Q890D钢激光-电弧复合焊冷裂纹敏感性.docx

《Q890D钢激光-电弧复合焊冷裂纹敏感性.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Q890D钢激光-电弧复合焊冷裂纹敏感性.docx（8页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、Q890D钢激光-电弧复合焊冷裂纹敏感摘要：通过开展斜Y形坡口试验，研究了 15mm, 20mm两种板厚Q890D高强钢在室温和预热15(TC条件下激光-电弧复合焊冷裂倾向。结果表明，在3.94kJcm热输入下，15mm厚Q890D钢预热15(C后焊接，无冷裂纹出现；不预热焊接，则会产生表面裂纹和根部裂纹；相同的热输入下20mm厚Q890D钢预热15(TC和不预热焊接，均会产生表面裂纹和根部裂纹。与不预热相比，采用焊前预热15(TC, 15m厚Q890D钢热影响区平均硬度从428HV下降至418HV；20mm厚Q890D钢热影响区平均硬度从457HV下降至444HVo热影响区存在软化现象,在热

2、影响区靠近母材一侧硬度比母材低，15mm厚和20mm厚Q890D钢软化区硬度降幅分别为6%和7%,二者基本相同。Q890D钢焊缝组织0前言卷满足节能减排、绿色环保的需求，轻量化是工程机械的必经之路。轻量化的主要途径之一就是进一步采用更高级别的高强钢，以减少工程机械结构件的重量。屈服强度900MPa级别的高强钢，强度高，塑韧性较低，通常认为其焊接性主要有以下特点：热影响区组织与性能的变化对焊接热输入较为敏感，热影响区淬硬倾向增大，对氢致裂纹敏感性较大。为了防止冷裂纹的产生，通常还要采用焊前预热工艺1-4o目前，有不少研究者对弧焊工艺条件下Q890D高强钢的焊接性进行研究：通过理论计算，Q890D

3、钢碳当量0. 56%,冷裂纹敏感性0. 35,最低预热温度112七5。斜Y形坡口试验表明，对于Q890D钢20mm板厚在室温下不预热MAG焊会产生裂纹，预热10(TC后不会产生裂纹;而15mm和10mm板厚在室温下焊接不会产生裂纹6。严格控制层间温度，Q890D钢焊缝主要以铁素体和马氏体为主，热影响区粗晶区以板条马氏体为主，细晶区以铁素体和下贝氏体为主7。对30mm厚Q890D钢焊接应避免过大的热输入，而较佳的热输入为12kJcm801.1 试样材料试验材料为Q890D高强钢，化学成分和力学性能分别见表1、表2o焊材为等强匹配的气体保护焊实芯焊丝，牌号为ER120S-G,直径为L2mrn,化学

4、成分和熔覆金属的力学性能分别见表1、表3。激光-电弧复合焊过程采用富氧气保护，保护气体为80%Ar+20%C02o1.2 试验设备焊接设备包括YLS-6000激光器，双通道，光纤直径150m,以及TPS4000弧焊电源。激光焊接头为YW52直焊接头，焦距279mm,光斑直径0.2050 I式板焊接完成后，采用BX53MRF型金相显微镜观察焊接接头的宏观形貌和显微组织，采用HV-1000型显微硬度计进行焊接接头截面的显微硬度试验。1. 3试验方法依据标准GB/T32260. 22022金属材料焊缝的破坏性试验焊件的冷裂纹试验弧焊方法第2部分：自拘束试验实施斜Y形坡口焊接裂纹试验。共设计了不预热和

5、预热到15(TC两组对比试验，用于评价中厚板激光复合焊根部裂纹敏感性。斜Y形坡口试验件尺寸如图1所示,焊缝分为拘束焊缝和试验焊缝两部分，焊前清理焊道坡口及两侧20mm范围内油污铁锈，露出金属光泽。拘束焊缝采用人工焊接，焊材与试验焊缝相同。拘束焊缝前预热至15(TC,打底焊电流为160180A,电弧电压为1820V,焊接速度3040cmin0填充焊和盖面焊层间温度15025(TC,焊接电流为250280A,电弧电压2630V,焊接速度3040cmin0在拘束焊缝完成冷却后，采用激光复合焊焊接试验焊缝，激光在前引导形成小孔，电弧在后熔覆填充，焊接热输入为3.94kJcm,试验焊缝的焊接工艺参数1.

