提高HG785高強(qiáng)鋼焊接接頭強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

覃劍，王作華，侯國(guó)清

提高HG785高強(qiáng)鋼焊接接頭強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

覃劍，王作華，侯國(guó)清

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西柳州545007）

HG785屬于低碳調(diào)質(zhì)鋼，相當(dāng)于GB/T1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中的Q690低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，抗拉強(qiáng)度770 MPaˉ940MPa，在工程機(jī)械行業(yè)中常用于臂架的結(jié)構(gòu)。本文利用混合氣氣體保護(hù)焊方法，采取不同的焊接工藝參數(shù)對(duì)HG785高強(qiáng)鋼進(jìn)行焊接，進(jìn)而得到不同的焊接接頭。對(duì)這些焊接接頭的強(qiáng)度進(jìn)行研究與分析，結(jié)果表明適宜的焊接熱輸入和t8/5時(shí)間才能獲得合適強(qiáng)度的焊接接頭，試驗(yàn)對(duì)于指導(dǎo)高強(qiáng)鋼的焊接工藝設(shè)計(jì)有重要的參考意義。

HG785；高強(qiáng)鋼；熱輸入；t8/5時(shí)間

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（以下稱高強(qiáng)鋼）是工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件輕量化的重要手段之一，通過使用高強(qiáng)鋼代替普通結(jié)構(gòu)鋼，可以使工程機(jī)械的工作裝置減少對(duì)自身重量做功，從而降低產(chǎn)品的能耗。工程機(jī)械行業(yè)采用的高強(qiáng)鋼通常為低碳調(diào)質(zhì)鋼，其以調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨，具有良好的綜合力學(xué)性能和較好的加工性能，深受工程機(jī)械公司的青睞。

HG785鋼是武漢鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)的低碳調(diào)質(zhì)鋼，應(yīng)用于本公司某新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件上。有研究表明，高強(qiáng)鋼焊接接頭的力學(xué)性能主要取決于焊接工藝參數(shù)，合適的焊接接頭強(qiáng)度對(duì)于提高焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命具有積極的作用。因此，研究HG785高強(qiáng)鋼的焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭強(qiáng)度的影響，可以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)中焊接工藝參數(shù)的制定，進(jìn)而提高焊接結(jié)構(gòu)乃至產(chǎn)品整機(jī)的使用壽命。

1 HG785鋼簡(jiǎn)介

HG785相當(dāng)于GB/T 1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中的Q690鋼[1]，該鋼的力學(xué)性能如表1所列。

表1 Q690鋼力學(xué)性能

待試驗(yàn)的HG785鋼板的材質(zhì)證明書中的力學(xué)性能如表2所列。

表2 HG785材質(zhì)證明書中的力學(xué)性能

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及材質(zhì)證明書中的數(shù)據(jù)表明，HG785的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到860 MPa.按照J(rèn)B/T 6963《鋼制件熔化焊工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)中的要求：焊接接頭拉伸試驗(yàn)的抗拉強(qiáng)度，不得低于母材的最低定值[2]，因此，HG785鋼焊接接頭抗拉強(qiáng)度至少應(yīng)＞770 MPa.

2 試驗(yàn)方法

試板焊接：對(duì)HG785鋼板的焊接采用熔化極氣體保護(hù)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(shù)分別進(jìn)行3種焊接試驗(yàn)，最后再對(duì)焊接接頭分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)，分析不同焊接參數(shù)對(duì)HG785鋼焊接接頭強(qiáng)度的影響。

（1）1#試板焊接參數(shù)

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

表3 1#試板焊接參數(shù)

圖1 1#試板接頭及層數(shù)

（2）2#試板焊接參數(shù)

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(shù)，不預(yù)熱，嚴(yán)格控制層溫，保證層間溫度≤130℃，焊接參數(shù)如表4所列，焊接坡口及層數(shù)如圖2所示。

表4 2#試板焊接參數(shù)

圖2 2#試板接頭及層數(shù)

（3）3#試板焊接參數(shù)

