有关焊接工艺参数对焊缝力学性能的影响

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1、学兔兔www.xuetutu.com机械制造文摘——焊接分册专题研究焊接工艺参数对焊缝力学性能的影响尹士科，刘绍维(1．中国钢研科技集团有限公司，北京100081；2．沈阳航天新乐有限责任公司，辽宁沈阳110034)o前言2(焊接工艺参数包括焊接热输入、道间温度、焊接位t8／5=[(Q／h)／(4盯A。P)][(1／500一To)一置及焊接材料直径等。焊接热输入集中反映了焊接电(1／800一To)](3)流、电弧电压和焊接速度的综合影响，它是决定焊缝冷(2)厚板情况下却速度的主要环节之一；道间温度(通常在计算公式中t8／5=(Q／2"rrA)[(1／500一To)一(

2、1／800一采用预热温度)是决定焊缝冷却速度的另一个主要环)](4)节。焊接位置及焊接材料直径也会影响到冷却速度，公式中各符号的物理意义同公式(2)。还会影响到焊缝中各结晶区的组成比例。总之，影响众所周知，为了得到高韧性的焊缝金属，必须获得焊缝力学性能的主要因素除了化学成分之外，就是冷细小晶粒的焊缝组织。故必需抑制晶界铁素体和魏氏却速度了。组织状的侧板条铁素体，增加针状铁素体的比例。要创造这样的条件，利用焊缝金属连续冷却转变图(WM1冷却速度与焊缝力学性能的关系—CCT图)是很有效的方法。如图1所示，要想生成细为了计算冷却速度的大小，学者们给出了两种方小而均匀的铁素体

3、组织，必须使焊缝的冷却曲线通过法：其一是计算某一固定温度下(通常取540℃)的冷铁素体相变曲线的鼻子一端，并以此来选择焊缝的合速；其二是采用某个温度区间的冷却时间，对于铁素体金成分、保护气体成分和焊接工艺参数等。假设有A类相变的材质多采用t(相当于800～500cI=的冷却和B两种焊缝，由于合金成分和保护气体成分的不同，时间)，对于马氏体类相变的材质可采用t(相当于它们的连续冷却转变曲线分别位于图的左侧和右侧两800～300℃的冷却时间)。组曲线。对于冷却条件①，焊缝A可能生成粗大的铁1．1540oC冷却速度的计算公式素体；而焊缝B则会生成贝氏体。当采用冷却条件②(1

4、)薄板情况下(相当于二元导热)时，焊缝B可以生成针状铁素体，从而得到高韧性的焊C=2"rrAcp(h／Q)(540一To)(1)缝。当采用冷却条件③时，焊缝B也会生成粗大的铁(2)厚板情况下(相当于三元导热)素体，其韧性将会明显下降。因此，只要把冷却速度和CR=21TA(1／Q)(540一To)(2)式中：A为热导率，低合金钢时取0．347(J／cm·s·oC)；c为比热，低合金钢时取0．96(J／g·℃)；JD为密度，低合金钢时取7．61(g／cm。)；h为厚悄度(cm)；Q为焊接热输入(卡／cm或4．18J／era)；To赠为预热温度(℃)。为了确定薄板与厚板的界

5、限，可把上列2个公式恒等，并给出实际采用的Q和即可计算出来。如把Q设定为20kJ／cm，当取为100℃时，计算出的界限冷却时间厚度h=25mm；当取为150℃时，计算出的界限厚图1WM—CCT图及冷却速度示意图度h=26mm。2013年第3期9学兔兔www.xuetutu.com专题研究机械制造文摘——焊接分册WM—CCT图结合起来考虑，针对不同的焊缝成分，选的焊缝也一样，只要把冷却速度控制得当，也能获得针择不同的焊接工艺参数，使之满足对冷却速度的要求，状铁素体组织，使焊缝韧性得到改善。就可以得到最佳的焊缝韧性。2焊接工艺参数对焊缝金属性能的影响图2给出了某成分的Mn

6、．Si．Ti．B系焊缝金属的韧性与冷却时间t。的关系。由图2可知，当800℃至2．1对屈服强度590MPa级焊缝金属性能的影响500oC的冷却时间为40s时焊缝韧性最高，而冷速更2．1．1焊条电弧焊大或更小时其韧性都会降低。从类似于图1中B焊缝采用直径4mm的焊条，钢板厚度24mm，60。V形的WM—CCT图上可以想象到，冷却速度更快时可能坡口，钝边2～3mm。焊条的焊缝金属化学成分见表通过贝氏体区；冷却速度更慢时，高温下将生成粗大的1，焊接热输入对焊缝冲击吸收能量的影响见表2，由表铁素体，而不能得到均匀的针状铁素体组织。这表明，2可知，对于给定成分的低合金焊缝金属而

7、言，热输入即使把合金含量调整到合适的水平，如果不调整好冷对于其韧性有明显影响，随着热输入的增加，焊缝韧性却速度的话，就不能得到满意的焊缝组织，因此也不能包括低温韧性都下降。当焊接热输入小于17kJ／cm得到高的韧性值。除了Ti—B系焊缝外，其它成分系时，焊缝韧性最高，故施工时应将焊接热输入控制在这一范围之内。42kJ／cm的焊接热输入相当于立焊时大幅度摆动焊条的施工方法，它的韧性是很低的。道间温度对焊缝力学性能的影响如表3所示。由避表3可以看出，道间温度对焊缝的力学性能有一定影亲量响，随着道间温度的提高，相当于冷却速度降低了，屈罟服强度和抗拉强度有所