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼，調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨，其化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1所示。

表1 BWELD700QL4的化學(xué)成分與力學(xué)性能

按照國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)推薦的碳當(dāng)量公式：

經(jīng)過計(jì)算，該鋼材的碳當(dāng)量達(dá)到0.465，說明該鋼的淬硬傾向較明顯，具有一定的冷裂傾向，為降低淬硬傾向，焊接應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)熱措施。

BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度不低于700 MPa，抗拉強(qiáng)度不低于860 MPa，在焊接材料的選配上，要充分考慮保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性，在結(jié)合鋼材的強(qiáng)度等級(jí)和化學(xué)成分的基礎(chǔ)上選擇焊接材料為YM-80A的焊絲。焊接材料熔敷金屬的化學(xué)成分與力學(xué)性能如表2所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)

為了測(cè)試BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼及匹配焊材的抗裂性能，確定合適的預(yù)熱溫度，按照GB/T 4675.1—1984《斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》，分別進(jìn)行了不同預(yù)熱溫度下BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼的小鐵研抗裂性試驗(yàn)。焊接方法為熔化極混合氣體保護(hù)焊(GMAW)，保護(hù)氣體為Ar和CO2，二者體積比為V(Ar)：V(CO2)=4∶1；焊接電流為240 A，焊接電壓為20～22 V。

1.2.2焊接熱模擬試驗(yàn)

為測(cè)定t8/5時(shí)間對(duì)BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼過熱區(qū)組織和性能的影響，采用Gleeble-3800熱模擬機(jī)分別進(jìn)行了不同t8/5時(shí)間的熱模擬試驗(yàn)，并對(duì)焊接熱模擬試件進(jìn)行室溫和-40 ℃的沖擊試驗(yàn)、金相組織分析和硬度試驗(yàn)。表3為焊接熱模擬試驗(yàn)參數(shù)[4]。

表2 YM-80A焊絲的化學(xué)成分與力學(xué)性能

表3 BWELD700QL4材料焊接熱模擬試驗(yàn)參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析討論

2.1 小鐵研抗裂性試驗(yàn)

4種預(yù)熱溫度下BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼小鐵研抗裂性試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。當(dāng)試件及環(huán)境溫度為5 ℃且不預(yù)熱焊接時(shí)，試件的表面裂紋率為91%，斷面裂紋率為71.4%；預(yù)熱溫度為50 ℃、100 ℃、150 ℃時(shí)試件的表面裂紋率和斷面裂紋率均為零。因此，焊接BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼應(yīng)進(jìn)行50 ℃以上的預(yù)熱[5]。

表4 BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼小鐵研抗裂性試驗(yàn)

2.2 沖擊試驗(yàn)

BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼過熱區(qū)沖擊試驗(yàn)按GB/T 2650—1989《焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行，缺口形式為V型，圖1所示為t8/5時(shí)間對(duì)BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼過熱區(qū)沖擊性能的影響曲線圖。由圖中可知，隨著t8/5時(shí)間增加，沖擊值逐漸增加，并趨于平穩(wěn)。在室溫下，t8/5時(shí)間為7.2～13 s時(shí)，其沖擊值在106～143 J之間，均滿足鋼材規(guī)定值要求的47 J。在-40 ℃條件下，t8/5為7.2 s時(shí)，其沖擊值為36 J，低于鋼材規(guī)定值要求的47 J；當(dāng)t8/5為9.0 s時(shí)，其沖擊值達(dá)到73 J，滿足鋼材規(guī)定值要求的47 J；當(dāng)t8/5為13.0 s時(shí)，其沖擊值達(dá)到102 J。這說明為使過熱區(qū)的沖擊韌性值達(dá)到鋼材規(guī)定要求，t8/5時(shí)間不應(yīng)小于9.0 s。

圖1 t8/5對(duì)BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼過熱區(qū)沖擊性能的影響

2.3 顯微組織分析

圖2為BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼在不同t8/5時(shí)間時(shí)過熱區(qū)的金相組織照片。其過熱區(qū)的組織均為板條馬氏體，晶粒度均為5級(jí)。

圖2 BWELD700QL4低合金高強(qiáng)鋼在不同t8/5下過熱區(qū)的金相組織

2.4 硬度試驗(yàn)

BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼在不同t8/5時(shí)間時(shí)過熱區(qū)的硬度測(cè)試結(jié)果如表5所示。其硬度值在HV424～480，說明在不同t8/5時(shí)間下其過熱區(qū)的硬度變化不大，t8/5時(shí)間對(duì)過熱區(qū)硬度無明顯影響。

表5 BWELD700QL4低合金高強(qiáng)鋼在不同t8/5過熱區(qū)硬度測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

(1)BWELD700QL4低合金高強(qiáng)鋼具有一定的冷裂傾向，焊接時(shí)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱。

(2)在室溫和-40 ℃條件下，隨著的t8/5時(shí)間增加(7.2～13 s)，BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼過熱區(qū)的沖擊韌性值呈現(xiàn)漸增趨勢(shì)，為使過熱區(qū)的沖擊韌性值達(dá)到母材規(guī)定值要求，建議t8/5時(shí)間不應(yīng)小于9.0 s。

(3)當(dāng)t8/5時(shí)間在7.2～13.0 s時(shí)，BWELDY700QL4低合金高強(qiáng)鋼過熱區(qū)組織均為板條狀馬氏體，晶粒度為5級(jí)，且其過熱區(qū)硬度變化不明顯。