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

表5 3#試板焊接參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）拉伸試驗(yàn)結(jié)果

從上述3次試驗(yàn)的試板中制取拉伸試樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所列。

表6 3次焊接接頭抗拉強(qiáng)度

1#試板的焊接接頭抗拉強(qiáng)度＜770MPa，且均斷裂在焊縫上，不符合JB/T 6963標(biāo)準(zhǔn)的要求。低碳調(diào)質(zhì)鋼由于碳化物的積聚長(zhǎng)大而使鋼材軟化，受熱溫度越接近AC1的區(qū)域，軟化越嚴(yán)重[3]。1#試板的焊接熱輸入過大，t8/5時(shí)間過長(zhǎng)，焊接接頭在高溫時(shí)間停留時(shí)間過久，最終造成了焊接接頭熱影響區(qū)的軟化。

2#試板的焊接接頭抗拉強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的要求。每種低碳調(diào)質(zhì)鋼都有各自的最佳t8/5時(shí)間，才能使熱影響區(qū)具有良好的性能和韌性[3]。2#試板焊接時(shí)，嚴(yán)格控制焊接熱輸入在1.1～1.9 kJ/mm，t8/5時(shí)間控制在5～16 s，因此，2#試板的t8/5時(shí)間正確合理，接頭未出現(xiàn)熱影響區(qū)的軟化現(xiàn)象。

3#試板的焊接接頭抗拉強(qiáng)度＞848MPa，拉伸試樣均斷在母材上，符合JB/T 6963標(biāo)準(zhǔn)的要求。這是因?yàn)?#試板焊接時(shí)，采用JM120（ER83-G）的焊絲，該焊絲本身強(qiáng)度較高，同時(shí)，又嚴(yán)格控制焊接熱輸入和t8/5時(shí)間，使得焊接接頭強(qiáng)度大大超過母材，斷裂只能發(fā)生在母材上。

（2）硬度試驗(yàn)結(jié)果

由于第1次焊接試驗(yàn)出現(xiàn)了焊縫軟化現(xiàn)象，因此，不再進(jìn)行硬度試驗(yàn)。僅對(duì)第2和第3次焊接試板進(jìn)行焊接接頭的硬度試驗(yàn)。

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(qū)硬度可達(dá)38 HRC，同時(shí)，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(qū)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(tǒng)計(jì)/HRC

3#試板焊接接頭硬度分布如圖4所示，焊縫區(qū)硬度較母材區(qū)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(qū)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(tǒng)計(jì)/HRC

對(duì)2#和3#試板的接頭硬度數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)無預(yù)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(duì)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(duì)其進(jìn)行熱處理，因此硬度最高；中間層焊縫焊接時(shí)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(shí)，雖然最外層焊縫區(qū)硬度比母材高得多，但中間層和打底層焊縫的硬度相對(duì)較軟，與母材相近，而采用JM120焊絲時(shí)，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(yīng)力集中的角度考慮，JM110焊絲更適用于HG785鋼的焊接。

4 結(jié)束語

（1）采用JM110焊絲對(duì)HG785高強(qiáng)鋼進(jìn)行焊接，可以得到強(qiáng)度與母材相近的焊接接頭，根據(jù)不同的焊接熱輸入和t8/5時(shí)間，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度在760～850MPa之間波動(dòng)。

（2）進(jìn)行HG785高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接熱輸入和t8/5時(shí)間，t8/5時(shí)間在5～25 s之間為宜，對(duì)焊接熱輸入的控制主要在于對(duì)焊接電流、焊接電壓、焊接速度、預(yù)熱、層間溫度等焊接工藝參數(shù)的控制。

[1]GB/T 1591-2008，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼[S].

[2]JB/T 6963-1993，鋼制件熔化焊工藝評(píng)定[S].中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).2008.

[3]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)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“l(fā)ow 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(jí)主管工藝師，主要從事結(jié)構(gòu)件工藝工作；侯國(guó)清（1982－），男，河北獻(xiàn)縣人，博士，技術(shù)專家，主要從事結(jié)構(gòu)件焊接相關(guān)工作。