提高HG785高強鋼焊接接頭強度的試驗研究

覃劍，王作華，侯國清

提高HG785高強鋼焊接接頭強度的試驗研究

覃劍，王作華，侯國清

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州545007）

HG785屬于低碳調質鋼，相當于GB/T1591-2008《低合金高強度結構鋼》標準中的Q690低合金高強度結構鋼，抗拉強度770 MPaˉ940MPa，在工程機械行業中常用于臂架的結構。本文利用混合氣氣體保護焊方法，采取不同的焊接工藝參數對HG785高強鋼進行焊接，進而得到不同的焊接接頭。對這些焊接接頭的強度進行研究與分析，結果表明適宜的焊接熱輸入和t8/5時間才能獲得合適強度的焊接接頭，試驗對于指導高強鋼的焊接工藝設計有重要的參考意義。

HG785；高強鋼；熱輸入；t8/5時間

低合金高強度結構鋼（以下稱高強鋼）是工程機械結構件輕量化的重要手段之一，通過使用高強鋼代替普通結構鋼，可以使工程機械的工作裝置減少對自身重量做功，從而降低產品的能耗。工程機械行業采用的高強鋼通常為低碳調質鋼，其以調質狀態交貨，具有良好的綜合力學性能和較好的加工性能，深受工程機械公司的青睞。

HG785鋼是武漢鋼鐵股份有限公司生產的低碳調質鋼，應用于本公司某新產品的結構件上。有研究表明，高強鋼焊接接頭的力學性能主要取決于焊接工藝參數，合適的焊接接頭強度對于提高焊接結構的使用壽命具有積極的作用。因此，研究HG785高強鋼的焊接工藝參數對焊接接頭強度的影響，可以指導實際生產中焊接工藝參數的制定，進而提高焊接結構乃至產品整機的使用壽命。

1 HG785鋼簡介

HG785相當于GB/T 1591-2008《低合金高強度結構鋼》標準中的Q690鋼[1]，該鋼的力學性能如表1所列。

表1 Q690鋼力學性能

待試驗的HG785鋼板的材質證明書中的力學性能如表2所列。

表2 HG785材質證明書中的力學性能

國家標準及材質證明書中的數據表明，HG785的抗拉強度可達到860 MPa.按照JB/T 6963《鋼制件熔化焊工藝評定》標準中的要求：焊接接頭拉伸試驗的抗拉強度，不得低于母材的最低定值[2]，因此，HG785鋼焊接接頭抗拉強度至少應＞770 MPa.

2 試驗方法

試板焊接：對HG785鋼板的焊接采用熔化極氣體保護焊方法，氣體成分80%Ar+20%CO2，坡口形式采用帶墊板的單邊V形坡口，焊接位置為平位置，焊絲直徑1.2 mm，選擇JM110（ER76-G）和JM120（ER83-G）焊絲，并選擇不同的焊接參數分別進行3種焊接試驗，最后再對焊接接頭分別進行拉伸試驗和硬度試驗，分析不同焊接參數對HG785鋼焊接接頭強度的影響。

（1）1#試板焊接參數

1#試板使用JM110焊絲，焊接參數選擇工廠焊接普通低合金鋼常用的焊接參數，每一層之間連續焊接，不變熱，不控制層溫，焊接參數如表3所列，焊接坡口參數及層數如圖1所示。

表3 1#試板焊接參數

圖1 1#試板接頭及層數

（2）2#試板焊接參數

2#試板使用JM110焊絲，焊接過程中，使用比1#試板較小的焊接電流、焊接電壓、較高的焊接速度參數，不預熱，嚴格控制層溫，保證層間溫度≤130℃，焊接參數如表4所列，焊接坡口及層數如圖2所示。

表4 2#試板焊接參數

圖2 2#試板接頭及層數

（3）3#試板焊接參數

3#試板的焊接采用與2#試板一致的焊接參數，如表5所列，但是使用JM120焊絲。

表5 3#試板焊接參數

3 試驗結果及分析

（1）拉伸試驗結果

從上述3次試驗的試板中制取拉伸試樣，進行拉伸試驗，試驗結果如表6所列。

表6 3次焊接接頭抗拉強度

1#試板的焊接接頭抗拉強度＜770MPa，且均斷裂在焊縫上，不符合JB/T 6963標準的要求。低碳調質鋼由于碳化物的積聚長大而使鋼材軟化，受熱溫度越接近AC1的區域，軟化越嚴重[3]。1#試板的焊接熱輸入過大，t8/5時間過長，焊接接頭在高溫時間停留時間過久，最終造成了焊接接頭熱影響區的軟化。

