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Q960E高强度调质钢焊接工艺研究

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2024年4月10日发(作者:董傲冬)

0960E高强度调质钢焊接工艺研究 

王国铃唐作军 

(江苏大明金属制品有限公司) 

摘要:本文对Q96OE钢进行了焊接试验研究,内容包括焊接冷裂纹敏感性、焊接热影响区韧性试 

验、焊接参数对焊接接头综合力学性能的影响,最后提出了推荐的焊接工艺。 

1.前言 

焊,也有采用焊条电弧焊、埋弧焊和激光焊等焊 

高强度钢因其优异的性能和显著的经济效 接方法,根据我们公司的生产条件及产品的特 

益,越来越多的应用在交通运输机械、工程机 点,选用富氩的混合气体保护焊进行试验。 

械、矿山机械、动力设备等,由于公司业务不 

断发展,需要承接高强钢部件的焊接,因此对 

3.2焊材匹配 

焊材的强韧性匹配有三种【1],一种是等 

屈服强度为960MPa的Q960E高强度钢板的焊 

“超强匹配”,即焊缝熔敷金属强度与母材强度 

接性、焊接材料、焊接工艺及焊接接头的性能 

之比大于1,第二种是“等强匹配”,即焊缝熔 

进行了试验研究。 

2.0960E钢板的化学成分和力学性能 

敷金属强度与母材强度之比约等于1,第三种是 

“低强匹配”,即焊缝熔敷金属强度与母材强度 

试验用钢板为南钢生产的Q960E,供货状 之比小于1,也叫“等韧性匹配”,目的是提高 

态为调质热处理,厚度为12ram、20mm。钢 

焊缝的韧性以获得更好的冲击、抗裂性能。从静 

板的化学成分及力学性能分别见表1和表2。 

3.焊接工艺 

载强度角度来看,“等强匹配”为最佳选择,但 

“等强匹配”的焊缝韧性储备可能不够,极易产 

生裂纹,焊缝强度越高,可达到的韧性就越低, 3.1焊接方法 

高强度钢的焊接方法的选取[1】,大都采用 

焊接热输入密度集中、效率高、熔池保护及脱氢 

此时牺牲部分焊缝强度而使韧性储备提高,对 

防止焊接裂纹有利。由于试验目的是把高强度 

 

效果好、焊接变形小的C02焊或富氩混合气保 

钢是用在汽车产品上,产品受力状况为动载荷,

表1 Q960E钢板化学成分(Wt%) 

