B87MnQL盤條電阻對焊焊接接頭的組織與性能

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（九江學院，江西 九江 332005）

0 前言

鍍鋅鋼絲制品因其良好的防腐性能，在橋梁斜拉索、懸索、纜索、錨固拉力構件和體外索預應力結構中得到了廣泛應用[1-2]。隨著國內橋梁建設步伐的加快，對生產橋梁用鍍鋅鋼絲的原材料熱軋盤條的需求量日益增加。采用B87MnQL盤條生產的斜拉索用鍍鋅鋼絲的抗拉強度、面縮率、延伸率等性能指標都很穩定，但是B87MnQL含碳量很高，焊接性能較差，盤條尺寸較大及材料成分不一致等，其在焊接區常發生斷絲現象。因此，如何提高B87MnQL盤條焊接接頭的性能尤為關鍵[3-5]。

以B87MnQL盤條為研究對象，分析B87MnQL盤條電阻對焊焊接接頭組織性能與不同焊后熱處理工藝的關系，從而優化焊接工藝參數，獲得最佳的焊接工藝參數，提高預應力鋼絞線等產品的生產效率。

1 試驗材料、設備及方法

1.1 盤條材料

試驗材料為B87MnQL盤條，直徑φ13.0 mm，化學成分如表1所示。

表1 B87MnQL的化學成分 %

1.2 焊接設備

電阻對焊前先將盤條矯直，用砂輪將盤條的端面打磨成平面并倒角，再用砂紙將盤條的表面磷化膜、端頭表面及電極夾具的鉗口全部清理干凈后方可焊接。

焊接設備為UNJ-A31-45全氣缸微機鋼絲對焊機，一次電流1 665 A，夾鉗距離150 mm。焊接時將盤條固定在兩夾頭間，對準兩盤條將要對焊的端口，兩線材端頭相交為點接觸，通電后接頭處開始發熱軟化，此時盤條焊合溫度達到1 050～1 200℃，3～8s施加頂鍛壓力使兩線材接頭焊合，如圖1所示。

在UNJ A31-45對焊機上進行焊接后熱處理（高溫回火），一次電流1 665 A，第一次熱處理溫度950～1 000℃，時間28 s；第二次熱處理溫度850～900℃，時間 26 s。

圖1 電阻對焊施加壓力過程示意Fig.1 Schematic diagram of the applied pressure process in RBW

1.3 拉伸力學實驗設備

拉伸力學實驗設備采用WE-600液壓式萬能試驗機，最大試驗力為600 kN。

1.4 金相制備和觀察

沿縱向用線切割切開試樣，鑲嵌制樣并觀察分析橫斷面的顯微組織。金相制備設備主要有XQ-1型金相試樣鑲嵌機、Y-2型金相試驗預磨機、PG-2型金相試樣拋光機、光學顯微鏡。用TESCAN VEGAⅡ型掃描電鏡掃描拉拔斷口。采用HVS-1000型顯微硬度計，加載9.8 N、時間20 s，從試樣截面頂端到底端依次等距0.5mm測量6個點，測量3組取平均值。

2 實驗結果及分析

2.1 金相組織

焊接接頭區域組織如圖2所示。

圖2 焊接接頭區域組織Fig.2 Microstructure of welded joint area

B87MnQL盤條的金相組織見圖2a。B87MnQL屬于過共析鋼，室溫時組織為索氏體組織+少量滲碳體，且索氏體含量高達90%以上，索氏體組織的片層間距基本一致，滲碳體分布比較均勻，片層結構比較清晰。

圖2b、2c、2d為焊縫區域組織。未經焊后回火處理的試樣金相（見圖2b）組織要比盤條母材（見圖2a）更粗大且不均勻。這是因為對焊的焊縫區有過熱現象，高溫使晶粒快速生長，形成粗大晶粒。比較回火處理后的焊縫區的金相組織（見圖2c、2d），經過二次回火處理的焊縫的金相組織細小且分布均勻，晶粒大小與母材相近，大部分為索氏體，二次滲碳體析出較少，這是因為兩次熱處理有效消除了過熱組織及粗大晶粒。