6、1 试样材料试验材料为Q890D高强钢，化学成分和力学性能分别见表1、表2o焊材为等强匹配的气体保护焊实芯焊丝，牌号为ER120S-G,直径为L2mrn,化学成分和熔覆金属的力学性能分别见表1、表3。激光-电弧复合焊过程采用富氧气保护，保护气体为80%Ar+20%C02o1.2 试验设备焊接设备包括YLS-6000激光器，双通道，光纤直径150m,以及TPS4000弧焊电源。激光焊接头为YW52直焊接头，焦距279mm,光斑直径0.2050 I式板焊接完成后，采用BX53MRF型金相显微镜观察焊接接头的宏观形貌和显微组织，采用HV-1000型显微硬度计进行焊接接头截面的显微硬度试验。1. 3试

7、验方法依据标准GB/T32260. 22022金属材料焊缝的破坏性试验焊件的冷裂纹试验弧焊方法第2部分：自拘束试验实施斜Y形坡口焊接裂纹试验。共设计了不预热和预热到15(TC两组对比试验，用于评价中厚板激光复合焊根部裂纹敏感性。斜Y形坡口试验件尺寸如图1所示,焊缝分为拘束焊缝和试验焊缝两部分，焊前清理焊道坡口及两侧20mm范围内油污铁锈，露出金属光泽。拘束焊缝采用人工焊接，焊材与试验焊缝相同。拘束焊缝前预热至15(TC,打底焊电流为160180A,电弧电压为1820V,焊接速度3040cmin0填充焊和盖面焊层间温度15025(TC,焊接电流为250280A,电弧电压2630V,焊接速度304

8、0cmin0在拘束焊缝完成冷却后，采用激光复合焊焊接试验焊缝，激光在前引导形成小孔，电弧在后熔覆填充，焊接热输入为3.94kJcm,试验焊缝的焊接工艺参数式中;Cs为剖面裂纹率，;H为试验焊缝最小厚度,;Hc为根部裂纹的高度,mm；高度小于0 5mm的缺陷(HcW0 5mm)不视为氢致裂纹。由表5可以看出，15mm厚Q890D钢在室温下焊接，表面裂纹率100%,根部裂纹率11%；在150七预热条件下焊接，表面裂纹率和根部裂纹率均为0o 20m厚Q890D钢在室温下焊接，表面裂纹率100%,根部裂纹率1M;在15(C预热条件下焊接，表面裂纹率为100%,根部裂纹率均为12%。分析其原因，在焊接热

9、输入相同的条件下，板厚越厚，焊缝熔池的冷却速度越快，焊缝区形成淬硬组织越多，出现冷裂纹的倾向越大。对板厚为15的Q890D高强钢，在文中焊接工艺参数条件下，可以通过焊前预热，消除焊后冷裂纹的出现。但是，对于板厚20mm的Q890D高强钢，采用焊前预热已无法消除或者减少焊后冷裂纹的出现，需调整焊接规范，如降低焊接速度，提高焊接热输入，以降低焊缝熔池的冷却速度，进而减小焊接接头的冷裂纹倾向。2.2硬度试验图6为4组焊接试样焊接接头各测量点维氏硬度分布，从图6a可看出，与不预热相比，15mm厚Q890D钢焊前预热15(C条件下，焊缝区平均硬度从450HV下降至405HV,热影响区平均硬度从428HV

10、下降至418HV。从图6b可看出，与不预热相比，20厚Q890D钢焊前预热150(,焊缝区平均硬度从432HV下降至425HV,热影响区平均硬度从457HV下降至444HV。显然，通过采用焊前预热，可以在一定程度上降低焊接接头的硬度，提高其的塑性，进而降低Q890D的淬硬倾向。在相同的焊接参数和外部环境下，焊后冷却速度越快，热影响区的淬硬倾向也越大。与15mm厚Q890D钢相比,20mm厚钢板冷速快,其热影响区硬度也更高，最高值达到了 462HV。从图6还可看出，试样热影响区的硬度分布不均匀，且存在软化现象，在热影响区靠近母材一侧硬度比母材低，此处称为软化区。与母材硬度相比，15mm厚和20厚

