WELDOX960E高强钢手工电弧焊焊接接头组织与力学性能

许冰，许鸿吉，陈增有，马清波，谢明

(1.大连交通大学 材料科学与工程学院，辽宁 大连 116028;2.中国北车集团 齐齐哈尔车辆(集团)有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002)*

0 引言

近年来，随着我国铁路的发展，铁路起重机作为一种处理铁路行车事故的主要救援设备，在铁路行车事故中发挥着至关重要的作用［1］.而吊臂是铁路起重机的重要受力构件，其制造质量的好坏直接影响铁路起重机整机的性能.WELDOX960E高强钢已应用于铁路起重机吊臂的生产，但由于其开发时间不长，对其焊接性及接头组织与性能的研究还存在不足，本文通过拉伸、弯曲、冲击、硬度和金相分析等，对用手工电弧焊焊接WELDOX960E高强钢接头显微组织与力学性能进行研究，为目前铁路起重机吊臂所面临的困境提供合理的解决方案.

1 试验材料和方法

试验材料为WELDOX960E高强钢，调质状态供货;焊接材料为φ4.0 mm的Phoenix SH Ni2 K130焊条(焊前经350℃ ×2 h烘干)，采用手工电弧焊;接头形式为对接，试样板厚为10 mm，焊缝形式为60°V形坡口;试验材料和焊接材料的化学成分与力学性能见表1和表2，焊接工艺参数见表3.

表1 WELDOX960E高强钢的化学成分(%)与力学性能

表2 Phoenix SH Ni2 K130焊条的化学成分(%)与力学性能

表3 焊接工艺参数

2 试验结果与分析讨论

2.1 拉伸试验

室温拉伸试验按GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》和GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》进行.拉伸试验结果见表4，焊接接头的抗拉强度平均值为978 MPa，其断裂位置为焊缝，同时，热影响区有明显的颈缩现象，断口中心由细小的韧窝群组成(见图1).因此，其焊接接头具有良好的拉伸性能.

表4 焊接接头拉伸试验结果

图1 焊接接头拉伸试验断口形貌

2.2 弯曲试验

弯曲试验按GB2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》和GB/T232-2010《金属材料弯曲试验方法》进行.弯曲试验结果见表5，不论面弯还是背弯，均有裂纹，但裂纹小，弯曲角度可达到180°，合格.说明用 Phoenix SH Ni2 K130焊条焊接WELDOX960E高强钢也可获得弯曲性能良好的焊接接头.

表5 焊接接头弯曲试验结果

2.3 冲击试验

冲击试验按GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》和GB/T2650-2008《焊接接头冲击试验方法》进行.冲击试验结果见表6，室温时，焊缝、热影响区和母材的冲击功平均值为54、27和63J;-40℃时，焊缝、热影响区和母材的冲击功平均值为38、8和59J;-60℃时，焊缝、热影响区、母材的冲击功平均值为25、5和30J.热影响区冲击功值较低，是因为粗晶区产生M-A组元，使热影响区韧性下降［2］.试件断口形貌为浅韧窝，说明其焊接接头具有良好的冲击性能.

2.4 金相分析试验

WELDOX960E高强钢焊接接头经加工、打磨、抛光后，用4%硝酸酒精溶液腐蚀，在BX51M型光学显微镜下观察焊缝、热影响区和母材的显微组织形态(如图2所示).可见WELDOX960E高强钢焊接接头焊缝组织(图2(a))为少量针状铁素体与粒状贝氏体的混合分布;熔合区组织(图2(b))为板条马氏体和少量白色M-A块区，且晶粒粗大，这是焊接热输入过大造成的;正火区显微组织(图3(c))为块状铁素体、粒状贝氏体和珠光体;母材显微组织(图2(d))为回火索氏体.

表6 焊接接头冲击试验结果 J

图2 焊接接头显微组织

2.5 硬度试验

WELDOX960E高强钢焊接接头硬度试验按GB/T4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验》进行.焊接接头硬度分布曲线如图3所示.焊接接头各区域的硬度值是由焊接热输入与母材组织成分共同决定的.焊缝显微硬度为270～300 HV，粗晶区显微硬度最高.热影响区存在轻微的软化，软化发生在不完全相变区，造成WELDOX960E高强钢焊接接头软化的原因主要是由于焊后焊接接头热影响区的局部区域出现了沿晶界呈颗粒状或块状分布的组织(主要是铁的碳化物)，这些组织在晶界的聚集使得原本均匀细小的回火索氏体组织不再均匀一致，从而使得该区域的组织发生软化［3-4］.

图3 焊接接头硬度分布曲线

3 结论

(1)采用Phoenix SH Ni2 K130焊条、手工电弧焊焊接WELDOX960E高强钢时，可以获得拉伸、弯曲和冲击性能均良好的焊接接头;

(2)WELDOX960E高强钢焊接接头焊缝组织为少量针状铁素体与粒状贝氏体的混合分布;熔合区及粗晶区组织晶粒粗大，为板条马氏体和少量白色M-A块区;正火区组织为块状铁素体、粒状贝氏体和珠光体;母材组织为回火索氏体;

(3)焊缝显微硬度为270～300HV，粗晶区硬度最高.由于焊接热输入较大，热影响区宽度增加，且距离熔合线30 mm处出现软化区.

［1］刘冰.NS100G型100t伸缩臂式铁路起重机设计研究［D］.大连:大连交通大学，2007.

［2］付荣柏.起重机钢结构制造工艺［M］.北京:中国铁道出版社，1991.

［3］李亚江，邹增大，陈祝年.HQ130高强钢热影响区组织及韧性［J］.焊接学报，1997，18(1):27-32.

［4］崔忠圻.金属学与热处理［M］.北京:机械工业出版社，1988.

［5］马清波，陈增有，许鸿吉，等.BS600MCJ4低合金高强钢焊接接头组织与力学性能研究［J］.热加工工艺，2012，41(9):169-171.