SHT1080-Q460高強鋼GMAW接頭裂紋及組織研究.pdf

1、高強耐磨鋼是以低合金高強鋼為基礎發(fā)展來的高強度、高硬度、高耐磨性鋼種，廣泛應用于各種工程機械、煤礦開采、車輛船舶等重要行業(yè)，常與普通高強鋼進行焊接，采用異種高強鋼焊接結構，既能夠滿足各種工作環(huán)境下對鋼材的不同需求，也可以減輕結構自重，節(jié)約資源，充分利用每種鋼材的優(yōu)勢性能。但是異種高強鋼焊接情況復雜，特別是低溫下強度級別為1200MPa的SHT1080高強耐磨鋼與Q460鋼焊接容易產(chǎn)生焊接裂紋，實際生產(chǎn)中通常增加焊前預熱等工藝來防止裂紋的

2、產(chǎn)生，但增加了生產(chǎn)成本，嚴重制約了異種高強鋼結構在工程機械的應用和推廣。因此本文在不預熱條件下，采用熔化極氣體保護焊(GMAW)方法焊接挖掘機鏟斗Q460底板與SHT1080加強耐磨板，針對SHT1080/Q460接頭裂紋敏感性進行研究，深入分析裂紋萌發(fā)、開裂及擴展，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、理論基礎和試驗數(shù)據(jù)。
　　通過直Y坡口對接裂紋試驗分析SHT1080/Q460異種鋼的焊接裂紋傾向，利用“低強匹配/等強匹配”焊絲進行焊接，研究熱輸入對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，斷面裂紋率低于10％，此時接頭裂紋傾向低。采用金相顯微鏡和掃描電鏡對SHT1080/Q460接頭裂紋的萌生和擴展形貌進行觀察，表明SHT1080和Q460直Y形坡口對接接頭試樣裂紋

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，在熔合區(qū)平行擴展一段距離后，轉(zhuǎn)向熱影響區(qū)，呈階梯狀擴展。SHT1080鋼側的裂紋擴展路徑不同于Q460側，越過熔合區(qū)偏向焊縫沿著先共析鐵素體擴展。
　　通過搭接接頭裂紋試驗研究SHT1080和Q460搭接接頭裂紋敏感性，結果表明，搭接接頭裂紋敏感性較小，沒有裂紋產(chǎn)生，對于實際鏟斗生產(chǎn)中，應該將熱輸入控制在合適的范圍內(nèi)，并且優(yōu)化結構尺寸，避免板材裝配間隙過大，降低拘束度。

5、>　　低溫(≤0℃)下直Y坡口對接裂紋試驗表明焊接SHT1080/Q460高強鋼時，盡管熱輸入合適，但是焊接電流較大(400A)會導致焊縫中心出現(xiàn)裂紋。低溫下焊接鏟斗Q460底板和SHT1080加強耐磨板，采用熱輸入范圍為14.2～18.9kJ/cm，電流265A～296A，裝配時控制搭接間隙，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焊接熱輸入進行有效控制。當熱輸入小于14.2kJ/cm時，焊縫組織以AF為主，只有少量PF分布在部分奧氏體晶界。當熱輸入大于17.6kJ/cm時，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高強鋼接頭兩側熔合區(qū)組織分布差異，對熔合區(qū)組織與裂紋萌

7、生、擴展之間的聯(lián)系進行討論。熔合區(qū)可以分為半熔化區(qū)和未混合區(qū)兩個部分，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側熔合區(qū)形成的鐵素體粗大，是造成冷裂紋偏向焊縫擴展的主要原因。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，促進形成高比例的AF，所以Q460側半熔化區(qū)抗裂性能差。
　　通過顯微硬度測試對SHT1080/Q460接頭熱影響區(qū)兩側淬硬性進行研究，SHT1080側最大硬度值388～259HV0.5，出現(xiàn)在距熔合線1mm左右的細晶區(qū)，Q460側最大硬度值出現(xiàn)粗晶區(qū)，值為416～360HV0.5，為接頭硬度最大值，硬度值均高于國際焊接學會(IIW)建議的最大硬度值280HV，說明Q460側具有很高的淬硬性，因此Q460側熔合區(qū)更