牛全峰

工程機(jī)械用高強(qiáng)鋼HG980焊接性研究

牛全峰

為了檢測(cè)武鋼研發(fā)的高強(qiáng)度級(jí)別工程機(jī)械用鋼HG980的焊接性能是否滿足工程技術(shù)要求，加快該鋼種的推廣應(yīng)用，本研究對(duì)25mm規(guī)格的HG980鋼焊接工藝性能、焊接材料及焊接熱影響區(qū)、焊縫性能及組織變化規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究表明，HG980鋼低強(qiáng)匹配HS-80焊絲氣保焊接頭力學(xué)性能達(dá)到該鋼種工程技術(shù)要求。

工程機(jī)械用高強(qiáng)鋼HG980是HG785鋼系列升級(jí)產(chǎn)品，隨著高強(qiáng)度級(jí)別工程機(jī)械用鋼產(chǎn)量不斷增大，為加快鋼材的推廣應(yīng)用，我們主要圍繞工程機(jī)械用高強(qiáng)鋼HG980進(jìn)行了氣保護(hù)焊接性試驗(yàn)。試驗(yàn)采用低強(qiáng)匹配，其目的是掌握焊接熱影響區(qū)性能變化規(guī)律，使焊接接頭綜合性能滿足高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)要求。

1. 試驗(yàn)材料及方法

HG980鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示，其規(guī)格為600mm×125mm×25mm。試驗(yàn)所用氣保焊絲為哈爾濱焊接研究所生產(chǎn)的HS—80氣保護(hù)焊絲，φ1.2mm。采用熔化極氣保護(hù)焊接，采用LINCOLN Powerwave 455焊機(jī)，保護(hù)氣為M21富氬混合氣： 80%Ar+20%CO2，氣體流量為18L/min。焊接電源為直流反接，試板預(yù)熱150℃，采用多層多道焊，層間溫度控制在150℃以下，在保證母材充分熔合的情況下，盡量減少熱輸入。采用正面焊完反面機(jī)械清根，直至呈現(xiàn)焊縫金屬。焊接環(huán)境溫度為25℃，濕度為81%，焊接參數(shù)如表3所示。

2. 試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）焊接接頭力學(xué)性能分析 對(duì)板厚25mm HG980鋼進(jìn)行了富氬保護(hù)焊接性試驗(yàn)，接頭采用低強(qiáng)匹配，用適當(dāng)?shù)暮附庸に嚂r(shí)飛濺小，煙塵適中，外觀成形良好。焊接完畢后對(duì)接頭進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)：包括接頭橫向拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)（焊縫、熔合線及熱影響區(qū)）和焊縫金屬拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4~表6所示

表1 HG980鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

Cr Ti Mo Nb B V Ceq Pcm 0.477 0.011 0.427 0.034 0.0015 0.044 0.5756 0.2557

表2 HG980鋼力學(xué)性能

表3 HG980氣保護(hù)焊接性能試驗(yàn)工藝

表4 焊接接頭拉伸及彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表5 焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果

表6 焊縫金屬拉伸試驗(yàn)結(jié)果

以上數(shù)據(jù)表明：接頭強(qiáng)度達(dá)到930MPa，斷于焊縫；彎曲試驗(yàn)（d=3a）中接頭正彎反彎都是140°出現(xiàn)裂紋，彎曲性能優(yōu)良；接頭試樣焊縫-20℃沖擊吸收能量均值達(dá)到113J，熔合線達(dá)到64J，熱影響區(qū)（線外1mm）達(dá)到57J。沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，接頭焊縫金屬?zèng)_擊韌性優(yōu)良，滿足鋼材技術(shù)條件要求；φ6mm焊縫金屬拉伸試樣抗拉強(qiáng)度達(dá)到940MPa，屈服強(qiáng)度為570MPa，斷面收縮率為69.5%，伸長(zhǎng)率為16%，表明焊縫金屬抗拉強(qiáng)度及延展性滿足工程機(jī)械用鋼技術(shù)要求。

（2）焊接接頭硬度試驗(yàn)結(jié)果及分析 焊接完畢后對(duì)接頭進(jìn)行了維氏硬度試驗(yàn)（HV10）。每0.5mm測(cè)試一點(diǎn)，試驗(yàn)部位從基材到焊縫全接頭斷面，如圖1所示。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，基材和焊縫HV10值較平均，在300HV左右。在接頭表面下2mm區(qū)域熱影響區(qū)存在一定的硬化傾向，HV10值在350HV左右，接頭中間位置熱影響區(qū)的硬度值基本與基材和焊縫持平。接頭的異常區(qū)域HV10硬度值超過(guò)350HV，這與后面的金相檢測(cè)結(jié)果中此區(qū)域出現(xiàn)馬氏體組織相符。

圖1 硬度試驗(yàn)位置

（3）焊接接頭金相分析 焊后取全接頭斷面送檢，要求檢測(cè)接頭五區(qū)組織，檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

接頭焊縫左側(cè)出現(xiàn)異常熱影響區(qū)，對(duì)劃圈區(qū)域進(jìn)行了金相檢測(cè)，結(jié)果如圖3、圖4所示：

接頭金相檢測(cè)結(jié)果表明，焊縫組織為針狀鐵素體摻雜先共析鐵素體，焊縫組織在奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中，由于碳含量低，部分鐵素體先析出，故形成先共析鐵素體。熱影響區(qū)為貝氏體摻雜屈氏體、馬氏體組織，過(guò)熱區(qū)貝氏體顯粗大，馬氏體呈板條狀，這與此區(qū)硬度值升高相符。正火區(qū)冷卻速度適中，得到細(xì)化的貝氏體組織。不完全正火區(qū)貝氏體沒(méi)有完全奧氏體化，只在晶界出現(xiàn)奧氏體化，冷卻后貝氏體晶界出現(xiàn)更細(xì)小的屈氏體。由于接頭出現(xiàn)較大異常熱影響區(qū)域，單獨(dú)對(duì)其

進(jìn)行了金相分析，其焊縫組織出現(xiàn)了馬氏體，所以此區(qū)出現(xiàn)硬度值偏大。金相組織檢測(cè)結(jié)果與硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。

圖2 接頭各區(qū)域金相組織

圖3 檢測(cè)位置

3. 結(jié)語(yǔ)

（1）HG980鋼匹配HS—80氣保護(hù)焊絲進(jìn)行了氣保護(hù)焊接性能試驗(yàn)，在低強(qiáng)匹配條件下，焊接接頭強(qiáng)度≥930MPa；彎曲試驗(yàn)（d=3a）中接頭正彎反彎都是140°出現(xiàn)裂紋，彎曲性能優(yōu)良，焊縫-20℃沖擊吸收能量均值達(dá)到113J，熔合線處達(dá)到64J，熱影響區(qū)達(dá)到57J，沖擊韌性優(yōu)良；表明各項(xiàng)性能滿足工程機(jī)械用鋼技術(shù)要求。

（2）氣保護(hù)焊接頭焊縫為針狀鐵素體，高強(qiáng)度條件下保證了良好的韌性；熱影響區(qū)多為貝氏體組織，在粗晶區(qū)出現(xiàn)少量馬氏體組織，導(dǎo)致該區(qū)淬硬傾向增大，出現(xiàn)一定程度硬化，形成焊接接頭韌性的一個(gè)薄弱區(qū)。

圖4 異常區(qū)域金相組織

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牛全峰，副教授，恩施職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與機(jī)械工程系副主任，主要從事材料的加工技術(shù)與應(yīng)用研究工作。