S355J2厚板的焊接工藝研究

張為平，葛 琳，耿大鳳

(揚州峰明光電新材料有限公司,江蘇 揚州 225117)

S355J2鋼是按照歐洲標準生產的低合金鋼，目前在各種工程結構中應用較為廣泛，大某工廠的梁式結構的安裝項目中，為了符合產品的國際使用標準，重要的承力部件均采用此材料。S355J2歐標鋼的厚板焊接工藝過程復雜，本文分析的影響焊接生產過程的各種因素，改進操作工藝與焊接規范，在實際生產中取得了良好的效果[1]。

1 焊接試驗方案

1.1 試驗材料的化學成分和力學性能

焊接試驗用母材為S355J2歐標鋼，正火狀態準備，采用多層多道工藝焊接，焊接材料為直徑Φ1.2mm的ER50-6實芯焊絲，保護氣體為80%Ar+20%CO2氣體，接頭形式為對接。焊接試板尺寸為300mm×200mm×58mm，焊機型號為PanasonicYD-350MAG2。試驗材料的化學成分見表1，焊絲熔敷金屬力學性能見表2。

表1 試驗材料的化學成分(質量分數，%)

表2 ER50-6焊絲熔敷金屬的力學性能

2 焊接工藝的影響因素

2.1 材料焊接性

分析S355J2歐標鋼化學成分后，母材碳含量為0.19%～0.21%，進行碳當量計算，計算公式[2]為：

可得出材料的實際碳當量Ceq約為0.45%，因此S355J2歐標鋼焊縫的淬硬傾向較大，焊后HAZ區易形成淬硬態組織，增大了焊縫的冷裂紋敏感性。操作時可采取焊前預熱、控制焊道間溫度等措施，在減小熱輸入條件下施焊，工件焊接時溫度區間偏小，在熱輸入較高的CO2焊工藝下，降低溫度較為困難，焊接時預熱溫度為110℃，層間溫度不超過250℃，焊道順序與坡口形式見圖1。

圖1 焊道分布與坡口形式

2.2 焊接過程控制與規范

合適的焊接工藝參數對改善S355J2鋼的焊接性能有影響，根據焊接方法和措施的要求，主要的焊接工藝參數必須控制在表3范圍內，工藝參數見表3。注意以下幾點[3]：

(1)操作時為了控制變形，先完成部分正面焊縫的焊道(見圖1)，工件翻身，用碳刨清根再完成背面焊道，再翻轉直至焊滿所有焊道。

(2)焊前預熱溫度為100～110℃。

(3)焊接過程盡量使用較小焊接熱輸入，才能保證層間溫度200～250℃，見表5。

(4)為了降低焊后冷卻速度，應及時鋪蓋石棉被保溫。

表3 焊接參數

3 力學性能試驗結果分析

3.1 拉伸試驗與沖擊試驗

室溫拉伸和彎曲試驗分別按照ISO4136-2001和ISO05173-2000標準在WDW3300型萬能試驗機上進行。拉伸試樣均在焊接接頭橫向截取，焊縫位于試樣中心部位，取3個試樣的平均值；沖擊試驗按相關標準在JB30B型沖擊試驗機上進行，試樣尺寸為300mm×150mm×58mm，V形缺口開在HAZ區和母材上，試驗溫度為-20℃。從試驗數據可看出(見表4)，所測材料的抗拉強度，韌性測試的指標都滿足要求。

3.2 硬度試驗

如表5所示在FM-700型硬度儀上測出焊接接頭的硬度值分布，硬度值分布表現為，熱影響區>焊縫金屬硬度>母材硬度，硬度最大值為244HV，焊接接頭區域的硬度值基本在190～230HV[4]。

顯然焊接后接頭強度降低，塑韌性基本保持不變，這是由于焊縫區組織中存在大量的F共析和柱狀晶(P+F針狀)，而HZA區顯微組織晶粒粗大，主要由塊狀F共析、F針狀+P和魏氏組織等組成，因此形成了HAZ區硬度最大的實際情況[5]。

表4 力學性能測試結果

表5 硬度試驗結果

4 結論

(1)對于此類焊接性差，拘束程度要求高的S355J2歐標鋼結構，須嚴格按照工藝規范操作執行，通過控制焊接時的熱輸入，降低焊縫的層間溫度。

(2)由拉伸、沖擊等力學性能測試可看出，S355J2歐標鋼厚板焊接接頭具有良好的機械力學性能，接頭硬度分布較均勻，最高硬度不大于380HV，結果證明本工藝已經達到接頭性能的要求。