盤條焊接區域斷口形貌SEM照片如圖3所示。不進行焊后回火處理（見圖3a）的試樣斷口為解理斷口，斷口微觀形貌為河流狀花樣，河流花樣較長且直；進行一次焊后回火處理（見圖3b）的試樣斷口微觀形貌大部分區域為河流狀花樣，也有部分區域為韌窩狀花樣和舌狀花樣，并且河流花樣較短且彎曲；進行兩次焊后回火處理（見圖3c）的試樣斷口為準解理斷裂，斷口也有河流花樣，但河流花樣較短且彎曲，準解理斷裂具有一定的塑性變形，是介于解理斷裂與韌窩斷裂之間的一種斷裂方式[6]。

由圖3可知，隨著焊后回火處理的次數增加，試樣斷口微觀形貌的韌性特征花樣也相應增加，如舌狀花樣和韌窩狀花樣，說明焊后回火處理對焊接接頭的塑韌性有一定的改善。所有試樣的斷口在宏觀上都表現為脆性斷裂，說明焊后回火處理的工藝參數設計有待改進和提高。

圖3 斷口形貌Fig.3 Fracture morphology

2.2 顯微硬度

焊縫顯微硬度如圖4所示。未經熱處理的試樣焊縫區硬度最小；經過兩次焊后火處理的試樣焊縫區的顯微硬度最大，這是因為二次熱處理使得焊縫區的組織細小均勻，鐵素體和二次滲碳體析出程度小，晶粒內的大部分組織是細珠光體（索氏體），其片層間距較小，而珠光體的硬度基本上隨片層間距的增大而下降。另外，從焊縫縱截面處到熱影響區的整體硬度變化不大，這是因為焊接時在焊縫處和熱影響區的溫度差異不大，組織也相近。

2.3 力學性能

采用優化的工藝參數對B87MnQL盤條盤條進行焊接和回火熱處理后，經過多次拉拔、熱鍍鋅、穩定化處理后的B87MnQL盤條力學性能如表2所示。盤條經多次拉拔后發生了加工硬化，抗拉強度升高，鋼絲經鍍鋅后抗拉強度有所下降，而延伸率上升，鍍鋅鋼絲經光整及穩定化后，鋼絲的抗拉強度會略有上升，這是因為鍍鋅鋼絲在經光整及穩定化時鋼絲有一定的壓縮量，相當于進行了一次加工硬化，鋼絲的抗拉強度略有上升。

圖4 焊縫顯微硬度Fig.4 Microhardness of weld zone

表2 B87MnQL盤條力學性能Table 2 Mechanical properties of B87MnQL wire rod

根據GB/T 17101-2008《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲》[7]，公稱直徑φ7.00 mm、強度級別為1 770 MPa鍍鋅鋼絲拉伸試驗檢驗標準可以看出，B87MnQL盤條對焊后經過后續的拉拔、熱鍍鋅以及穩定化處理，未出現斷絲現象，B87MnQL鍍鋅鋼絲產品性能達到國家標準。

3 結論

（1）相同的焊接工藝下，未經焊后回火處理的焊縫區域顯微組織比盤條母材的粗大且不均勻；經過二次回火處理的焊縫的金相組織細小且分布均勻，晶粒大小與母材相近，大部分為索氏體，二次滲碳體析出較少，高溫熱處理后有效地消除了過熱組織及粗大晶粒。

（2）采用優化的工藝參數對B87MnQL盤條進行焊接和回火熱處理后，經過多次拉拔、熱鍍鋅、穩定化處理后的B87MnQL鍍鋅鋼絲產品的性能達到國家標準。

[1]徐忠良．大跨度橋梁纜索用SWRS82B熱軋盤條的組織與鋼絲扭轉性能研究[D]．江蘇：東南大學，2006.

[2]游勝意，周生根，汪訓政．國產盤條生產橋梁纜索用鍍鋅鋼絲的研究[J]．金屬制品，2007，33（2）：19-22．

[3]丁峰，桑春明，周代義，等．國產橋梁斜拉索用1 770 MPa鍍鋅鋼絲制造技術的研究[J]．中國工程科學，2009，11（3）：57-64．

[4]曾凡勇，李養良，張德勤，等．熱鍍鋅法提高B82MnQL材料的抗拉強度研究[J]．表面技術，2016，45（3）：96-102．

[5]楊輝.高碳鋼盤條電阻對焊質量的影響因素分析[J]．熱加工工藝，2012，41（17）：134-135，138．

[6]孫智，江利，應鵬展，等.失效分析基礎與應用[M].北京：機械工業出版社，2009.

[7]中國標準出版社編.中國國家標準匯編.2008年修訂-94[M]．北京：中國標準出版社，2009.