SHT1080-Q460高強(qiáng)鋼GMAW接頭裂紋及組織研究.pdf

1、高強(qiáng)耐磨鋼是以低合金高強(qiáng)鋼為基礎(chǔ)發(fā)展來(lái)的高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性鋼種，廣泛應(yīng)用于各種工程機(jī)械、煤礦開(kāi)采、車輛船舶等重要行業(yè)，常與普通高強(qiáng)鋼進(jìn)行焊接，采用異種高強(qiáng)鋼焊接結(jié)構(gòu)，既能夠滿足各種工作環(huán)境下對(duì)鋼材的不同需求，也可以減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約資源，充分利用每種鋼材的優(yōu)勢(shì)性能。但是異種高強(qiáng)鋼焊接情況復(fù)雜，特別是低溫下強(qiáng)度級(jí)別為1200MPa的SHT1080高強(qiáng)耐磨鋼與Q460鋼焊接容易產(chǎn)生焊接裂紋，實(shí)際生產(chǎn)中通常增加焊前預(yù)熱等工藝來(lái)防止裂紋的

2、產(chǎn)生，但增加了生產(chǎn)成本，嚴(yán)重制約了異種高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)在工程機(jī)械的應(yīng)用和推廣。因此本文在不預(yù)熱條件下，采用熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)方法焊接挖掘機(jī)鏟斗Q460底板與SHT1080加強(qiáng)耐磨板，針對(duì)SHT1080/Q460接頭裂紋敏感性進(jìn)行研究，深入分析裂紋萌發(fā)、開(kāi)裂及擴(kuò)展，研究SHT1080/Q460接頭的顯微組織和硬度分布，建立焊接工藝參數(shù)、微觀組織與焊接裂紋的內(nèi)在聯(lián)系，降低SHT1080/Q460焊接接頭裂紋傾向，為提高接頭質(zhì)量提供重要的

3、理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　通過(guò)直Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)分析SHT1080/Q460異種鋼的焊接裂紋傾向，利用“低強(qiáng)匹配/等強(qiáng)匹配”焊絲進(jìn)行焊接，研究熱輸入對(duì)SHT1080/Q460異種鋼GMAW接頭冷裂紋傾向的影響。熱輸入處于14.2～18.6kJ/cm時(shí)，斷面裂紋率低于10％，此時(shí)接頭裂紋傾向低。采用金相顯微鏡和掃描電鏡對(duì)SHT1080/Q460接頭裂紋的萌生和擴(kuò)展形貌進(jìn)行觀察，表明SHT1080和Q460直Y形坡口對(duì)接接頭試樣裂紋

4、都啟裂于坡口根部尖角熔合區(qū)處。裂紋多數(shù)起裂于Q460側(cè)，在熔合區(qū)平行擴(kuò)展一段距離后，轉(zhuǎn)向熱影響區(qū)，呈階梯狀擴(kuò)展。SHT1080鋼側(cè)的裂紋擴(kuò)展路徑不同于Q460側(cè)，越過(guò)熔合區(qū)偏向焊縫沿著先共析鐵素體擴(kuò)展。
　　通過(guò)搭接接頭裂紋試驗(yàn)研究SHT1080和Q460搭接接頭裂紋敏感性，結(jié)果表明，搭接接頭裂紋敏感性較小，沒(méi)有裂紋產(chǎn)生，對(duì)于實(shí)際鏟斗生產(chǎn)中，應(yīng)該將熱輸入控制在合適的范圍內(nèi)，并且優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸，避免板材裝配間隙過(guò)大，降低拘束度。

5、>　　低溫(≤0℃)下直Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)表明焊接SHT1080/Q460高強(qiáng)鋼時(shí)，盡管熱輸入合適，但是焊接電流較大(400A)會(huì)導(dǎo)致焊縫中心出現(xiàn)裂紋。低溫下焊接鏟斗Q460底板和SHT1080加強(qiáng)耐磨板，采用熱輸入范圍為14.2～18.9kJ/cm，電流265A～296A，裝配時(shí)控制搭接間隙，可以獲得良好的焊接成形。
　　觀察焊接接頭各區(qū)域的顯微組織特征，SHT1080/Q460接頭焊縫有先共析鐵素體(PF)、側(cè)板條鐵素體(FS

6、P)和針狀鐵素體(AF)。PF和AF的比例往往決定了焊縫的韌性，當(dāng)焊接方法、母材確定后，二者在焊縫組織中的比例以及晶粒尺寸可以通過(guò)焊接熱輸入進(jìn)行有效控制。當(dāng)熱輸入小于14.2kJ/cm時(shí)，焊縫組織以AF為主，只有少量PF分布在部分奧氏體晶界。當(dāng)熱輸入大于17.6kJ/cm時(shí)，焊縫出現(xiàn)大量的塊狀PF和PSF組織，完全覆蓋奧氏體晶界，AF含量下降。
　　分析SHT1080/Q460高強(qiáng)鋼接頭兩側(cè)熔合區(qū)組織分布差異，對(duì)熔合區(qū)組織與裂紋萌

7、生、擴(kuò)展之間的聯(lián)系進(jìn)行討論。熔合區(qū)可以分為半熔化區(qū)和未混合區(qū)兩個(gè)部分，半熔化區(qū)由粗大的馬氏體(M)和成羽毛狀的貝氏體(B)組織組成;未混合區(qū)為PF和AF沿柱狀晶界分布。SHT1080鋼含有較高的Cr元素，由于Cr元素是鐵素體形成元素，所以SHT1080側(cè)熔合區(qū)形成的鐵素體粗大，是造成冷裂紋偏向焊縫擴(kuò)展的主要原因。Q460鋼含有B、Ti、V等微量元素，合金含量高，一方面增加了半熔化區(qū)的淬硬性，生成了粗大的M和B，另一方面在未混合區(qū)形成大量

8、的非金屬夾雜物，促進(jìn)形成高比例的AF，所以Q460側(cè)半熔化區(qū)抗裂性能差。
　　通過(guò)顯微硬度測(cè)試對(duì)SHT1080/Q460接頭熱影響區(qū)兩側(cè)淬硬性進(jìn)行研究，SHT1080側(cè)最大硬度值388～259HV0.5，出現(xiàn)在距熔合線1mm左右的細(xì)晶區(qū)，Q460側(cè)最大硬度值出現(xiàn)粗晶區(qū)，值為416～360HV0.5，為接頭硬度最大值，硬度值均高于國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)建議的最大硬度值280HV，說(shuō)明Q460側(cè)具有很高的淬硬性，因此Q460側(cè)熔合區(qū)更