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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流【doc】D6AC超高强钢的细丝双弧焊接工艺试验研究.精品文档.D6AC超高强钢的细丝双弧焊接工艺试验研究第37卷第2期2002年4月西南交通大学/0URNALOFSOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITYvo1.No.2Apr.2OO2文章塌号:02582724(2002)02-0134D4D6AC超高强钢的细丝双弧焊接工艺试验研究周友龙,王元良,胡久富(西南交通大学材料科学与工程学院,四川成都610031)摘要:分析了D6AC超高强钢的焊接性.采用细丝双弧焊接方法,进行D6AC趣高强钢的双弧焊接工艺试验研究.采用细丝双瓶焊接技
2、术.基本可以解决D6AC超高强锕焊接时存在高裂纹博向的阔题.并降低焊接成车,盎免了脉冲rig焊接法的低效率和高能密度焊接方法的高成本问题.美麓词:可焊性;裂坟;D6AC超高强钢;双弧焊接中田分类号:文献标识码:AExperimentalStudyOilWeldingofD6ACUltra-highStrengthSteelwithThin-WireTandemSequenceSubmergedArcWeldingZHOUYoulong,WANGYuanliang,HU.flu(SchoolofMaterialsSci.andEng.,SouthwestJiatongUniversity,Csd
3、u610031,China)Absact:TheweldabilityofD6ACultrahigl1sIrerIgl1steelisanalyzed,andthefundamentaloftandemsequencesubmergedarcweldingwiththinwireisintroduced.WddingtestslurecarriedouttostudytheprocedureofD6ACultra?highstrengthsteelweldingwiththetandemBluencesubmerged且rcweldingtechnology,andthecharacterof
4、weldingultrahighstrengthsteelsbyuseofthismethodisanalyzed.Wi血thethin-wiretandemsequencesubmergedarcweldingtechnology.thecrackingproblemexistingintheweldingofD6ACul/xa?lIighststhsteelcaIlbesolved,theweldingautomationcanberealizedatlowcost.andtheloweciencyofTIGpulseweldingandthehighcostofhigh?energyde
5、nsityweldingareavoided.Keywords:weldability;cracks;D6ACultra-highslxengthsteel;tandemsequencesubmeagcdaIcwelding随着航空,航天及原子能工业的不断发展,人们对金属结构件(例如,坦克部件,原子能管道,导弹部件等产品)的综合性能提出了越来越高的要求.强度级别超过1000MPa的超高强钢在这些领域中得到了应用.超高强钢一般属于中碳调质钢,在退火态下焊接,焊后进行调质处理.对于超高强钢进行焊接时常采用脉冲TIG焊接法或真空电子柬焊接法.前者的焊接效率较低,为了保证高质量必需高水平的焊接人员;后
6、者的焊接质量很高,但是生产成本相当高,并且由于真空室的空间限制了较大尺寸的金属结构件的焊接,因此,需要进行实用性更强的低成本高效率焊接方法的研究.D6AC是一种新开发的强度级别为I300MPa的超高强钢,采用细丝双弧焊接技术进行焊接工艺试验,以初步评定其可行性.1D6AC超高强钢的焊接性分析表1给出了母材和焊接材料的成分,表2给出了母材的性能.收稿日期:2001.09-07作者简介:周友龙(1970一).男.讲师.博士研究生.第2期周友龙等:136AC超高强钢的双钿丝双孤焊接工艺试验研究135由于D6AC超高强钢一般在退火状态下进行焊接,接头的机械性能采用焊后调质处理来保证,因而可以不用考虑焊
