工程机械用高强钢HG785匹配WER80焊丝焊接性研究

牛全峰，杨学智

（恩施职业技术学院 电气与机械工程系，湖北 恩施 445000）

工程机械用高强钢HG785匹配WER80焊丝焊接性研究

牛全峰，杨学智

（恩施职业技术学院 电气与机械工程系，湖北 恩施 445000）

为了检验武钢研发的高强度级别工程机械用钢HG785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，对20 mm和40 mm规格HG785钢的冷裂纹敏感性、焊接工艺性能、焊接材料及焊接热影响区、焊缝性能变化规律进行了试验研究。研究结果表明，20 mm规格以下HG785钢可实现无预热焊接，等强匹配WER80焊丝气体保护焊接接头力学性能亦达到该钢种工程技术要求。

工程机械用钢；无预热焊接；冷裂纹敏感性；气体保护焊接；焊接材料

在钢铁制造行业中，随着精炼技术、微合金技术、控轧控冷技术以及变形热处理等技术的应用，使现代高强钢的强度韧性及焊接性大幅度提高。高强钢的焊接性主要包括裂纹敏感性和焊接热影响区性能两个方面。焊接性、焊接材料及相应的焊接工艺是高强钢焊接的三个基本要素，三者密不可分。因此，如不解决高强钢的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍该钢种的推广应用。本课题主要围绕工程机械用高强钢HG785d的焊接性、焊接材料及焊接热影响区性能展开试验研究，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 HG785钢抗裂性能研究

工程机械低合金高强钢HG785在成分设计中注重钢的焊接性能，通过微合金化控轧控冷工艺，在保证高强度和高韧性的同时，希望钢种的淬硬性低，具有较高的抗冷裂纹能力，从而能采用不预热焊接。

1.1 冷裂纹敏感性评估

试验所用HG785钢化学成分见表1，力学性能见表2。

表1 HG785钢化学成分 %

表2 HG785钢力学性能

低合金高强钢的焊接冷裂纹敏感指数Pcm和Pc可以用于碳质量分数不大于0.18%的低合金高强钢冷裂纹敏感性评估与预测，根据Pcm和Pc可以计算出HG785低合金高强钢焊接试验的预热温度T0。

式中：[H]—焊条扩散氢含量，mL/100 g；

h—钢板厚度，mm。

通过公式（1）~（3），可以计算出厚度为20 mm和40 mm试验用HG785钢的Pcm，Pc及所需的预热温度，具体数值见表3。

表3 HG785钢的Pcm，Pc及所需的焊接预热温度

采用JS80高强度气体保护焊丝焊接预热温度计算结果表明，焊接20 mm规格HG785钢所要求的防止冷裂纹产生的预热温度为10℃，即在常温下可进行焊接试验。焊接40 mm规格的HG785钢需要预热。

1.2 斜Y形坡口焊接裂纹试验

斜Y形坡口焊接裂纹试验方法具有较大的拘束度，在试验焊缝及热影响区中模拟了焊接结构中严酷的应力状态，因此常用来测定钢种的焊接冷裂纹敏感性。

1.2.1 试验条件

斜Y形坡口焊接裂纹试验条件(焊丝、钢板及焊接设备)见表4。

表4 斜Y形坡口焊接裂纹试验条件

1.2.2 试验工艺

此次HG785钢的斜Y形坡口焊接试验采用手工气体保护焊进行，焊接规范参数根据气体保护焊工艺特点制定，固定焊缝焊接采用JS80气体保护焊丝，保证焊缝有一定的余高以增加试件的刚性。焊接规范参数见表5。

表5 试验焊缝焊接规范参数

1.2.3 试验结果

试验焊缝焊后放置48 h，用10倍放大镜进行试验焊缝的表面裂纹检查。完成表面裂纹观察后进行试样的解剖，将焊缝宽度开始均匀处与焊缝弧坑中心之间长度约70 mm的试验焊缝分成5等分，磨平5个观察面，用10%的硝酸酒精溶液腐蚀后进行焊缝断面裂纹率的检测。斜Y形坡口焊接裂纹试验结果见表6，斜Y形焊接裂纹试验焊后剖面低倍照片如图1所示。表面裂纹率和断面裂纹率计算按照GB 4675.1—1984中的公式（4）和公式（5）计算，即

式中：Cf—表面裂纹率，%；

式中：CS—断面裂纹率，%；

He—断面裂纹高度，mm；

H—焊缝金属断面高度，mm。

表6 斜Y形坡口焊接裂纹试验结果

图1 不同规格HG785Q钢斜Y形焊接裂纹试验焊后剖面低倍照片

对HG785钢冷裂纹敏感性分析得出：随着板厚的增加，钢的冷裂纹敏感系数增加，并促使预热温度升高。在常温下进行了20 mm和40 mm规格的HG785钢斜Y形坡口焊接裂纹试验，20 mm规格的HG785钢断面裂纹率均为零，可进行不预热焊接。40 mm规格的HG785钢断面裂纹率为51%，根据冷裂纹敏感性评估及试验结果，焊接时应预热至85℃。试验用HG785钢斜Y形坡口焊接裂纹试验结果与冷裂纹敏感性评估结果相一致。

