謝芋江，周培山，楊祥海，景勇俊

(西南石油大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，四川 南充 637001）

0 前言

RSW是最重要的電阻焊方法之一，它具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用[1]。在焊接過程中，焊接接頭各部位受到不同的熱循環(huán)，相當(dāng)于金屬受到一系列的熱處理，因此焊接接頭各處組織存在著一定的差異和不均勻性[2]。采用RSW焊接工藝對(duì)Q235B鋼薄板進(jìn)行焊接，通過觀察優(yōu)質(zhì)焊接接頭各部位的金相顯微組織，分析焊接接頭硬度分布特點(diǎn)，為RSW在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用提供一定的理論參考。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 焊接材料和設(shè)備

試驗(yàn)采用唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司生產(chǎn)的YR－350SA2HGE固定點(diǎn)焊機(jī)，對(duì)厚度δ=1 mm的Q235B鋼板進(jìn)行焊接。用OLYMPUS-TOKYO金相顯微鏡進(jìn)行接頭顯微組織觀察，用HVS-1000維氏硬度計(jì)測(cè)量焊接接頭顯微硬度。Q235B鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1所示。

表1 Q235B鋼化學(xué)成分 %

1.2 焊接工藝參數(shù)

在點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)過程中，主要考慮焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力三個(gè)因素對(duì)焊接接頭質(zhì)量的影響。通過工藝試驗(yàn)確定了最佳焊接工藝參數(shù)：焊接電流I=10.63kA；焊接時(shí)間t=0.16s；電極壓力Fw=2.25kN。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 焊接接頭宏觀形貌

RSW焊接接頭主要由熔核區(qū)、熱影響區(qū)和母材三部分組成。圖1a是優(yōu)質(zhì)RSW焊接接頭的整體形貌，可以清楚地看到焊接接頭熔核區(qū)的柱狀晶垂直于試件的貼合面。圖1b是圖1a的局部放大圖，圖中從左到右標(biāo)注阿拉伯?dāng)?shù)字之處分別為焊接接頭受到不同熱循環(huán)而形成的各個(gè)區(qū)域，其中①為焊件母材，②是焊接接頭的正火區(qū)，③為過熱區(qū)，④是熔核區(qū)。圖1c是焊接接頭組織縱向的局部放大100倍的照片，可以看出由下到上各個(gè)部分組織存在著明顯的差別，依次分別為母材、熱影響區(qū)和熔核區(qū)。最下面一層白色組織是母材，主要成分是塊狀的鐵素體；最上層是熔核區(qū)，該區(qū)主要由粗大的柱狀晶組成，柱狀晶規(guī)則的縱向排列與焊接貼合面垂直；在母材和熔核區(qū)之間的部分就是熱影響區(qū)，整個(gè)熱影響區(qū)主要由正火區(qū)和過熱區(qū)組成。該區(qū)域下面靠近母材部分晶粒細(xì)小，而上面靠近熔核區(qū)部分晶粒較為粗大。晶粒細(xì)小部分為正火區(qū)，該區(qū)塑性和韌性都比較好，而晶粒粗大部分為過熱區(qū)，過熱區(qū)金屬在焊接過程中處于過熱狀態(tài)，所以此處晶粒粗大，導(dǎo)致其塑性和韌性都較差。仔細(xì)觀察還會(huì)發(fā)現(xiàn)，在熔核區(qū)與過熱區(qū)之間有一個(gè)比較狹窄的區(qū)域組織分布不均勻，晶粒大小不一，這就是熔合區(qū)，不管是從成分上還是從組織上來(lái)看都存在著一定不規(guī)律性，因此該區(qū)的性能不佳。

