曹永錄 王文忠 付培茂

1. 概述

由于超高強度鋼具有降低結(jié)構(gòu)自重、提高承載能力的顯著特點，因此近年來屈服強度900MPa超高強度鋼在國內(nèi)汽車起重機、混凝土泵車上被大量采用，以滿足工程機械向大型化、輕量化、高效能化方向發(fā)展的需求。由于超高強鋼合金系統(tǒng)復(fù)雜、淬硬傾向較大，焊接時容易產(chǎn)生冷裂紋；對于采用TMCP技術(shù)生產(chǎn)的超高強鋼，焊接過程中易產(chǎn)生焊接接頭脆化及軟化問題。因此，防止焊接冷裂紋產(chǎn)生、確保焊接接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能是該系列鋼材的焊接技術(shù)關(guān)鍵。

本文通過對公司TMCP工藝生產(chǎn)的混凝土泵車臂架用超高強度鋼TS900QC進(jìn)行氣體保護(hù)焊接工藝試驗研究，得出合理的焊接參數(shù)。

2. 焊接工藝分析

（1）母材化學(xué)成分及力學(xué)性能 太鋼產(chǎn)56m混凝土泵車臂架用TS900QC，鋼板厚度8mm，其化學(xué)成分及力學(xué)性能分別如表1、表2所示。

根據(jù)以往的力學(xué)性能試驗經(jīng)驗，只要焊縫金屬的強度≥母材的87%，仍可保證焊接接頭與母材等強。因此，選擇伯合樂氣體保護(hù)實芯焊絲T Union GM120，焊材熔敷金屬化學(xué)成分及力學(xué)性能如表3、表4所示。

（2）焊接工藝 根據(jù)公式計算出斜Y坡口Pcm=0.207<0.25，該鋼的冷裂紋敏感性不大。斜Y形坡口焊接裂紋試驗焊接參數(shù)如表5所示。

采用半自動熔化極富氬混合氣體（80%Ar+20%CO2）保護(hù)焊（MAG焊），水平對接焊，直流反接；焊接接頭坡口形式為60度V形坡口，鈍邊0~0.5mm，間隙1~2mm。水平對接試板尺寸為8 mm×350 mm×350 mm，幾種不同焊接熱輸入量及不同熔滴過渡形式下焊接參數(shù)如表6所示。

表1 TS900QC鋼板化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) （%)

表2 TS900QC鋼板力學(xué)性能

表3 氣體保護(hù)實芯焊絲T Union GM120化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) （%)

表4 氣體保護(hù)實芯焊絲T Union GM120力學(xué)性能

（3）試驗結(jié)果及分析 首先，斜 Y形坡口焊接裂紋試驗結(jié)果如表7所示。由表7可知，對厚度8mm鋼板，在本試驗條件下均沒有產(chǎn)生焊接冷裂紋，因此可以說該鋼具有較好的焊接性。

其次，熔滴過渡形式及熱輸入對焊接接頭拉伸及沖擊性能的影響。不同焊接熱輸入量及不同熔滴過渡形式下TS900QC 鋼焊接接頭拉伸及低溫沖擊試驗結(jié)果如表 8所示。

由表8可知，從強度方面考慮，應(yīng)采用小熱輸入（<1.57 kJ/mm）焊接，焊后最好不要進(jìn)行熱處理；從沖擊性能考慮，采用短路過渡焊接時，盡量將熱輸入控制在1.1~1.7kJ/mm之間；采用射流過渡焊接時，盡量將熱輸入控制在1.1~1.4kJ/mm之間，在結(jié)構(gòu)允許情況下，焊后進(jìn)行熱處理，會使整個焊接接頭抗沖擊性能將有所改善，但應(yīng)將熱處理溫度控制在350~400℃之間，保溫1h。

最后，焊接熱輸入量及熔滴過渡形式對焊接接頭金相組織及顯微硬度影響。不同焊接熱輸入量及不同熔滴過渡形式對TS900QC 鋼焊接接頭金相組織及顯微硬度影響如表9所示。

由表9可知：射流過渡下，隨熱輸入增大，焊縫及過熱區(qū)硬度都隨之降低，而重結(jié)晶區(qū)硬度變化不大。短路過渡下，采用小熱輸入（1.15kJ/mm）焊接，焊縫及重結(jié)晶區(qū)硬度都較高，而過熱區(qū)硬度隨熱輸入變化無一定規(guī)律，這可能與過熱區(qū)馬氏體組織含量有關(guān)。相同熱輸入下焊后熱處理后，焊縫及重結(jié)晶區(qū)硬度顯著降低。

焊縫組織基本為貝氏體或貝氏體+少量馬氏體的混合組織，但在射流過渡小熱輸入（0.92 kJ/mm）焊接時，焊縫組織為馬氏體+少量貝氏體，焊縫硬度太高，致使焊縫彎曲性能變壞。過熱區(qū)組織在采用射流過渡（熱輸入為1.05~1.57kJ/mm）焊接時，組織為粒狀貝氏體，焊接接頭彎曲性能優(yōu)良。

表 5 斜Y形坡口焊接裂紋試驗焊接參數(shù)

表6 焊接工藝試驗參數(shù)

表7 斜 Y形坡口焊接裂紋試驗結(jié)果

表8 焊接接頭拉伸及沖擊性能

表9 焊接接頭金相組織及顯微硬度

3. 結(jié)語

（1）TS900QC鋼具有一定焊接裂紋敏感性，但在板厚較薄(≤8mm），常溫下水平對接，產(chǎn)生焊接冷裂紋傾向不大，可不預(yù)熱，因此該鋼具有較好的焊接性。

（2）采用射流過渡焊接，將熱輸入控制在1.1~1.4kJ/mm間，焊接接頭綜合性能滿足混凝土泵車臂架的技術(shù)要求。

（3）在結(jié)構(gòu)允許情況下，焊后可進(jìn)行熱處理，但應(yīng)將熱處理溫度控制在350~400℃之間，保溫時間1h左右。

[1] 中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊第2卷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[2] 楊才福，張永權(quán)．新一代易焊接高強度高韌性船體鋼的研究[J]．鋼鐵，2001，36(11)：50-54．