预热温度对焊接珠光体钢轨钢力学和断裂性能影响.pdf

现 代 冶 金 2014年第 3期 预热温度对焊接珠光体钢轨钢力学和断裂性能的影响 (美国)HeshmatA．Aglan 摘 要：本文研究了预热温度对开槽焊接珠光体钢轨钢力学、断裂性能、硬度和显微组织的影响。用气体保护金属 极电弧填充材料模拟缺陷修复之前，开槽的轨头被预热到200℃，300℃，350oC和400℃。另外一个未预热室温 (RT)焊接试样用作对比研究。母材的抗拉强度，屈服强度和断后伸长率分别：1146MPa，717MPa，9．3％。200℃ 预热时 ，焊接钢轨的最佳性能指标分别为：l023MPa，655MPa，4．7％。根据这个，最佳的焊接效率为89．2％。母 材钢轨的平均断裂韧性 K 为 127MPa·m ，而焊接接头 (200℃预热)最好的断裂韧性为 116．5MPa·m。。另 外 ，焊缝、熔合线和热影响区(HAZ)的平均硬度值分别为313．5HB、332HB和 313．6HB，而母材硬度大约为 360HB。200℃预热时焊缝组织主要为贝氏体和针状铁素体相。 关键词：预热温度；焊接钢轨 ；焊接显微组织；焊接效率；断裂韧性 度，H是热输入 。 1 简介 熔融区的宽度决定于熔融区停留在这种材料熔 焊接前预热可以定义为把母材加热到一定的温 点以上的温度和时间。更高的预热温度增加了时间 度。预热主要有4个 目的。‘J：a)降低冷速，可产生 跨度 ，导致了熔融区宽度的增加 ¨。 增强延迟断裂和帮助氢扩散的韧性组织；b)降低焊 预热温度对焊缝组织的组成相有很大的影响。 缝和母材的收缩应力；c)预防冷变形(“冷开”)和确 最近研究在 lONi3CrMoV钢激光桥接焊接时，较低 保恰当的熔合；d)可以除去试样的水分。然而，预 预热温度(90oC)，自回火时没有足够的时间形成板 热过度可能扩大和产生缺陷，例如焊接组织的热变 条马氏体和上贝氏体。在较高预热温度 (120℃)， 形 。另一方面，预热不足导致不同类型的断裂， 有足够的自回火时间，沿着板条马氏体形成了针状 不充分熔合和渗漏 J。碳平衡图(CE)被用作计算 铁素体。因此在这个预热温度下有较好的韧性和较 正确预热的工具 。除了CE，最佳的预热温度还 低的断裂倾 向。然而，进 一步升 高预热温度 依赖于端面厚度，限制，环境温度，填充材料中氢的 (150℃)，由于在显微组织中生成粒状贝氏体和马 浓度，和前期的开裂问题 ¨。 氏体／奥氏体(M／A)岛组织，导致韧性降低H引。 C—Mn钢焊接显微组织通常由不规则铁素体， 当焊缝熔敷金属凝固收缩时受到周围母材金属 针状铁素体，魏 氏组织和其它显微组织构成 J。 的限制，焊缝金属有残余的拉应力 。随着预热温 添加不同的合金元素来提高C—Mn焊接接头的强 度的增加焊接残余应力降低 。 度和韧性 。Ni和Mn通常增加淬透性和抑制不规则 在多道次焊接中，后来的金属液滴沉淀在原来 铁索体的生成来促进针状铁素体的生成，然而，cr 液滴上面来填满缝隙。因此除了顶层，所有的焊层 和Mo可以促进贝氏体的形成而不是针状铁素体的 经历了来 自这层上面的额外的热循环。这些热循环 形成 。高强度填充金属材料的焊缝组织是 由混合的 可能足够高可以重新奥氏体化焊缝金属。部分还没 针状铁素体，贝氏体和低碳马氏体组织组成，这些填 到奥氏体转变温度的焊缝也表现为回火组织_】。 充金属有 Ni，Mn，Cr和 Mo。这些相的相对 比例主 在焊接过程中，焊缝和热影响区的硬度决定于 要依赖于化学成分和焊接过程的热