2.2 焊接接頭微觀組織

圖2是圖1b中①位置處焊件母材（Q235B熱軋薄板）部分放大400倍的顯微組織照片。母材Q235B的金相顯微組織主要由白色的塊狀鐵素體和黑色的碳化物組成。

圖3依次是RSW焊接接頭從母材到熔核區(qū)各部分的顯微組織（400×），在焊接接頭上從左到右依次拍攝。

圖1 焊接接頭宏觀形貌Fig.1 Macroscopic morphology of welded joint

圖2 母材Q235B組織Fig.2 Microstructure of base metal Q235B

圖3 焊接接頭各部分金屬組織Fig.3 Microstructure of parts of welded joint

如圖3所示，圖3a左邊部分是母材，其組織為白色塊狀的鐵素體和少量的黑色珠光體。右邊是焊接接頭的正火區(qū)，其組織為細(xì)小的塊狀鐵素體和珠光體。在焊接過程中，正火區(qū)位置所處的溫度范圍約在A3～1 000℃之間，相當(dāng)于經(jīng)過了一次正火的熱處理，得到了均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體組織，所以此區(qū)域的塑性和韌性都比較好[3]。圖3b為正火區(qū)到過熱區(qū)的過渡區(qū)域，左邊是靠近正火區(qū)的組織而右邊則是過熱區(qū)的組織，過熱區(qū)主要由珠光體和少量呈羽毛狀的上貝氏體組成。由圖可知，靠近過熱區(qū)側(cè)組織明顯比正火區(qū)粗大。這是因?yàn)楹附舆^程中過熱區(qū)金屬處于過熱狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生了嚴(yán)重的長(zhǎng)大現(xiàn)象，冷卻后得到了粗大的組織。焊接通電結(jié)束后，冷卻速度比較快，小部分過冷奧氏體快速冷卻到中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，因而在此區(qū)形成了少量的上貝氏體，導(dǎo)致此區(qū)的強(qiáng)度和韌性在一定程度上變差。圖3c左邊靠近過熱區(qū)，右邊是靠近熔核區(qū)組織，而中間部分主要為熔合區(qū)組織，該區(qū)域組織比較復(fù)雜，從圖上來(lái)看晶粒大小不一。由于該區(qū)在化學(xué)成分上和組織上都有較大的不均勻性，所以熔合區(qū)塑性和韌性都不好，與過熱區(qū)一樣都是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。圖3d是熔核區(qū)的組織，主要為低碳馬氏體和殘余奧氏體。在低倍顯微鏡下觀察該區(qū)主要為柱狀晶，放大400倍以后的照片顯示，該區(qū)組織呈一束束平行排列的細(xì)板條狀，又由于顯微硬度測(cè)試顯示該區(qū)的平均硬度約為400 HV（相當(dāng)于41.6HRC），且焊接母材的含碳量小于0.2%。由此推斷該焊接接頭的熔核區(qū)組織存在大量的低碳馬氏體[4-5]。

2.3 焊接接頭硬度分布

用維式顯微硬度計(jì)測(cè)量焊接接頭各部分的硬度值，施加載荷F＝0.98 N，加載時(shí)間t=15 s，在距離熔核水平中心線0.1 mm處從熔核中心向母材金屬方向測(cè)試硬度，每?jī)蓚€(gè)測(cè)試點(diǎn)之間間隔0.5mm，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 焊接接頭顯微硬度分布Fig.4 Microhardness distribution of welded joint

從圖4可以看出，焊接接頭的熔核區(qū)硬度值比較平均，整體硬度遠(yuǎn)高于母材，整個(gè)焊接接頭的硬度峰值出現(xiàn)在熱影響區(qū)的過熱區(qū)位置，到正火區(qū)位置組織硬度開始下降，到母材位置時(shí)硬度降到最低點(diǎn)。這是因?yàn)镽SW形成的熔核組織發(fā)生了馬氏體相變，產(chǎn)生了大量的板條狀馬氏體，所以硬度急劇上升，遠(yuǎn)大于母材。過熱區(qū)產(chǎn)生了少量上貝氏體，且組織較為粗大，因此焊接接頭硬度峰值出現(xiàn)在該區(qū)。正火區(qū)在焊接熱循環(huán)的作用下，晶粒均勻細(xì)小，無(wú)過熱組織產(chǎn)生，因此硬度在該區(qū)開始下降，逐漸接近母材硬度。

3 結(jié)論

（1）整個(gè)焊接接頭從中心往母材方向，依次可以分為熔核區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)等幾個(gè)主要區(qū)域。

（2）正火區(qū)組織為均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體，此區(qū)域的塑性和韌性都比較好；過熱區(qū)主要由珠光體和少量上貝氏體組成，晶粒較粗大，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)；熔核區(qū)主要為板條馬氏體，具有一定的塑性和韌性。

（3）焊接接頭熔核區(qū)硬度值分布較均勻，整體硬度值遠(yuǎn)高于母材；整個(gè)焊接接頭的硬度峰值出現(xiàn)在過熱區(qū)；焊接接頭硬度在正火區(qū)急劇下降，逐漸接近母材硬度值。

[1]袁少波，童彥剛.點(diǎn)焊技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2005，35(2)：26-30.

[2]徐學(xué)利，辛希賢，石 凱，等.焊接熱循環(huán)對(duì)X80管線鋼粗晶區(qū)韌性和組織的影響[J].焊接學(xué)報(bào)，2005，26（8）：69-73.

[3]張文鉞.焊接冶金學(xué)（基本原理）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[4]李日娟.310S+Q235B不銹鋼復(fù)合鋼板焊接工藝[J].電焊機(jī)，2008，38（7）：70-72.

[5]羅保發(fā).電阻點(diǎn)焊組織預(yù)測(cè)和質(zhì)量控制研究[D].天津：天津大學(xué)，2008.