2#試板的焊接接頭抗拉強度＞840 MPa，50%的試樣斷裂在焊縫上，50%的試樣斷在母材上，符合JB/T 6963標準的要求。每種低碳調質鋼都有各自的最佳t8/5時間，才能使熱影響區具有良好的性能和韌性[3]。2#試板焊接時，嚴格控制焊接熱輸入在1.1～1.9 kJ/mm，t8/5時間控制在5～16 s，因此，2#試板的t8/5時間正確合理，接頭未出現熱影響區的軟化現象。

3#試板的焊接接頭抗拉強度＞848MPa，拉伸試樣均斷在母材上，符合JB/T 6963標準的要求。這是因為3#試板焊接時，采用JM120（ER83-G）的焊絲，該焊絲本身強度較高，同時，又嚴格控制焊接熱輸入和t8/5時間，使得焊接接頭強度大大超過母材，斷裂只能發生在母材上。

（2）硬度試驗結果

由于第1次焊接試驗出現了焊縫軟化現象，因此，不再進行硬度試驗。僅對第2和第3次焊接試板進行焊接接頭的硬度試驗。

2#試板焊接接頭硬度分布如圖3所示，母材硬度約26 HRC，而焊縫區硬度可達38 HRC，同時，靠近蓋面層的外層焊縫硬度較高，中間層和打底層硬度較低，各層不同區域的硬度平均值差異如表7所列。

圖3 2#試板接頭硬度分布

表7 2#試板接頭硬度統計/HRC

3#試板焊接接頭硬度分布如圖4所示，焊縫區硬度較母材區硬度高，與2#試板接頭基本一致，但是，3#試板各層硬度相差不大，中層和底層均高于2#試板接頭，各層不同區域的硬度平均值差異如表8所列。

圖4 3#試板接頭硬度分布

表8 3#試板接頭硬度統計/HRC

對2#和3#試板的接頭硬度數據進行分析：

硬度分布：最外層焊縫＞打底層焊縫＞中間層焊縫。原因：打底層焊縫焊接時無預熱，因此冷卻速度比中間層焊縫快，使得硬度比中間層硬度較高，但是中間層焊縫對打底層焊縫有再次熱處理的效果，因此打底層焊縫硬度小于最外層焊縫；最外層焊縫缺乏后一層焊縫對其進行熱處理，因此硬度最高；中間層焊縫焊接時具有層溫，且又被后一層焊縫再次熱處理造成軟化，因此硬度最小。

采用JM110焊絲時，雖然最外層焊縫區硬度比母材高得多，但中間層和打底層焊縫的硬度相對較軟，與母材相近，而采用JM120焊絲時，中間層和打底層焊縫的硬度與母材硬度差異較大，因此，從降低應力集中的角度考慮，JM110焊絲更適用于HG785鋼的焊接。

4 結束語

（1）采用JM110焊絲對HG785高強鋼進行焊接，可以得到強度與母材相近的焊接接頭，根據不同的焊接熱輸入和t8/5時間，焊接接頭的抗拉強度在760～850MPa之間波動。

（2）進行HG785高強鋼焊接時，應嚴格控制焊接熱輸入和t8/5時間，t8/5時間在5～25 s之間為宜，對焊接熱輸入的控制主要在于對焊接電流、焊接電壓、焊接速度、預熱、層間溫度等焊接工藝參數的控制。

[1]GB/T 1591-2008，低合金高強度結構鋼[S].

[2]JB/T 6963-1993，鋼制件熔化焊工藝評定[S].中國國家標準化管理委員會.2008.

[3]陳祝年.焊接工程師手冊[M].2版.北京：機械工業出版社，2009.

Experimental Study on Improving the Strength of Welded Joint of HG785 High Strength Steel

QIN Jian，WANG Zuo-hua，HOU Guo-qing
（Liugong Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

HG785 belongs to low carbon quenched and tempered steel.It is low alloy high strength structural steel equivalent to Q690 of GB/T 1591-2008“low alloy high strength structural steel”standard.The tensile strength of HG785 is 770Mpa～970Mpa，and it is used for the boom structural in engineering machinery industry.This paper introduce the research and analysis on the different tensile strength of HG785 welded joints what is welded by using the mixed gas shielded welding method with different welding parameters.The results show that suitable welding heat input and t8/5 time can obtain the appropriate strength of welded joints.It has important reference significance to guide the design of welding process of high strength steel.

HG785；high strength steel；heat input；t8/5 time

TG441

A

1672-545X（2017）02-0189-03

2016-11-21

覃劍（1980-），男，廣西柳州人，本科，主管工程師，主要從事焊接工藝工作；王作華（1975－），男，廣西賓陽人，本科，高級主管工藝師，主要從事結構件工藝工作；侯國清（1982－），男，河北獻縣人，博士，技術專家，主要從事結構件焊接相關工作。