层间温度对Q390埋弧焊熔敷金属力学性能的影响的研究分析.docx

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层间温度对Q390埋弧焊熔敷金属力学性能的影响的研究

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Summary：Q390作为低合金钢高强钢在某些关键设备上得到应用。本文通过系列埋弧焊焊接试验研究焊接层间温度对Q390系统焊材熔敷金属的拉伸性能和冲击试验性能影响进行研究。试验结果表明，在进行埋弧焊焊接时，层间温度对焊缝金属拉伸性能和冲击韧性均有影响。在200℃以上时，焊缝冲击性能和拉伸强度均有所降低，因此需控制层间温度低于200℃。

关键字：层间温度,埋弧焊,拉伸性能，冲击吸收功

前言

Q390作为低合金钢高强钢在某些关键设备上得到应用。许多大型设备通过焊接的方式实现各部件的连接，为实现高效制造，埋弧焊在大型设备制造中得到广泛的应用。埋弧焊具有生产效率高、焊缝质量好、机械化成都高、劳动条件好等优点，在船舶、压力容器、重型机械设备等领域得到广泛应用[1-3]。但同时，为追求高效焊接，常采用较大的焊接电流进行焊缝焊接，导致焊接热输入增加，若连续采用高热输入工艺施焊容易造成层间温度过高，导致焊缝和热影响区晶粒粗大，使焊接接头的力学性能恶化，尤其对于设备制造常见考核指标拉伸性能和冲击性能影响明显[4-7]。

本文针对Q390焊材工程化应用情况，对埋弧焊焊接层间温度对Q390焊材熔敷金属力学性能的影响金相研究。通过焊接系列不同层间温度下试件，对试件的熔敷金属开展拉伸性能和冲击性能试验，对试验结果进行对比分析，以得出层间温度对焊缝性能的影响。

试验材料及方法

焊接材料

本次试验采用的母材为工程厂应用广泛的Q345材料，在Q345材料坡口侧采用Q390焊条堆焊5mm过渡层，以得到非稀释的Q390焊缝金属。试验用焊接材料化学及力学性能要求见表1、表2所示。

Q390焊材化学成分要求

元素(wt%)

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Mo

Cu

熔敷金属

验收值

≤0.12

≤0.60

≤1.40

≤0.015

≤0.010

≤1.2

≤0.30

≤0.40

≤0.05

Q390埋弧焊焊材力学性能要求

试验类型

试验温度

性能

规定值

KV冲击

-30℃

最小平均值及单个值

最小平均值≥63J，单个最小值≥44J

拉伸试验

室温

抗拉强度(MPa)

530

屈服强度(MPa)

390

延伸率(%)

22

300℃

抗拉强度(MPa)

480

屈服强度(MPa)

350

延伸率(%)

提供参考值

焊接工艺

试件尺寸及坡口形式见图1所示。

试件尺寸及坡口形式

试件为V型坡口，焊接时在试板背面加垫板，焊缝焊接完成后去除垫板。

焊接工艺参数

对于埋弧焊焊接参数包含焊接电流、焊接电压和焊接速度。

一般埋弧焊焊接电流与焊丝规格匹配。焊接电压和焊接速度影响焊道成型、焊道厚度。为验证层间温度对焊缝性能的影响，本试验采用常用焊接规范进行焊接。不同的试板焊接时控制不同层间温度，其他工艺参数均相同，具体采用焊接工艺参数见表3所示。为保证试验准确性，焊接过程中每层均进行层间温度测量。

试验工艺参数

试件编号

电流(A)

电压(V)

焊接速度(mm/min)

线能量(J/min)

层间温度(℃)

焊后热处理

试件1

520-600

30-32

300-350

2674-3840

120-150

595-620℃×7.8H

试件2

520-600

30-32

300-350

2674-3840

150-200

595-620℃×7.8H

试件3

520-600

30-32

300-350

2674-3840

200-250

595-620℃×7.8H

由于焊接试验采用的试板尺寸较小，焊接过程中散热较慢，因此焊接过程若层间温度高于试验设定值，应空冷等待层间温度下降至要求值方可实施焊接。

焊后热处理

Q390焊材为低合金结构钢，依据规范要求，焊后应进行热处理以改善焊缝性能。采用标准推荐的热处理规范进行焊后热处理，热处理保温温度615±15℃。无损检验及破坏性检验均在热处理态的试件上实施。

冲击试验

无损检验

不同层间温度下施焊的3组试件，在焊接完成后进行液体渗透检验、超声波检验和射线检验，检验结果表明焊缝致密度良好，未见裂纹等缺陷。

力学性能试验验

对3组焊接接头取样进行拉伸试验和冲击性能试验。为保证试验结果具有代表性，以工程化应用要求设置试验项目及试验温度。

熔敷金属拉伸试验分别在室温和300℃高温下进行，试验项目包含抗拉强度（MPa）、屈服强度（MPa）和延伸率。室温拉伸试验标准为GB/T2652-2008，高温拉伸试验标准为GB/T228.2-2015。室温拉伸和高温拉伸试样均为Φ10mm圆形棒状试样。

熔敷金属冲击试验温度为-30℃，检验项目为冲击吸收功（J）。冲击试验标准为GB/T2650-2008，试样尺寸为10×10×55mm，试样缺口为V型。试样垂直于焊缝轴线切取，