2 HG785钢匹配WER80焊丝焊接研究

为了配合武钢高强度工程机械用钢的研制及推广应用，对20 mm和40 mm板厚的工程机械用钢HG785进行了气体保护焊接性能试验，试验中钢板与焊材为等强匹配。

2.1 焊接材料及焊接工艺条件

试验所用气体保护焊丝为常州金狮焊接材料有限公司生产的WER80焊丝，直径为1.2 mm。焊接试验采用LINCOLN Powerwave 455焊机，保护气体为M21（80%Ar+20%CO2）富氩混合气，气体流量为18 L/min。焊接时采用多层多道焊，在保证母材充分融合的情况下，尽量减少热输入。层间温度控制在150℃以下，采用正面焊完反面机械清根，见焊肉。焊接环境温度为25℃，湿度为85%，焊接工艺参数见表7。

表7 HG785钢匹配WER80焊丝焊接工艺参数（纵向）

2.2 焊接接头力学性能

对规格为20 mm和40 mm的HG785钢板焊接后进行焊接接头力学性能试验，包括焊接接头横向拉伸试验、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。焊接接头拉伸及冷弯试验结果见表8，焊缝金属拉伸试验结果见表9，不同规格HG785钢气体保护焊焊接接头冲击试验结果如图2所示。

表8 焊接接头拉伸及冷弯试验结果

表9 焊缝金属拉伸试验结果（φ6 mm圆棒试样）

2.3 焊接接头硬度试验

图2 不同规格HG785钢气体保护焊焊接接头冲击试验结果

对规格为20 mm和40 mm两种HG785钢气体保护焊焊接接头进行了维氏硬度试验。测试焊接接头HV5硬度值，每0.5 mm测试一点，试验部位从基材到焊缝全接头断面，硬度测试位置如图3所示。图3中HG785钢各测试位置的焊接接头硬度曲线如图4和图5所示。

图3 硬度测试位置

图4 规格为20 mm的HG785钢焊接接头硬度曲线

图5 规格为40 mm的HG785钢焊接接头硬度曲线

3 试验结果分析与结论

（1）20 mm钢板焊接接头试样抗拉强度达到810 MPa，断于焊缝外。40 mm钢板全板厚拉伸试样抗拉强度达到855 MPa，断于焊缝。焊接接头拉伸试验结果表明，焊接接头抗拉强度满足钢材强度要求。

（2）弯曲试验（d=3a）20 mm钢板正弯67o出现裂纹，反弯79o出现裂纹；40 mm钢板正弯95o出现裂纹，反弯91o出现裂纹，弯曲性能良好。

（3）20 mm钢板焊接接头试样焊缝-20℃冲击功均值达到119 J，熔合线达到78 J，热影响区（线外 1 mm）达到 78 J。40 mm钢板焊缝-20℃冲击功均值达到98 J，熔合线达到76 J，热影响区 （线外1 mm）达到65 J。金属夏比V形缺口冲击试验结果表明，焊接接头焊缝金属冲击韧性均满足钢材技术条件要求。

（4）φ 6 mm焊缝金属抗拉强度均值达到775MPa，断面收缩率达到65%，焊缝金属抗拉强度稍低于名义值，延展性满足钢材技术条件要求。

（5）从焊接接头硬度曲线图可以看出：基材与焊缝的硬度比较平均，HV5均在250左右，热影响区存在一定程度的硬化，最高值超过了350，在工程机械用钢硬度允许范围内。

研究结果表明，焊接20 mm规格HG785钢无需预热，40 mm规格的HG785钢需要预热；选用WER80气体保护焊丝分别匹配20 mm和40 mm板厚的武钢工程机械用钢HG785进行了气体保护焊接性能试验，焊接接头三区力学性能满足工程机械用高强钢焊接技术要求。

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Research on Weldability of High Strength Steel HG785 Used for Engineering Machinery Matching WER80 Welding Wire

NIU Quanfeng，YANG Xuezhi
(Department of Electrical and Mechanical Engineering,Enshi Polytechnic,Enshi 445000,Hubei,China)

In order to verify whether the weldability of high strength steel HG785 used for engineering machinery can meet the requirements of engineering technology,it should speed up the popularization and application of this steel grade.In this article,it studied 20 mm and 40 mm HG785 steel from several aspects,including cold cracking sensitivity,welding process performance,welding material,change rule of HAZ and weld properties.The results indicated that HG785 steel below 20 mm can realize welding without preheating,and the mechanical properties of welded joints by adopting gas shielded welding with same strength matching WER80 wire also reach the requirements of this steel engineering technology.

engineering machinery steel;welding without preheating;cold cracking sensitivity;gas shielded welding;welding material

TG406

B

1001－3938（2015）08-0006-05

牛全峰（1977—），男，山东日照人，硕士，副教授，工程师，主要从事材料的加工技术与应用研究工作。

2015－04－01

李红丽