保護(hù)氣體對(duì)焊接飛濺的影響

馬宋明輝

摘 要：自20世紀(jì)50年代氣體保護(hù)焊發(fā)明后，CO2氣體保護(hù)焊以其高效的特性，得到了各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，尤其是機(jī)車行業(yè)，內(nèi)燃機(jī)車車體的焊接有90%的焊接時(shí)應(yīng)用CO2氣體保護(hù)焊完成的。但是焊接飛濺物一直是CO2氣體保護(hù)焊難以解決的問題。如果在內(nèi)燃機(jī)車燃油箱的制造完成后，燃油箱內(nèi)殘留焊接飛濺物，將導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)車的擊破。焊接技術(shù)人員一直致力于降低焊接飛濺物的研究。筆者從改變焊接保護(hù)氣體的角度研究降低焊接飛濺物，分析在保護(hù)氣體中加入O2對(duì)焊接飛濺物及焊縫性能的影響。

關(guān)鍵詞：氣體；焊接飛濺；焊接

一、焊接接頭金相組織及其分析

經(jīng)觀察宏觀形貌無論是選用氣體A還是氣體B，焊接接頭層次清晰，成型優(yōu)良，從焊縫端面宏觀形貌觀察，接頭融合良好，無氣孔、夾渣和裂紋等缺陷。

觀察焊接接頭微觀組織無論選用氣體A還是氣體B，焊縫金屬組織呈明顯的柱狀晶形態(tài)，主要由數(shù)量較多的先共析鐵素體、一定數(shù)量的針狀鐵素體和粒狀貝氏體組成。晶粒區(qū)晶粒較為粗大，其組織特征為，較多的先共析鐵素體，側(cè)板條鐵素體、珠光體和粒狀貝氏體。該區(qū)域晶粒粗大是由于焊接過程中加熱溫度高，金屬處于過熱狀態(tài)，一些高熔點(diǎn)化合物熔入奧氏體，因此奧氏體晶粒發(fā)生長大，冷卻后主要得到粗大的鐵素體和珠光體，甚至在熱輸入過高或高溫停留時(shí)間長時(shí)出現(xiàn)魏氏體組織。細(xì)晶區(qū)主要由細(xì)晶鐵素體和珠光體組成。

二、焊接接頭機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

（一）焊接接頭硬度試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過焊接接頭硬度HV10的測(cè)試結(jié)果得出，比較接頭各區(qū)域的硬度及其分布規(guī)律可發(fā)現(xiàn)，接頭的硬度峰值在HAZ高進(jìn)熔合線的部位，HAZ的平均硬度較高，其次是焊縫，母材的平均硬度值最低；從硬度均值比較分析發(fā)現(xiàn)，接頭面層的硬度大于底層的硬度，這是由于底層焊縫受到后續(xù)焊接余熱作用的原因。無論是選用氣體A還是氣體B，焊接接頭各區(qū)的硬度值相差不大，硬度值峰值出現(xiàn)在近熔合線附近，滿足ISO15614-1標(biāo)準(zhǔn)允許的最大硬度值得要求，焊接性能良好。

（二）焊接接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果及分析

參照ISO4136-2011“鋼熔化焊接頭拉伸試驗(yàn)”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[2]，加工拉伸試樣，在WESW-600B液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定接頭的抗拉強(qiáng)度。觀察拉伸試驗(yàn)樣件得到，試件斷裂前有較為明顯的塑性變形，斷裂位置在遠(yuǎn)離焊縫的母材處，與拉伸軸呈45°，是典型的切斷型斷裂，斷口宏觀形貌有明顯的纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇，剪切唇表面光滑。拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，氣體A和氣體B，拉伸試樣的斷裂位置均為遠(yuǎn)離焊縫的母材，所以在靜載條件下，焊接接頭不是薄弱環(huán)節(jié)。

（三）焊接接頭彎曲試驗(yàn)結(jié)果及分析

參照ISO5173-2009“焊接接頭彎曲試驗(yàn)”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[3]，在WESW-600B液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，評(píng)定焊縫的塑性，彎曲試樣包括2個(gè)正彎試樣和2個(gè)背彎試樣。

焊接接頭試樣彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明。無論氣體A還是氣體B，試樣的彎曲角度達(dá)到180°時(shí)，在彎曲受拉面無裂紋，焊縫均呈現(xiàn)了良好的塑性。

注：T-合格，彎曲180°時(shí)受拉面無裂紋或有在任何方向上小于3mm長的裂紋

（四）焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果及分析

用JXB-300型沖擊試驗(yàn)機(jī)，參照ISO 9016-2008 “焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法”標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[4]，進(jìn)行接頭2種狀態(tài)-40℃沖擊功的測(cè)定，分析了焊接接頭沖擊韌性的影響因素。沖擊試樣取焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)和母材4個(gè)部位，焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)V型缺口位置、尺寸。

焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明。選用氣體A和氣體B進(jìn)行焊接，焊接接頭– 40℃的沖擊功均大于Q345E鋼母材規(guī)定的容許值47J。

三、結(jié)論

（一）用二元?dú)怏w和三元?dú)怏w進(jìn)行焊接試驗(yàn)及評(píng)定，焊接接頭熔合良好，無焊接缺陷，在焊接成型方面，相對(duì)于傳統(tǒng)的富氬二元混合氣（80%Ar+20%CO2），用富氧的三元混合保護(hù)氣體（Ar+CO2+O2）進(jìn)行焊接，焊縫表面成型較為平滑、美觀。

（二）在多層焊工藝條件下，焊接接頭的組織是不均勻的：面層的組織呈較為粗大的柱狀晶形態(tài)，多為鐵素體（先共析鐵素體、針狀鐵素體、側(cè)板條鐵素體）和少量粒狀貝氏體組織，底層焊縫為較為細(xì)小、均勻的塊狀鐵素體和珠光體組織；熔合區(qū)和過熱區(qū)組織主要為先共析鐵素體、較多的珠光體和一定量的粒狀貝氏體。

（三）無論使用二元?dú)怏w，還是選用三元?dú)怏w，焊接接頭的靜載拉伸試樣均斷裂在遠(yuǎn)離焊縫的母材處，呈典型的切斷特性，為塑性斷裂，；焊接接頭塑性良好，正彎和背彎角度均達(dá)到180°，沒出現(xiàn)任何裂紋。

（四）無論使用三元混合保護(hù)氣，還是使用二元混合保護(hù)氣，焊接接頭的硬度相差不大，硬度值HV10均滿足ISO 15614-1標(biāo)準(zhǔn)的要求，焊接性能良好。

（五）焊接熱影響區(qū)/HAZ的沖擊功值明顯高于焊縫金屬/WM，表明焊接接頭中HAZ的韌性較好；三元?dú)夂缚p金屬的低溫（-40℃）沖擊韌性略高于二元?dú)夂缚p金屬的低溫沖擊韌。

參考文獻(xiàn)：

[1]EN ISO15614-1.金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定—第一部分：鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊[S]，2004.

[2]EN ISO 4136.鋼熔化焊接頭拉伸試驗(yàn)[S]，2011.

[3]EN ISO5173.焊接接頭彎曲試驗(yàn)[S]，2009.

[4]EN ISO 9016.焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法[S]，2008.