钢号 厚度 C Si Mn P S Cr 

0.4 

Ceq M0 B Cu 

Q960E l2ram 0.17 0.24 1.10 0.006 0.00l 0.56 0.57 0.0016 0.03 

, Q960E 20ram 0.17 0.24 1.25 0.004 0.001 0.425 0.62 0.571 0.00l5 

注:Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15 

表2 Q960E钢板质保书力学性能 

拉伸性能 

钢号 

Q960E 

Q960E 

冲击性能(.40 ̄C)J 

厚度 

屈服(MPa) 抗拉(MPa) 伸长率/% 

1 2mm 

20mm 

1026 

1009 

1068 

1044 

——

冲击功 

96,75,77 

88,61,84 

均值 

83 

78 

15 

15 

34—— 

为了获得良好的低温冲击韧性,所以试验采用 和预热150 ̄C条件下焊接,表面及断面无裂纹。 

“等韧性匹配”,以牺牲部分强度来获得焊接 

试验结果表明,20mm厚的Q960E高强度钢采 

接头良好的低温冲击吸收功。试验选用 用①1.2ram FK1000焊丝、富氩混合气体保护 

OERLIKON公司生产的①1.2mm FK1000焊 焊,在较苛刻的斜Y坡口焊接试验条件下,预 

丝,焊丝性能如表3: 热120 ̄C可以防止焊接冷裂纹的产生。 

4.0960E高强度钢焊接冷裂纹敏感性试验 

4.2、焊接接头最高硬度试验 

4.1斜Y坡口焊接裂纹试验 焊接接头的最高硬度试验按GB4675.5((焊 

试验按GB4675.1-84 斜Y型坡口焊接 接热影响区最高硬度试验方法 进行,采用 

裂纹试验方法 进行,焊丝采用①1.2mm、 20mm厚Q960E高强度钢板进行实验。分别进 

FKl000(OERLIKON),气体采用富氩保护气 行了预热140 ̄C和室温(15℃)两种条件下进 

(80%Ar+20%CO2),母材为20ram的960E, 行焊接。焊接参数见表4,焊后加工试样按标 

分别在100 ̄C、120 ̄C、150 ̄C三种预热温度焊 准规定进行HV(10)硬度测定。试验结果见 

接。试件焊后放置48小时,进行表面、断面 

表5。焊接接头最高硬度分别为433和407, 

裂纹检查。焊接参数见表4: 表明Q960E钢焊接热影响区有较强的淬硬倾 

经检查,20mm厚的Q960E在100 ̄C的预 

向,生产过程中应该采取必要的措施预防焊接 

热温度下焊接,断面有少量裂纹;预热120 ̄C 

冷裂纹的产生。 

表3 OERLIKON①1.2ram FK1000焊丝力学性能 

焊焊丝直径 拉伸性能 冲击性能 

丝牌号 (

mm) 屈服(MPa) 抗拉(MPa) 伸长/% (一40 ̄C)J 

FKl000 1.2 890 940 l6 >47 

表4斜Y坡口焊接裂纹试验焊接参数 

焊丝牌号 焊丝直径 焊接电流 电弧电压 焊接速度 线能量 保护气体 

(mm) (A) (V) (cm/min) (KJ/ram) 

FKl000 1.2mm 250 26 33 l1.8 80%Ar+20%CO2 

表5焊接接头硬度试验结果 

HV硬度 

编号 预热温度 

母材 热影响区 HVmax 

不预热 334,352 405,414,420,3l0, 

l 433 

l5℃ 345,340 358,359,375,424,433 

342,350 290,329,377,283, 

2 l40℃ 407 

350,346 312,330,301,343,407 

35— 

4.3 Q960E高强度钢焊接冷裂纹敏感性分 优先选择低氢的焊接材料及焊接工艺,如有需 

析 

要,应在焊后进行消氢处理。 

综合Q960E高强度钢焊接热影响区最高硬 

5.0960E不同线能量对焊接接头力学性能 

度试验、斜Y坡口焊接裂纹试验的结果可以看 

及微观组织的影响 

出,Q960E高强度钢板焊接热影响区有较强的 

为了掌握焊接线能量、预热温度及道间温 

淬硬倾向。对于20mm以下厚度的Q960E高 

度等对Q960E高强度钢焊接接头力学性能的影 

强度钢板,采用①1.2mm FK1000焊丝富氩混 

响,为今后生产制定合理可行的焊接工艺,采 

合气体保护焊,为防止焊接冷裂纹的产生,焊 

用不同的焊接工艺焊接了多付试板,分别对焊 

前预热温度应在120℃以上。由于汽车部件有 接接头的力学性能和微观组织进行了测定和分 

些部件采用厚板进行多道多层焊,一方面结构 

析。坡口型式为X型坡口,试板焊接条件见表 

的拘束应力较大,另一方面多道焊接过程中还 

6,焊缝金属冲击缺口在焊缝中心,热影响区 

存在着氢的积累和聚集问题,两方面因素均增 

冲击缺口在熔合线外1.5ram处。 

大氢致裂纹产生倾向,因此实际产品焊接时应 

表6试板焊接条件及力学性能 

预热温度 

℃ 道间温度 线能量 抗拉强度 冲击功一40℃(J) 

