焊接熱輸入對(duì)Q235B鋼焊縫組織與硬度的影響

馬東良 董道亮 尤鑫勝 馬東輝 劉佳佳

(1.中建安裝工程有限公司一公司，山東250000；2.中國建筑五局山東公司，山東250000；3.山東建澤混凝土有限公司，山東250101)

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工 藝

焊接熱輸入對(duì)Q235B鋼焊縫組織與硬度的影響

馬東良1董道亮1尤鑫勝1馬東輝2劉佳佳3

(1.中建安裝工程有限公司一公司，山東250000；2.中國建筑五局山東公司，山東250000；3.山東建澤混凝土有限公司，山東250101)

分析了儲(chǔ)罐中Q235B鋼板焊接過程中不同熱輸入對(duì)儲(chǔ)罐質(zhì)量的影響，并且對(duì)試樣組織與硬度進(jìn)行了分析，獲得了較優(yōu)焊接工藝。

Q235B；焊接電流；焊接熱輸入；焊接工藝

隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和國家戰(zhàn)略儲(chǔ)備的需要，原油的需求量不斷增加，用于儲(chǔ)存原油、成品油等的儲(chǔ)罐正向著多量化、大型化、規(guī)?；较虬l(fā)展，大型儲(chǔ)罐的建設(shè)發(fā)展非常迅速。Q235B是儲(chǔ)罐最常用的鋼板之一，安裝方式主要為焊接，如何提高焊接質(zhì)量已成為一個(gè)重要課題。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)采用國內(nèi)某大型鋼廠熱軋態(tài)Q235B鋼板，板厚為6 mm，其化學(xué)成分見表1。焊接方式采用手工電弧焊，相鄰鋼板對(duì)接，坡口為V型。焊接過程采用ZX7-400型逆變式直流焊機(jī)和E4315型焊條，焊接電流分別選用120 A、160 A、200 A。焊后分別切塊制取金相試樣，使用4%硝酸酒精進(jìn)行腐蝕，通過光學(xué)顯微鏡觀察金相組織，使用顯微硬度計(jì)測(cè)量硬度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 焊縫形貌

整體來說，三種焊接電流所得焊縫表面成形較好，無明顯缺陷。由于焊接和冷卻過程中存在一定的熱應(yīng)力[1]，Q235B鋼板焊縫附近均出現(xiàn)了變形情況，電流越大變形越嚴(yán)重。隨著焊接電流的增加，焊縫的寬度和熔深也逐步增加，電流為200 A時(shí)，部分區(qū)域甚至出現(xiàn)了熔透現(xiàn)象。從金相試樣上也可以看出，隨著電流的增大，焊接熱影響區(qū)面積逐漸增大。

表1 Q235B化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

Table 1 Chemical compositions of Q235B steel (mass fraction,%)

CMnSiAlNbNiCrSP0.140.330.260.0140.0170.020.010.0240.033

2.2 金相組織

分別對(duì)三組試樣的焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)進(jìn)行金相檢測(cè)，結(jié)果見圖1～圖3。從圖中可以看出：焊縫區(qū)主要組織為珠光體+鐵素體+粒狀貝氏體，組織整體分布均勻，隨著熱輸入的增加，晶粒尺寸逐漸增大；熔合區(qū)組織為一個(gè)過渡區(qū)，靠近熱影響區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了柱狀晶[2]痕跡，隨著熱輸入增加，其晶粒逐漸變大，當(dāng)電流達(dá)到200 A時(shí)，焊縫已經(jīng)不明顯；熱影響區(qū)組織主要為珠光體+鐵素體，除電流為120 A的試樣外，其余兩個(gè)試樣晶粒明顯比較大，隨著熱輸入的增加，晶粒逐漸增大，部分區(qū)域甚至出現(xiàn)了魏氏組織。