7、接接头热影响区的脆化与软化等问题,只需考虑焊接时的化学成分和裂纹敏感性的平均值即可.表1母材及焊接材料的成分%表2母材的性能根据文献1中相应公式,计算得到热裂纹敏感系数大于41,远大于临界值;评价冷裂纹倾向的碳当量大于0.95%,远大于临界值.因此,该钢种具有相当大的冷热裂纹倾向.2细丝双弧焊接工艺试验采用气割小车和双送丝机头改装而成的自动焊接设备,同时送进两根film的焊丝.两机头距离和倾斜角度可调,用两台400A场效应管逆变电源(恒流特性)供电.细丝双弧焊接的基本原理如图1所示(图中为焊接速度及方向).当两平行的焊丝间距较大时,两个电弧形成分离的电弧空间,这时前端小电流电弧起打底和预热的作
8、用,后端大电流电弧起提高生产率,延缓焊缝冷却速度和第一层焊缝及热影响区热处理的作用.为了调整焊缝的成分,采用共熔池双丝双弧焊接法,即将两焊丝距离调至3Otoni左右,这样形成窄长的熔池和较大的.和.,虽然减少了预热和后热的作用,但通过工艺的调整和焊后缓冷也有利于在不预热焊接条件下避免裂纹.图1双细丝双弧焊接基奉原理图由于采用双弧焊接技术,焊丝可以是不同种焊接材料,可方便地调整焊缝成分.本试验采用1Crl8NOTi焊丝和H18CrNiMoA焊丝(A匹配)或者H08Mn2Si和H18CrNiMoA两种焊丝匹配(B匹配)焊接D6AC超高强钢,焊剂均采用HJ260.焊接规范为:=2O024OA,厶35
9、0400A,u:3542V,=3845V=814m/h,焊后于炉中350450保温13h,并随炉缓冷.将焊接接头进行830900淬火,600680回火的调质处理,并进行磁粉探伤和超声波探伤试验.取样进行焊接接头的机械性能与硬度试验,为了进一步深人分析焊接接头的性能,进行了接头各区小试件(1.5mm1.5mm)微型拉伸试验与跨3区试件的微区剪切试验.3试验结果分析采用共熔池的细丝双弧焊接技术焊接D6AC超高强钢,不仅具有细丝单弧焊接的熔化系数大,电流可调范围宽,节约电能,焊接质量好等优点,经过对试验结果的分析,而且还具有以下几个方面的特点:(1)生产效率高.焊接24mmD6AC超高强钢板材时,由
10、于两个电源供给两个电弧焊接,生产宰可比136西南交通大学第37卷单丝单弧焊接明显提高.采用两个350A的双细丝(2nlro)双弧焊接与常规的g,5mm单弧焊接相比,其熔敷率比值为10.5(kg/h)/6.4(kg/h),可以提高生产率64%以上.如果采用双细丝双弧焊接时开小坡口,单层焊接双面成形,还可进一步提高焊接的生产率.(2)焊缝成分的选择与调整.通过不同匹配焊接接头的硬度试验发现:A匹配焊接接头经过调质处理后,焊缝及热影响区的硬度与母材的接近(如图2所示),说明材料匹配是较为合理的,但是由于焊缝中有个别软点出现,该匹配并非理想状态.B匹配焊接接头经过调质处理后,接头各区硬度也很接近(如图
11、3所示).由于采用H08Mn2Si代替1Crl8Ni9Ti,可以大大降低生产成本,属于较好的匹配.主.:wM17.,?._lI48l2B/mm图2A匹配焊接接头调质前后硬度分布600500主00300200/,.焊接一-调质WM.HAZ,BM】rl,I一4812B/mm图3B匹配焊接接头调质前后硬度分布由图2和图3还可以看出,焊接接头在调质处理之前,焊缝和HAZ区的硬度值为母材的2倍左右.通过组织观察看出,这是由于焊缝为马氏体,HAZ区为粗大马氏体组织.经过调质处理后,焊缝和HAZ区的硬度值在一定程度上还是具有一些波动,但是基本与母材一致,这是由于整个焊接接头区经过调质处理后均为索氏体组织,但