序号 

℃ KJ/cm MPa 

焊缝中心 热影响区 

43 43 48 77 l27 147 

1 l20 l40 l0 1082,1062 

45 ll7 

2 120 l40 l5 l031墨 墨 

1032 

Q垒Q 

42 76 

3 120 140 22 1004垒2 Q !垒2 

101 1 

45 4l 

4 l30 230 15 982墨22 

970 

垒墨垒 

45 89 

不同线能量及层间温度的影响,Q960E高 量;随着道间温度的提高,焊接接头的抗拉强 

强度钢焊接接头焊缝金属拉伸及焊接接头低温 

度降低,焊缝金属和热影响区的AKv-40 ̄呈 

冲击试验结果见表6。根据实验结果可以看出, 

上升趋势,其中热影响区的冲击吸收功有明显 

随着焊接线能量的增加,焊缝金属强度呈下降 提高。采用光学显微镜对焊缝金属及焊接热影 

趋势,焊缝金属的AKv-40 ̄呈下降趋势,但 响区微观组织进行分析,分析结果得出,随着 

影响不是很大;线能量的增加对热影响区的 焊接线能量的提高,热影响区组织粗大,焊缝 

AKv-40V有一定影响。当预热温度和道间温 

金属组织中出现粒状贝氏体导致冲击韧性降低 

度一定时,随着线能量的提高,热影响区的 

(图1),而道间温度的提高,焊接过热区下贝 

AKv-40 ̄有一定的下降。所以为了提高焊接 

氏体比例的增加而提高韧性。综合考虑焊接接 

接头的冲击韧性,采用中1.2mm FK1000焊丝 头的拉伸及冲击性能,焊接时应适当控制焊接 

焊接Q960E高强度钢时,应适当控制焊接线能 线能量和道间温度。 

36— 

表8推荐的Q960E高强度钢焊接工艺 

焊丝: FK1000 

焊接材料 焊丝直径:①1.2ram 

保护气体:80%Ar+20%CO2 

预热温度 120~160℃ 

定位焊参数:260~280A 

打底焊参数:220-260A,24-28V,30-40(cm/min) 

填充及盖面:240~280A,28~30V,33~42(cm/min) 

规范参数 线能量:8.5~15(KJ/cm) 

道间温度:120~160(℃) 

焊丝干伸长:15~25(mm) 

气体流量:20~3O(L/rain) 

有条件可以进行200 250 ̄C消氢处理,应慎用高温消应力处理,如果焊接 

焊后热处理 结构拘束比较大或设计要求消应力处理,可在低于母材调质处理回火温度 

30~50(℃)的条件下进行(600±10)℃的焊后消应力处理。 

表9厚度为12ram和20ram的Q960E钢板对接接头力学性能 

序 

号 

1 

抗拉强度 

(MPa) 

l073

侧弯 硬度(HV10) 

焊缝 热影响区 

冲击功一40℃(J) 

焊缝中心 

! 1 

32 

热影响区 

墨 

46 

1075 合格 353,348,364 358,358,402 

2 1021

1038 合格 327,3l6,315 322,332,328 

墨 2 

38 

鱼 2 鱼 

66 

9、结论 

通运输机械、工程机械、矿山机械、动力设备 

等产品要求。 

参考文献 

[1]、邹增大,李亚江,尹士科等,低合金 

采用 1.2ram FK1000焊丝、气体为 

80%A r+20%CO2富氩保护气焊接Q960E高强 

度钢,按试验确定的焊接工艺焊接,焊接接头 

的各项力学性能均满足GB/Tl6270—2009 高 

调质高强度钢焊接及工程应用,化学工业出版 

 

强度结构用调质钢板 规定的指标,能满足交 

社,2000。

38— 

2024年4月10日发(作者:董傲冬)

0960E高强度调质钢焊接工艺研究 

王国铃唐作军 

(江苏大明金属制品有限公司) 

摘要:本文对Q96OE钢进行了焊接试验研究,内容包括焊接冷裂纹敏感性、焊接热影响区韧性试 

验、焊接参数对焊接接头综合力学性能的影响,最后提出了推荐的焊接工艺。 

1.前言 

焊,也有采用焊条电弧焊、埋弧焊和激光焊等焊 

高强度钢因其优异的性能和显著的经济效 接方法,根据我们公司的生产条件及产品的特 

益,越来越多的应用在交通运输机械、工程机 点,选用富氩的混合气体保护焊进行试验。 

械、矿山机械、动力设备等,由于公司业务不 

断发展,需要承接高强钢部件的焊接,因此对 

3.2焊材匹配 

焊材的强韧性匹配有三种【1],一种是等 

屈服强度为960MPa的Q960E高强度钢板的焊 

“超强匹配”,即焊缝熔敷金属强度与母材强度 

接性、焊接材料、焊接工艺及焊接接头的性能 

之比大于1,第二种是“等强匹配”,即焊缝熔 

进行了试验研究。 

2.0960E钢板的化学成分和力学性能 

敷金属强度与母材强度之比约等于1,第三种是 

“低强匹配”,即焊缝熔敷金属强度与母材强度 

试验用钢板为南钢生产的Q960E,供货状 之比小于1,也叫“等韧性匹配”,目的是提高 

态为调质热处理,厚度为12ram、20mm。钢 

焊缝的韧性以获得更好的冲击、抗裂性能。从静 

板的化学成分及力学性能分别见表1和表2。 

3.焊接工艺 

载强度角度来看,“等强匹配”为最佳选择,但 

“等强匹配”的焊缝韧性储备可能不够,极易产 

生裂纹,焊缝强度越高,可达到的韧性就越低, 3.1焊接方法 

高强度钢的焊接方法的选取[1】,大都采用 

焊接热输入密度集中、效率高、熔池保护及脱氢 

此时牺牲部分焊缝强度而使韧性储备提高,对 

防止焊接裂纹有利。由于试验目的是把高强度 

 

