工程機械用高強鋼HG980焊接性研究

牛全峰

工程機械用高強鋼HG980焊接性研究

牛全峰

為了檢測武鋼研發的高強度級別工程機械用鋼HG980的焊接性能是否滿足工程技術要求，加快該鋼種的推廣應用，本研究對25mm規格的HG980鋼焊接工藝性能、焊接材料及焊接熱影響區、焊縫性能及組織變化規律進行了試驗研究。研究表明，HG980鋼低強匹配HS-80焊絲氣保焊接頭力學性能達到該鋼種工程技術要求。

工程機械用高強鋼HG980是HG785鋼系列升級產品，隨著高強度級別工程機械用鋼產量不斷增大，為加快鋼材的推廣應用，我們主要圍繞工程機械用高強鋼HG980進行了氣保護焊接性試驗。試驗采用低強匹配，其目的是掌握焊接熱影響區性能變化規律，使焊接接頭綜合性能滿足高強鋼焊接技術要求。

1. 試驗材料及方法

HG980鋼的化學成分及力學性能如表1、表2所示，其規格為600mm×125mm×25mm。試驗所用氣保焊絲為哈爾濱焊接研究所生產的HS—80氣保護焊絲，φ1.2mm。采用熔化極氣保護焊接，采用LINCOLN Powerwave 455焊機，保護氣為M21富氬混合氣： 80%Ar+20%CO2，氣體流量為18L/min。焊接電源為直流反接，試板預熱150℃，采用多層多道焊，層間溫度控制在150℃以下，在保證母材充分熔合的情況下，盡量減少熱輸入。采用正面焊完反面機械清根，直至呈現焊縫金屬。焊接環境溫度為25℃，濕度為81%，焊接參數如表3所示。

2. 試驗結果及分析

（1）焊接接頭力學性能分析 對板厚25mm HG980鋼進行了富氬保護焊接性試驗，接頭采用低強匹配，用適當的焊接工藝時飛濺小，煙塵適中，外觀成形良好。焊接完畢后對接頭進行了力學性能試驗：包括接頭橫向拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗（焊縫、熔合線及熱影響區）和焊縫金屬拉伸試驗。試驗結果如表4~表6所示

表1 HG980鋼化學成分（質量分數） （%）

Cr Ti Mo Nb B V Ceq Pcm 0.477 0.011 0.427 0.034 0.0015 0.044 0.5756 0.2557

表2 HG980鋼力學性能

表3 HG980氣保護焊接性能試驗工藝

表4 焊接接頭拉伸及彎曲試驗結果

表5 焊接接頭沖擊試驗結果

表6 焊縫金屬拉伸試驗結果

以上數據表明：接頭強度達到930MPa，斷于焊縫；彎曲試驗（d=3a）中接頭正彎反彎都是140°出現裂紋，彎曲性能優良；接頭試樣焊縫-20℃沖擊吸收能量均值達到113J，熔合線達到64J，熱影響區（線外1mm）達到57J。沖擊試驗結果表明，接頭焊縫金屬沖擊韌性優良，滿足鋼材技術條件要求；φ6mm焊縫金屬拉伸試樣抗拉強度達到940MPa，屈服強度為570MPa，斷面收縮率為69.5%，伸長率為16%，表明焊縫金屬抗拉強度及延展性滿足工程機械用鋼技術要求。

（2）焊接接頭硬度試驗結果及分析 焊接完畢后對接頭進行了維氏硬度試驗（HV10）。每0.5mm測試一點，試驗部位從基材到焊縫全接頭斷面，如圖1所示。

試驗結果顯示，基材和焊縫HV10值較平均，在300HV左右。在接頭表面下2mm區域熱影響區存在一定的硬化傾向，HV10值在350HV左右，接頭中間位置熱影響區的硬度值基本與基材和焊縫持平。接頭的異常區域HV10硬度值超過350HV，這與后面的金相檢測結果中此區域出現馬氏體組織相符。

圖1 硬度試驗位置

（3）焊接接頭金相分析 焊后取全接頭斷面送檢，要求檢測接頭五區組織，檢測結果如圖2所示。

接頭焊縫左側出現異常熱影響區，對劃圈區域進行了金相檢測，結果如圖3、圖4所示：

接頭金相檢測結果表明，焊縫組織為針狀鐵素體摻雜先共析鐵素體，焊縫組織在奧氏體轉變過程中，由于碳含量低，部分鐵素體先析出，故形成先共析鐵素體。熱影響區為貝氏體摻雜屈氏體、馬氏體組織，過熱區貝氏體顯粗大，馬氏體呈板條狀，這與此區硬度值升高相符。正火區冷卻速度適中，得到細化的貝氏體組織。不完全正火區貝氏體沒有完全奧氏體化，只在晶界出現奧氏體化，冷卻后貝氏體晶界出現更細小的屈氏體。由于接頭出現較大異常熱影響區域，單獨對其

進行了金相分析，其焊縫組織出現了馬氏體，所以此區出現硬度值偏大。金相組織檢測結果與硬度實驗結果相符。

圖2 接頭各區域金相組織

圖3 檢測位置

3. 結語

（1）HG980鋼匹配HS—80氣保護焊絲進行了氣保護焊接性能試驗，在低強匹配條件下，焊接接頭強度≥930MPa；彎曲試驗（d=3a）中接頭正彎反彎都是140°出現裂紋，彎曲性能優良，焊縫-20℃沖擊吸收能量均值達到113J，熔合線處達到64J，熱影響區達到57J，沖擊韌性優良；表明各項性能滿足工程機械用鋼技術要求。

（2）氣保護焊接頭焊縫為針狀鐵素體，高強度條件下保證了良好的韌性；熱影響區多為貝氏體組織，在粗晶區出現少量馬氏體組織，導致該區淬硬傾向增大，出現一定程度硬化，形成焊接接頭韌性的一個薄弱區。

圖4 異常區域金相組織

[1]栗卓新，等.高強鋼焊材及焊接性的國內外研究進展[J].新技術新工藝，2007(5)：32-34.

[2]邵國良，等.高強度低合金結構鋼焊縫與母材的強度匹配研究[J].焊接技術，2004(03).

[3]羅偉中.低合金高強鋼焊接裂紋分析[J].造船技術，1996(10).

[4]陳家權，高季明，郭燕杰.低碳低合金鋼焊接接頭的疲勞裂紋擴展性能[J].東北大學學報(自然科學版)，1994(03).

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牛全峰，副教授，恩施職業技術學院電氣與機械工程系副主任，主要從事材料的加工技術與應用研究工作。