11、Q890D钢软化区硬度降幅分别为6%和7虬二者化基本相同。为明确显微组织对硬度和性能的影响，对试样焊接接头显微组织进行了观察和分析。图7为2号和4号试样的焊接接头显微组织，从图中可以看出，2组试样焊缝组织均由马氏体组成，整体上差异不大;但2组试样的热影响区均发生了不完全相变，该区域组织由回火索氏体和部分马氏体组成。显然，同样采用焊前预热15(TC,20mm厚Q890D的热影响区马氏体数量比15mm厚Q890D钢更多，这是因为其板厚更厚，冷却速度更快，更多的固相组织发生了发生马氏体转变。3结论(1)在3.94kJcm热输入下，15mm厚Q890D钢预热150后焊接，无冷裂纹出现，不预热焊接，则会

12、产生表面裂纹和根部裂纹;相同的热输入下20n厚Q890D钢预热15(C和不预热焊接,均会产生表面裂纹和根部裂纹。(2)通过采用焊前预热，可以在一定程度上降低焊接接头的硬度，进而降低Q890D的淬硬倾向。与焊前不预热相比，采用焊前预热150oC, 15mm厚Q890D钢热影响区平均硬度从428HV下降至418HVo20厚Q890D钢热影响区平均硬度从457HV下降至444HVo(3)热影响区存在软化现象，在热影响区靠近母材一侧硬度比母材低，15mm厚和20mm厚Q890D钢软化区硬度降幅分别为6%和7%,二者基本相同。(4) Q890D钢焊缝区组织均由马氏体组成，热影响区组织由回其热影响区硬度也

13、更高，最高值达到了 462HV。从图6还可看出，试样热影响区的硬度分布不均匀，且存在软化现象，在热影响区靠近母材一侧硬度比母材低，此处称为软化区。与母材硬度相比，15mm厚和20厚Q890D钢软化区硬度降幅分别为6%和7虬二者化基本相同。为明确显微组织对硬度和性能的影响，对试样焊接接头显微组织进行了观察和分析。图7为2号和4号试样的焊接接头显微组织，从图中可以看出，2组试样焊缝组织均由马氏体组成，整体上差异不大;但2组试样的热影响区均发生了不完全相变，该区域组织由回火索氏体和部分马氏体组成。显然，同样采用焊前预热15(TC,20mm厚Q890D的热影响区马氏体数量比15mm厚Q890D钢更多，

14、这是因为其板厚更厚，冷却速度更快，更多的固相组织发生了发生马氏体转变。3结论(1)在3.94kJcm热输入下，15mm厚Q890D钢预热150后焊接，无冷裂纹出现，不预热焊接，则会产生表面裂纹和根部裂纹;相同的热输入下20n厚Q890D钢预热15(C和不预热焊接,均会产生表面裂纹和根部裂纹。(2)通过采用焊前预热，可以在一定程度上降低焊接接头的硬度，进而降低Q890D的淬硬倾向。与焊前不预热相比，采用焊前预热150oC, 15mm厚Q890D钢热影响区平均硬度从428HV下降至418HVo20厚Q890D钢热影响区平均硬度从457HV下降至444HVo(3)热影响区存在软化现象，在热影响区靠近

15、母材一侧硬度比母材低，15mm厚和20mm厚Q890D钢软化区硬度降幅分别为6%和7%,二者基本相同。(4) Q890D钢焊缝区组织均由马氏体组成，热影响区组织由回etal. MicrostructureandfatigueperformanceofsingleandmultiplelinearfiberweldedDP980dual-phasesteelJ. MaterialsScienceandEngineeringA, 2022, 553： 51-58.雷振，王旭友，腾彬，等.JFE980S高强钢焊接接头软化分析J.焊接学报，2022, 31 (11)： 33-37.12ChenY , FengJ , LiL ,etal.Microstructureandmechanicalp