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。
一
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。
一
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。
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