效果好、焊接变形小的C02焊或富氩混合气保 

钢是用在汽车产品上,产品受力状况为动载荷,

表1 Q960E钢板化学成分(Wt%) 

钢号 厚度 C Si Mn P S Cr 

0.4 

Ceq M0 B Cu 

Q960E l2ram 0.17 0.24 1.10 0.006 0.00l 0.56 0.57 0.0016 0.03 

, Q960E 20ram 0.17 0.24 1.25 0.004 0.001 0.425 0.62 0.571 0.00l5 

注:Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15 

表2 Q960E钢板质保书力学性能 

拉伸性能 

钢号 

Q960E 

Q960E 

冲击性能(.40 ̄C)J 

厚度 

屈服(MPa) 抗拉(MPa) 伸长率/% 

1 2mm 

20mm 

1026 

1009 

1068 

1044 

——

冲击功 

96,75,77 

88,61,84 

均值 

83 

78 

15 

15 

34—— 

为了获得良好的低温冲击韧性,所以试验采用 和预热150 ̄C条件下焊接,表面及断面无裂纹。 

“等韧性匹配”,以牺牲部分强度来获得焊接 

试验结果表明,20mm厚的Q960E高强度钢采 

接头良好的低温冲击吸收功。试验选用 用①1.2ram FK1000焊丝、富氩混合气体保护 

OERLIKON公司生产的①1.2mm FK1000焊 焊,在较苛刻的斜Y坡口焊接试验条件下,预 

丝,焊丝性能如表3: 热120 ̄C可以防止焊接冷裂纹的产生。 

4.0960E高强度钢焊接冷裂纹敏感性试验 

4.2、焊接接头最高硬度试验 

4.1斜Y坡口焊接裂纹试验 焊接接头的最高硬度试验按GB4675.5((焊 

试验按GB4675.1-84 斜Y型坡口焊接 接热影响区最高硬度试验方法 进行,采用 

裂纹试验方法 进行,焊丝采用①1.2mm、 20mm厚Q960E高强度钢板进行实验。分别进 

FKl000(OERLIKON),气体采用富氩保护气 行了预热140 ̄C和室温(15℃)两种条件下进 

(80%Ar+20%CO2),母材为20ram的960E, 行焊接。焊接参数见表4,焊后加工试样按标 

分别在100 ̄C、120 ̄C、150 ̄C三种预热温度焊 准规定进行HV(10)硬度测定。试验结果见 

接。试件焊后放置48小时,进行表面、断面 

表5。焊接接头最高硬度分别为433和407, 

裂纹检查。焊接参数见表4: 表明Q960E钢焊接热影响区有较强的淬硬倾 

经检查,20mm厚的Q960E在100 ̄C的预 

向,生产过程中应该采取必要的措施预防焊接 

热温度下焊接,断面有少量裂纹;预热120 ̄C 

冷裂纹的产生。 

表3 OERLIKON①1.2ram FK1000焊丝力学性能 

焊焊丝直径 拉伸性能 冲击性能 

丝牌号 (

mm) 屈服(MPa) 抗拉(MPa) 伸长/% (一40 ̄C)J 

FKl000 1.2 890 940 l6 >47 

表4斜Y坡口焊接裂纹试验焊接参数 

焊丝牌号 焊丝直径 焊接电流 电弧电压 焊接速度 线能量 保护气体 

(mm) (A) (V) (cm/min) (KJ/ram) 