12、HAZ区的组织仍较为粗大.(3)焊接接头的机械性能.焊接接头的机械性能如表3所示,接头各区小试件(1.5nmx1,5mm)微型拉伸试验与跨3区接头的微区剪切试验的结果如表4所示.表3焊接接头机械性能与来料的资料相比,焊缝强度只能达到资料给出的母材强度(见表2)的70%一75%,但是韧性值比母材高出25%.表4微型拉仲与微型剪切试验结果/MPa572580593,662765795782微型剪切试验D/%20.1172,17.6,13.3464.343w/(J/皿m)183176,18.1,14.8839o8.379179914.6l5.511.o11.4在表4中给出了微型拉伸试验测定的各区的拉
13、伸强度.微型剪切试验测定了试件上各区的剪切强度r剪切压人率D(代表延展性)和剪切功(代表韧性).几种试验的规律基本相同.微型拉伸试验结果的焊缝平均强度为母材的78%,热影响区强度接近于母材;由微剪试验结果看出,焊缝的平均剪切强度为母材的76%,平均延展性高出母材15%以上,而焊缝的平均韧性高出母材53.6%.剪切强度的变化规律与微型拉伸试验结果比较吻合,其值为拉伸强度的50%左右.从塑性和韧性看,以熔合区和HAZ区最低,熔合区是接头的薄弱环节,而焊缝的延展性和韧性均高于母材.这个结果,对于整个焊接接头的承载能力十分有利.第2期周友龙等:D6AC超高强钢的双细丝双孤焊接工艺试验研究137由微区拉
14、伸试验和微剪试验相比较可以看出,基本接近使用方提出的焊缝强度达到母材强度80%的性能要求.但是从超高强钢的常规焊接工艺特点出发,本次焊接接头强度稍低,部分拉伸试件斯裂于焊缝.虽然为了降低裂纹倾向而采用低匹配焊缝J,但是调质后的焊缝强度应接近于母材,焊缝的塑性和韧性应高于母材,这样,在结构件承载后由于焊缝存在变形强化的潜力,可使焊缝强度与母材基本等强,从而保证结构件的安全使用性.因此,为了提高焊缝的强度,可考虑适当提高焊丝的含碳量,以提高填充金属的含碳量,使焊缝强度接近于母材.因为超高强钢的强度主要取决于含碳量.从这一点肴,应用双丝双弧焊接渗合金的方法调整焊缝成分较为方便,没有必要研究高成本的专
15、用焊接材料.(4)焊接裂纹倾向.一般针对厚板或含碳及合金元素较高的材料的焊接,需要首先进行预热以减少裂纹倾向,增加了生产的工序环节和工人劳动强度.本试验中,采用焊丝H18CrMoA单丝埋弧焊接D6AC超高强锕,很容易产生裂纹,有的裂纹甚至贯穿整条焊缝;而采用共熔池双弧焊接方法焊接裂纹偾向很大的D6AC超高强钢,在参数合理匹配的情况下,对经过调质处理前后的焊接试件进行磁粉探伤和超声波探伤,结果显示均无裂纹出现.原因是其前端电弧一定的预热作用和后端电弧的后热作用,以及焊后保温缓冷,可以增加焊接熔池冷却时的和t.同时,由于形成窄长焊缝,可以降低接头的过热程度和减小HAZ区的宽度,焊接残余应力也相应减
16、小,从而可以降低前述的各种裂纹倾向.而且还减少了生产过程中预热和层间温度控制的环节,从而减少了影响焊接质量的因素.当然,1Crl8NigTi焊丝或者H08Im2Si与H18CrMoA匹配,与全部采用H18CrMoA焊丝相比,适当地降低了焊缝的碳当量,裂纹倾向也会相应降低.各方面综合的作用,D6AC的双丝焊接裂纹倾向大大降低.4结论与展望(1)由于D6AC超高强钢属于中碳调质钢,经过理论计算,得出该钢种具有很高的各种裂纹倾向性.(2)用细丝双弧焊接技术焊接D6AC超高强钢,采用合理的焊接参数,可以降低各种裂纹倾向.(3)H08Mn2Si代替1Crl8Ni9Ti与H18CrNiMoA焊丝匹配相互渗
17、合金进行焊接,焊接态的焊缝硬度值远高于母材;接头经过调质处理后,焊接接头各区的硬度分布相当接近,而且生产成本可以降低.(4)由微型拉伸和微型剪切试验结果证明,虽然焊缝强度低于母材(接近于母材强度的80%),但其延展率高于母材,因此,焊接接头的综合机械性能基本满足使用方的要求.为了进一步提高焊缝的强度,可适当提高填充金属的含碳量.(5)采用细丝双弧焊接技术,对于较厚的D6AC超高强钢板材或壳体进行焊接,生产效率高,裂纹率低而适应性强.参考文献:1:周掘丰张文钺.焊接冶金与金属焊接性M北京:机械工业出版社,1994:202.203;298-3002吴世初.金属的可焊性试验M.上海:上海科学技术文献出版社,1983:251-305.3王元良高效节能的细丝双丝自动焊接研究J】.焊接技术,2000;29(增刊):39.42.4置斌隆.微型剪切试验法及其在焊接中的应用J.西南交通大学,1990;(I):14-20.