熱輸入的計(jì)算公式為：

q=ηUI/v

式中，q是熱輸入，單位為J/mm；U是電弧電壓，單位為V；I是焊接電流，單位為A；v是焊接速度，單位為mm/s；η是熱效率。

(a)電流為120 A (b)電流為160 A (c)電流為200 A

圖1 焊縫區(qū)金相組織

Figure 1 Metallographic structure of weld area

(a)電流為120 A (b)電流為160 A (c)電流為200 A

圖2 熔合區(qū)金相組織

Figure 2 Metallographic structure of fusion zone

(a)電流為120 A (b)電流為160 A (c)電流為200 A

圖3 熱影響區(qū)金相組織

Figure 3 Metallographic structure of heat affected zone

焊接過程其實(shí)是一個(gè)熱循環(huán)過程，由上述公式可以看出：在其他參數(shù)一致的情況下，焊接熱輸入與電流成正比。焊接過程中，各部位的金相組織與焊接過程中經(jīng)歷的熱循環(huán)及內(nèi)部應(yīng)力[3]分布情況有關(guān)，Q235B首先發(fā)生熔化，在冷卻時(shí)熔融態(tài)金屬中首先形成過冷奧氏體，由于奧氏體晶界是高能區(qū)，初生鐵素體將優(yōu)先沿著奧氏體晶界析出，隨著溫度的下降和碳原子向奧氏體晶內(nèi)的擴(kuò)散，鐵素體數(shù)量增多且逐漸長大，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和少量粒狀貝氏體，最終組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w+鐵素體+粒狀貝氏體。如果電流較大，則焊接熱輸入較大，會(huì)造成焊后冷卻速度慢，形成粗大的奧氏體組織，導(dǎo)致鐵素體粗大，最終造成焊縫和熱影響區(qū)晶粒尺寸較大，嚴(yán)重時(shí)甚至能形成粗大的魏氏組織。同時(shí)，鐵素體的長大也導(dǎo)致了珠光體所占比例的縮小。如果焊接電流較小則熱輸入小，冷卻速度相對(duì)較快，珠光體組織較多，組織細(xì)化，焊縫整體性能略好。

2.3 硬度

對(duì)整個(gè)焊接區(qū)進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果如圖4所示，可以看出：焊縫區(qū)硬度較低，硬度值比較穩(wěn)定；沿著遠(yuǎn)離焊縫區(qū)方向，硬度逐漸提高，最終達(dá)到母材硬度；熱影響區(qū)顯微硬度有一定波動(dòng)，主要是由

圖4 Q235B焊縫硬度

Figure 4 Q235B steel weld hardness于熱影響區(qū)的晶粒大小不同，珠光體、鐵素體所占比例也不相同。與金相檢測(cè)結(jié)果基本一致。

3 結(jié)論

(1)不同熱輸入所得焊縫表面成形均無明顯缺陷，但焊接區(qū)均出現(xiàn)了變形情況，電流越大變形越嚴(yán)重，焊縫的寬度和熔深也隨著焊接電流的增大而逐步增加。

(2)不同焊接熱輸入條件下，焊接區(qū)及熱影響區(qū)組織一致，焊接電流較大，造成熱輸入較大，焊縫和熱影響區(qū)組織粗大，甚至?xí)霈F(xiàn)魏氏組織；焊接電流較小時(shí)，熱影響區(qū)硬度略低，且連續(xù)性不好。

(3)在滿足焊接要求的前提下，Q235B薄板焊接宜采用較小的電流。

[1] 田盛，陸?zhàn)鞚?jì)進(jìn). Q235薄板對(duì)接焊變形控制技術(shù)研究[J]. 熱加工工藝，2013，42(17)：186-191.

[2] 胡文全，劉亞良，唐明忠. Q235薄鋼板膠接點(diǎn)焊工藝及性能研究[J]. 熱加工工藝，2011，40(23)：161-163.

[3] 高輝，焦向東，周燦豐，等. Q235鋼摩擦疊焊單元成形焊接接頭金相組織分析[J]. 焊接技術(shù)，2013，42(6)：12-14.

編輯 陳秀娟

Influence of Welding Heat Input on Microstructure and Hardness of Weld for Q235B Steel

Ma Dongliang, Dong Daoliang, You Xinsheng, Ma Donghui, Liu Jiajia

The influence of different heat input on oil tank quality during Q235B steel welding has been introduced.Microstructure and hardness of specimen has been analyzed to obtain the better welding technology.

Q235B; welding current; welding heat input; welding technology

2016—05—25

馬東良(1984—)，男，碩士學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)與管理工作。

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