FKl000 1.2mm 250 26 33 l1.8 80%Ar+20%CO2 

表5焊接接头硬度试验结果 

HV硬度 

编号 预热温度 

母材 热影响区 HVmax 

不预热 334,352 405,414,420,3l0, 

l 433 

l5℃ 345,340 358,359,375,424,433 

342,350 290,329,377,283, 

2 l40℃ 407 

350,346 312,330,301,343,407 

35— 

4.3 Q960E高强度钢焊接冷裂纹敏感性分 优先选择低氢的焊接材料及焊接工艺,如有需 

析 

要,应在焊后进行消氢处理。 

综合Q960E高强度钢焊接热影响区最高硬 

5.0960E不同线能量对焊接接头力学性能 

度试验、斜Y坡口焊接裂纹试验的结果可以看 

及微观组织的影响 

出,Q960E高强度钢板焊接热影响区有较强的 

为了掌握焊接线能量、预热温度及道间温 

淬硬倾向。对于20mm以下厚度的Q960E高 

度等对Q960E高强度钢焊接接头力学性能的影 

强度钢板,采用①1.2mm FK1000焊丝富氩混 

响,为今后生产制定合理可行的焊接工艺,采 

合气体保护焊,为防止焊接冷裂纹的产生,焊 

用不同的焊接工艺焊接了多付试板,分别对焊 

前预热温度应在120℃以上。由于汽车部件有 接接头的力学性能和微观组织进行了测定和分 

些部件采用厚板进行多道多层焊,一方面结构 

析。坡口型式为X型坡口,试板焊接条件见表 

的拘束应力较大,另一方面多道焊接过程中还 

6,焊缝金属冲击缺口在焊缝中心,热影响区 

存在着氢的积累和聚集问题,两方面因素均增 

冲击缺口在熔合线外1.5ram处。 

大氢致裂纹产生倾向,因此实际产品焊接时应 

表6试板焊接条件及力学性能 

预热温度 

℃ 道间温度 线能量 抗拉强度 冲击功一40℃(J) 

序号 

℃ KJ/cm MPa 

焊缝中心 热影响区 

43 43 48 77 l27 147 

1 l20 l40 l0 1082,1062 

45 ll7 

2 120 l40 l5 l031墨 墨 

1032 

Q垒Q 

42 76 

3 120 140 22 1004垒2 Q !垒2 

101 1 

45 4l 

4 l30 230 15 982墨22 

970 

垒墨垒 

45 89 

不同线能量及层间温度的影响,Q960E高 量;随着道间温度的提高,焊接接头的抗拉强 

强度钢焊接接头焊缝金属拉伸及焊接接头低温 

度降低,焊缝金属和热影响区的AKv-40 ̄呈 

冲击试验结果见表6。根据实验结果可以看出, 

上升趋势,其中热影响区的冲击吸收功有明显 

随着焊接线能量的增加,焊缝金属强度呈下降 提高。采用光学显微镜对焊缝金属及焊接热影 

趋势,焊缝金属的AKv-40 ̄呈下降趋势,但 响区微观组织进行分析,分析结果得出,随着 

影响不是很大;线能量的增加对热影响区的 焊接线能量的提高,热影响区组织粗大,焊缝 

AKv-40V有一定影响。当预热温度和道间温 

金属组织中出现粒状贝氏体导致冲击韧性降低 

度一定时,随着线能量的提高,热影响区的 

(图1),而道间温度的提高,焊接过热区下贝 

AKv-40 ̄有一定的下降。所以为了提高焊接 

氏体比例的增加而提高韧性。综合考虑焊接接 

接头的冲击韧性,采用中1.2mm FK1000焊丝 头的拉伸及冲击性能,焊接时应适当控制焊接 

焊接Q960E高强度钢时,应适当控制焊接线能 线能量和道间温度。 

36— 

表8推荐的Q960E高强度钢焊接工艺 

焊丝: FK1000 

焊接材料 焊丝直径:①1.2ram 

保护气体:80%Ar+20%CO2 

预热温度 120~160℃ 

定位焊参数:260~280A 

打底焊参数:220-260A,24-28V,30-40(cm/min) 

填充及盖面:240~280A,28~30V,33~42(cm/min) 

规范参数 线能量:8.5~15(KJ/cm) 

道间温度:120~160(℃) 

焊丝干伸长:15~25(mm) 

气体流量:20~3O(L/rain) 

有条件可以进行200 250 ̄C消氢处理,应慎用高温消应力处理,如果焊接 

焊后热处理 结构拘束比较大或设计要求消应力处理,可在低于母材调质处理回火温度 

30~50(℃)的条件下进行(600±10)℃的焊后消应力处理。 

表9厚度为12ram和20ram的Q960E钢板对接接头力学性能 

序 

号 

1 

抗拉强度 

(MPa) 

l073

侧弯 硬度(HV10) 

焊缝 热影响区 

冲击功一40℃(J) 

焊缝中心 

! 1 

32 

热影响区 

墨 

46 

1075 合格 353,348,364 358,358,402 

2 1021

1038 合格 327,3l6,315 322,332,328 

墨 2 

38 

鱼 2 鱼 

66 

9、结论 

通运输机械、工程机械、矿山机械、动力设备 

等产品要求。 

参考文献 

[1]、邹增大,李亚江,尹士科等,低合金 

采用 1.2ram FK1000焊丝、气体为 

80%A r+20%CO2富氩保护气焊接Q960E高强 

度钢,按试验确定的焊接工艺焊接,焊接接头 

的各项力学性能均满足GB/Tl6270—2009 高 

调质高强度钢焊接及工程应用,化学工业出版 

 

强度结构用调质钢板 规定的指标,能满足交 

社,2000。

38— 

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