陳 浮 黃治軍 朱叢茂 胡家國

（武漢鋼鐵（集團）公司研究院 湖北 武漢：430080）

0 前言

隨著近年來造船業(yè)向大容量、大體積方向的發(fā)展，高強度鋼板被越來越多的采用，并且要求在焊接時采用大的熱輸入。這不僅要求焊接生產(chǎn)安全可靠，更要求高速高效。氣電立焊（electro－gas welding）是由普通熔化極氣體保護(hù)焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法。其優(yōu)點是生產(chǎn)率高，成本低。與窄間隙焊的主要區(qū)別在于焊縫一次成形，而不是多道多層焊。氣電立焊的能量密度比電渣焊高且更加集中，焊接技術(shù)卻基本相同。它利用類似于電渣焊所采用的水冷滑塊擋住熔融的金屬，使之強迫成形，以實現(xiàn)立向位置的焊接。通常采用外加單一氣體（如CO2）或混合氣體（如Ar＋CO2）作保護(hù)氣體。氣電立焊工藝可以解決厚板焊縫采用常規(guī)CO2多道焊時質(zhì)量難以保證和效率低的難題。然而此工藝焊接時線能量非常大，易造成焊接熱影響區(qū)韌性下降而影響其實際推廣應(yīng)用。武鋼新型大線能量焊接船用鋼結(jié)合氧化物冶金及TMCP工藝，從鋼板本身的角度解決了大線能量焊接熱影響區(qū)韌性下降，出現(xiàn)軟化等主要難題。本文主要介紹了針對武鋼耐大線能量焊接船用鋼EH36W50（承受受焊接線能量超過50kJ／cm）的氣電立焊工藝試驗情況與結(jié)果分析，為武鋼新型船用鋼的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 試驗材料及方法

焊接材料采用神戶制鐵所氣電立焊專用CO2氣保護(hù)藥芯焊絲DWS－43G，直徑1.6mm，試驗采用工業(yè)性試制的EH36W50鋼為TMCP狀態(tài)，鋼板厚度為25mm，焊接試驗所用鋼板、焊接材料其熔敷金屬化學(xué)成分及焊縫金屬機械性能見表1、表2、表3及表4。

表1 EH36W50鋼化學(xué)成分（wt%）

表2 EH36W50鋼力學(xué)性能

表3 DWS－43焊絲化學(xué)成分（wt%）

表4 DWS－43焊絲熔敷金屬力學(xué)性能

氣電立焊試驗采用氣電立焊專用焊機SG－2Z，焊接試板坡口根據(jù)氣電立焊工藝特點制定，焊接試板長度方向為軋向（縱向），試板坡口示意圖如圖1所示。氣電立焊一次填充完成。焊接試驗環(huán)境溫度25℃，相對濕度85%，焊接電流為360A，電弧電壓為38V，焊接速度為7.8cm／min，焊接線能量為105kJ／cm，保護(hù)氣體為CO2，氣體流量為25L／min。焊前無預(yù)熱，焊后無熱處理措施。對焊接接頭進(jìn)行超聲波探傷檢驗，檢驗等級為B級合格。

圖1 氣電立焊試驗試板坡口（mm）

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 焊接接頭力學(xué)性能試驗

拉伸、彎曲試驗可評定焊縫或焊接接頭的強度和塑性，反映出焊接接頭各個區(qū)域的塑性差別，暴露焊接缺陷，考核熔合區(qū)的接合質(zhì)量。沖擊試驗用于評定焊縫金屬和焊接接頭韌性和缺口敏感性。夏比V型缺口沖擊試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 氣電立焊接頭不同區(qū)域系列溫度沖擊功曲線

從試驗結(jié)果可以看出：采用DWS－43G匹配EH36W50鋼進(jìn)行氣電立焊，接頭抗拉強度為555MPa，拉伸試驗斷于焊外33mm處，冷彎在d＝3a，彎曲角度為180°情況下未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，說明焊接接頭具有較好的塑性，焊縫－20℃平均沖擊功為112J，－40℃平均沖擊功為89J，熱影響區(qū)線外2mm處－20℃平均沖擊功為184J，－40℃為147J。從圖2可見，隨試驗溫度降低，焊縫沖擊功下降稍快于母材，在－60℃時，焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)出現(xiàn)了明顯下降，但仍然達(dá)到78J。整個焊接接頭的沖擊韌性處于一個較高的水平。

對焊接接頭進(jìn)行了維氏硬度試驗，用于評定焊接接頭的硬化及軟化傾向，并可間接考核焊接接頭脆化程度，以對比焊接接頭各個區(qū)域的性能上的差別，找出區(qū)域性偏析和近焊縫區(qū)的淬硬傾向。維氏硬度試驗載荷為98N，測試區(qū)域包括接頭表面下2mm及板厚中心，測試線涵蓋焊縫、熱影響區(qū)、基材，每隔0.5mm測試一點。從試驗結(jié)果可以看：焊縫區(qū)HV10硬度均在200，母材硬度HV10在170－180之間，硬度低值出現(xiàn)在熱影響區(qū)，為165左右，接頭表面各區(qū)域硬度值較為平均，變化不大，熱影響區(qū)的硬度有所降低，說明有軟化現(xiàn)像，但強度并未顯著下降。焊接接頭各區(qū)HV10維氏硬度值均沒有超過300，說明EH36W50鋼淬硬傾向較小，具有良好的抗焊接冷裂紋能力。接頭的硬度曲線分別見圖3。

圖3 EH36W50氣電立焊接頭硬度曲線

2.2 焊接接頭金相組織分析

EH36W50鋼氣電立焊接頭焊縫、熱影響區(qū)過熱區(qū)和母材的光學(xué)顯微組織如圖4所示。從金相組織形貌可以看出，氣電立焊獲得的焊縫金屬組織為先共析鐵素體加大量細(xì)小針狀鐵素體，焊縫中較多的針狀鐵素體使焊縫具有優(yōu)良的沖擊韌性。接頭過熱區(qū)在焊接熱循環(huán)下奧氏體化，冷卻之后得到貝氏體加少量鐵素體組織，母材為鐵素體加貝氏體組織。金相組織與接頭力學(xué)性能有很好的對應(yīng)關(guān)系。

圖4 接頭各區(qū)特征金相組織

3 結(jié)論

（1）采用DWS－43G藥芯焊絲匹配EH36W50鋼進(jìn)行105kJ／cm線能量的氣電立焊，接頭具有良好的抗冷裂紋能力，熱影響區(qū)有軟化，但強度并未顯著降低，氣電立焊接頭綜合力學(xué)性能優(yōu)良。

（2）接頭母材組織為鐵素體加貝氏體組織，過熱區(qū)組織為貝氏體加鐵素體組織，焊縫中含有較多的針狀鐵素體和少量的先共析鐵素體。焊接熱影響區(qū)的細(xì)小貝氏體組織使焊接熱影響區(qū)具有較高的沖擊韌性。

［1］陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京：機械工業(yè)工業(yè)出版社，2002.

［2］美國焊接學(xué)會.焊接手冊［M］.清華大學(xué)譯.北京：機械工業(yè)出版社，1985.

［3］呂德林.焊接金相分析［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1987.