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        橋梁高強(qiáng)鋼用藥芯焊絲YCJ110K3—1的研制

        2015-12-27 07:34:48孟慶潤(rùn)呂奎清王勇
        金屬加工(熱加工) 2015年4期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能焊縫

        孟慶潤(rùn) 呂奎清 王勇

        Q620E橋梁鋼具有高強(qiáng)、高韌性,焊接性良好等特點(diǎn)。隨著鋼板強(qiáng)韌性等級(jí)提高,對(duì)焊接材料也提出較高要求,為滿足高強(qiáng)鋼對(duì)焊接材料的要求,研制出與Q620E鋼材相匹配的YCJ110K3—1藥芯焊絲是十分必要的。

        1. 焊絲配方設(shè)計(jì)

        (1)渣系選擇 焊絲采用以金紅石為主,加上一定量石英和氧化鎂的TiO2-SiO2-MgO渣系,該渣系特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)良好的全位置焊接,便于工程實(shí)際操作。采用鎂鋁等強(qiáng)氧化劑脫氧,降低焊縫中O、N含量。選用富氬氣體(80%Ar+20%CO2)作為保護(hù)氣體,增加合金過(guò)渡系數(shù)。通過(guò)加入稀土氧化物凈化焊縫,提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性。

        (2)合金系統(tǒng)選擇 焊絲合金系為Mn-Si-Ti-B,同時(shí)加入稀土元素。通過(guò)控制Mn、Si、Ti、B在焊縫中含量,提高焊縫金屬低溫沖擊韌性。當(dāng)焊縫中wMn=0.8%~1.4%,wSi=0.3%~0.55%時(shí),得到較多針狀鐵素體組織。低合金鋼焊縫中Ti、B可以大幅提高焊縫韌性。

        Ti與O的親和力很大,焊縫中Ti是以微小顆粒氧化物形式(TiO)彌散分布于焊縫中,可以促進(jìn)焊縫金屬晶粒細(xì)化。這些小顆粒TiO還可以作為針狀鐵素體(AF)的形核質(zhì)點(diǎn),促進(jìn)AF的生成。Ti在焊縫中保護(hù)B不被氧化,B可以作為原子偏聚于晶界,降低晶界能,抑制先共析鐵素體的形核和長(zhǎng)大,促進(jìn)生成針狀鐵素體,改善焊縫組織韌性。焊縫中Ti-B最佳值為wTi=0.03%~0.05%,wB=0.0040%~0.0065%。

        2. YCJ110K3—1藥芯焊絲性能分析

        (1)焊接參數(shù) 選用 Q620E鋼板,板厚20mm,在焊接過(guò)程中采用小擺動(dòng)的焊接手法,進(jìn)行多層多道焊接。焊接參數(shù)如表1所示。

        (2)力學(xué)性能 熔敷金屬化學(xué)成分、力學(xué)性能、對(duì)接接頭力學(xué)性能分別如表2~表4所示。

        表1 焊接參數(shù)

        表2 熔敷金屬化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        表3 熔敷金屬力學(xué)性能

        表4 對(duì)接接頭力學(xué)性能

        (3)熔敷金屬金相組織 焊縫組織中以針狀鐵素體為主,還含有部分細(xì)小的貝氏體和馬氏體。大量針狀鐵素體保證了焊接接頭具有較好的沖擊韌性。

        (4)熔敷金屬擴(kuò)散氫含量測(cè)定 按照GB/T3965—1995的要求,用水銀法檢測(cè)熔敷金屬擴(kuò)散氫含量。試驗(yàn)條件:電弧電壓28V、焊接電流260A、環(huán)境溫度24℃、環(huán)境濕度37%、保護(hù)氣體為富氬。擴(kuò)散氫含量測(cè)試結(jié)果如表5所示。由表5可知,擴(kuò)散氫含量均值3.7mL/100g,檢測(cè)結(jié)果<5.0mL∕100g,達(dá)到了超低氫水平。這對(duì)于提高焊絲抗冷裂紋具有重要意義。

        3. 焊接電弧工藝性分析

        (1)試驗(yàn)參數(shù) 選取兩種焊絲,分別為YCJ110K3—1和國(guó)外樣品,焊絲直徑均為1.2mm,采用時(shí)代公司產(chǎn)NB—500氣體保護(hù)焊機(jī)。保護(hù)氣體為富氬氣體(80%Ar+20%CO2),預(yù)設(shè)電壓為24.5V,氣體流量為18L/min,干伸長(zhǎng)為18mm。采用直流反接極性,用HA—XII—4E型德國(guó)漢諾威分析儀測(cè)試焊接電弧物理指數(shù),焊接采樣時(shí)間每次分別10s。

        (2)電弧物理指數(shù)測(cè)試 表6為兩種藥芯焊絲電弧物理指數(shù)測(cè)試結(jié)果。熔滴短路周期變異系數(shù)ε(Tc)可以用來(lái)表征熔滴過(guò)渡周期特征信息,ε(Tc)值越小,表明焊接過(guò)程越穩(wěn)定,熔滴尺寸細(xì)小。因此ε(Tc)可以作為評(píng)價(jià)藥芯焊絲工藝性的判據(jù)。由表6可以發(fā)現(xiàn),YCJ110K3—1焊絲ε(Tc)值低于樣品焊絲,說(shuō)明熔滴過(guò)渡穩(wěn)定,工藝性良好。

        (3)短路頻率測(cè)試 采用漢諾威分析儀對(duì)兩種藥芯焊絲進(jìn)行測(cè)試,分析儀設(shè)置最小短路時(shí)間T:1min=1 000μs,閾值電壓UN=18V,短路時(shí)間組寬ΔT1=100μs,短路周期組寬ΔTc=500μs。圖1是兩種藥芯焊絲短路時(shí)間T1頻次疊加圖。短路過(guò)渡形態(tài)所占比例較多時(shí),短路頻率較高。噴射過(guò)渡形態(tài)所占比例較多時(shí),由于短路情況較少,總的短路頻率較少。當(dāng)焊絲為完全的噴射過(guò)渡時(shí),短路頻率基本接近于零。焊接時(shí)統(tǒng)計(jì)得到的短路出現(xiàn)的頻率越少,說(shuō)明噴射過(guò)渡的傾向越大,工藝性越好。

        由圖1看出,YCJ110K3—1焊絲在該參數(shù)下總的短路頻率較少,說(shuō)明其噴射過(guò)渡的傾向較大,工藝性較好。

        (4)高速攝影 YCJ110 K3—1焊絲在28V/240A參數(shù)下高速攝影照片如圖2所示。從圖2可看出,熔滴過(guò)渡為噴射過(guò)渡,熔滴尺寸細(xì)小,熔滴過(guò)渡頻率高,電弧穩(wěn)定。

        表5 擴(kuò)散氫含量

        表6 兩種藥芯焊絲電弧物理指數(shù)測(cè)試結(jié)果

        圖 1

        圖 2

        4. 結(jié)語(yǔ)

        YCJ110K3—1藥芯焊絲具有良好的綜合力學(xué)性能,低溫沖擊韌性良好;工藝優(yōu)良,焊絲擴(kuò)散氫達(dá)到超低氫水平,抗裂性優(yōu)良。該焊絲自投產(chǎn)后,用于Q620E橋梁鋼的焊接,用戶反應(yīng)良好。

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

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