工程机械用高强钢HG980焊接性研究

牛全峰

工程机械用高强钢HG980焊接性研究

牛全峰

为了检测武钢研发的高强度级别工程机械用钢HG980的焊接性能是否满足工程技术要求，加快该钢种的推广应用，本研究对25mm规格的HG980钢焊接工艺性能、焊接材料及焊接热影响区、焊缝性能及组织变化规律进行了试验研究。研究表明，HG980钢低强匹配HS-80焊丝气保焊接头力学性能达到该钢种工程技术要求。

工程机械用高强钢HG980是HG785钢系列升级产品，随着高强度级别工程机械用钢产量不断增大，为加快钢材的推广应用，我们主要围绕工程机械用高强钢HG980进行了气保护焊接性试验。试验采用低强匹配，其目的是掌握焊接热影响区性能变化规律，使焊接接头综合性能满足高强钢焊接技术要求。

1. 试验材料及方法

HG980钢的化学成分及力学性能如表1、表2所示，其规格为600mm×125mm×25mm。试验所用气保焊丝为哈尔滨焊接研究所生产的HS—80气保护焊丝，φ1.2mm。采用熔化极气保护焊接，采用LINCOLN Powerwave 455焊机，保护气为M21富氩混合气： 80%Ar+20%CO2，气体流量为18L/min。焊接电源为直流反接，试板预热150℃，采用多层多道焊，层间温度控制在150℃以下，在保证母材充分熔合的情况下，尽量减少热输入。采用正面焊完反面机械清根，直至呈现焊缝金属。焊接环境温度为25℃，湿度为81%，焊接参数如表3所示。

2. 试验结果及分析

（1）焊接接头力学性能分析 对板厚25mm HG980钢进行了富氩保护焊接性试验，接头采用低强匹配，用适当的焊接工艺时飞溅小，烟尘适中，外观成形良好。焊接完毕后对接头进行了力学性能试验：包括接头横向拉伸试验、弯曲试验、冲击试验（焊缝、熔合线及热影响区）和焊缝金属拉伸试验。试验结果如表4~表6所示

表1 HG980钢化学成分（质量分数） （%）

Cr Ti Mo Nb B V Ceq Pcm 0.477 0.011 0.427 0.034 0.0015 0.044 0.5756 0.2557

表2 HG980钢力学性能

表3 HG980气保护焊接性能试验工艺

表4 焊接接头拉伸及弯曲试验结果

表5 焊接接头冲击试验结果

表6 焊缝金属拉伸试验结果

以上数据表明：接头强度达到930MPa，断于焊缝；弯曲试验（d=3a）中接头正弯反弯都是140°出现裂纹，弯曲性能优良；接头试样焊缝-20℃冲击吸收能量均值达到113J，熔合线达到64J，热影响区（线外1mm）达到57J。冲击试验结果表明，接头焊缝金属冲击韧性优良，满足钢材技术条件要求；φ6mm焊缝金属拉伸试样抗拉强度达到940MPa，屈服强度为570MPa，断面收缩率为69.5%，伸长率为16%，表明焊缝金属抗拉强度及延展性满足工程机械用钢技术要求。

（2）焊接接头硬度试验结果及分析 焊接完毕后对接头进行了维氏硬度试验（HV10）。每0.5mm测试一点，试验部位从基材到焊缝全接头断面，如图1所示。

试验结果显示，基材和焊缝HV10值较平均，在300HV左右。在接头表面下2mm区域热影响区存在一定的硬化倾向，HV10值在350HV左右，接头中间位置热影响区的硬度值基本与基材和焊缝持平。接头的异常区域HV10硬度值超过350HV，这与后面的金相检测结果中此区域出现马氏体组织相符。

图1 硬度试验位置

（3）焊接接头金相分析 焊后取全接头断面送检，要求检测接头五区组织，检测结果如图2所示。

接头焊缝左侧出现异常热影响区，对划圈区域进行了金相检测，结果如图3、图4所示：

接头金相检测结果表明，焊缝组织为针状铁素体掺杂先共析铁素体，焊缝组织在奥氏体转变过程中，由于碳含量低，部分铁素体先析出，故形成先共析铁素体。热影响区为贝氏体掺杂屈氏体、马氏体组织，过热区贝氏体显粗大，马氏体呈板条状，这与此区硬度值升高相符。正火区冷却速度适中，得到细化的贝氏体组织。不完全正火区贝氏体没有完全奥氏体化，只在晶界出现奥氏体化，冷却后贝氏体晶界出现更细小的屈氏体。由于接头出现较大异常热影响区域，单独对其

进行了金相分析，其焊缝组织出现了马氏体，所以此区出现硬度值偏大。金相组织检测结果与硬度实验结果相符。

图2 接头各区域金相组织

图3 检测位置

3. 结语

（1）HG980钢匹配HS—80气保护焊丝进行了气保护焊接性能试验，在低强匹配条件下，焊接接头强度≥930MPa；弯曲试验（d=3a）中接头正弯反弯都是140°出现裂纹，弯曲性能优良，焊缝-20℃冲击吸收能量均值达到113J，熔合线处达到64J，热影响区达到57J，冲击韧性优良；表明各项性能满足工程机械用钢技术要求。

（2）气保护焊接头焊缝为针状铁素体，高强度条件下保证了良好的韧性；热影响区多为贝氏体组织，在粗晶区出现少量马氏体组织，导致该区淬硬倾向增大，出现一定程度硬化，形成焊接接头韧性的一个薄弱区。

图4 异常区域金相组织

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牛全峰，副教授，恩施职业技术学院电气与机械工程系副主任，主要从事材料的加工技术与应用研究工作。