t8/5对BWELDY700QL4高强钢焊接接头过热区组织性能的影响

马清波 赵娇玉

(中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江 齐齐哈尔 161002)

BWELDY700QL4低合金钢是近年来开发用于起重机构件的低合金高强钢，已广泛应用于起重机的吊臂、底架、转台等部件[1]，但其强度级别较高，有一定的淬硬倾向，焊接时易产生冷裂纹[2]。t8/5对焊接接头热影响区的组织与性能有显著的影响，是衡量低合金高强钢焊接时产生冷裂纹的重要参数[3]。下文通过小铁研抗裂性试验、焊接热模拟试验、冲击试验、硬度试验和金相组织分析研究了t8/5对BWELDY700QL4低合金高强钢焊接接头过热区组织与性能的影响，为其生产应用提供了一定的理论依据。

1 试验材料和方法

1.1 钢材性能分析及焊材选择

BWELDY700QL4低合金高强钢，调质状态供货，其化学成分及力学性能如表1所示。

表1 BWELD700QL4的化学成分与力学性能

按照国际焊接学会(IIW)推荐的碳当量公式：

经过计算，该钢材的碳当量达到0.465，说明该钢的淬硬倾向较明显，具有一定的冷裂倾向，为降低淬硬倾向，焊接应采取适当的预热措施。

BWELDY700QL4低合金高强钢的屈服强度不低于700 MPa，抗拉强度不低于860 MPa，在焊接材料的选配上，要充分考虑保证焊缝金属的强度、塑性和韧性，在结合钢材的强度等级和化学成分的基础上选择焊接材料为YM-80A的焊丝。焊接材料熔敷金属的化学成分与力学性能如表2所示。

1.2 试验方法

1.2.1斜Y型坡口焊接裂纹试验

为了测试BWELDY700QL4低合金高强钢及匹配焊材的抗裂性能，确定合适的预热温度，按照GB/T 4675.1—1984《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》，分别进行了不同预热温度下BWELDY700QL4低合金高强钢的小铁研抗裂性试验。焊接方法为熔化极混合气体保护焊(GMAW)，保护气体为Ar和CO2，二者体积比为V(Ar)：V(CO2)=4∶1；焊接电流为240 A，焊接电压为20～22 V。

1.2.2焊接热模拟试验

为测定t8/5时间对BWELDY700QL4低合金高强钢过热区组织和性能的影响，采用Gleeble-3800热模拟机分别进行了不同t8/5时间的热模拟试验，并对焊接热模拟试件进行室温和-40 ℃的冲击试验、金相组织分析和硬度试验。表3为焊接热模拟试验参数[4]。

表2 YM-80A焊丝的化学成分与力学性能

表3 BWELD700QL4材料焊接热模拟试验参数

2 试验结果与分析讨论

2.1 小铁研抗裂性试验

4种预热温度下BWELDY700QL4低合金高强钢小铁研抗裂性试验结果如表4所示。当试件及环境温度为5 ℃且不预热焊接时，试件的表面裂纹率为91%，断面裂纹率为71.4%；预热温度为50 ℃、100 ℃、150 ℃时试件的表面裂纹率和断面裂纹率均为零。因此，焊接BWELDY700QL4低合金高强钢应进行50 ℃以上的预热[5]。

表4 BWELDY700QL4低合金高强钢小铁研抗裂性试验

2.2 冲击试验

BWELDY700QL4低合金高强钢过热区冲击试验按GB/T 2650—1989《焊接接头冲击试验方法》进行，缺口形式为V型，图1所示为t8/5时间对BWELDY700QL4低合金高强钢过热区冲击性能的影响曲线图。由图中可知，随着t8/5时间增加，冲击值逐渐增加，并趋于平稳。在室温下，t8/5时间为7.2～13 s时，其冲击值在106～143 J之间，均满足钢材规定值要求的47 J。在-40 ℃条件下，t8/5为7.2 s时，其冲击值为36 J，低于钢材规定值要求的47 J；当t8/5为9.0 s时，其冲击值达到73 J，满足钢材规定值要求的47 J；当t8/5为13.0 s时，其冲击值达到102 J。这说明为使过热区的冲击韧性值达到钢材规定要求，t8/5时间不应小于9.0 s。

图1 t8/5对BWELDY700QL4低合金高强钢过热区冲击性能的影响

2.3 显微组织分析

图2为BWELDY700QL4低合金高强钢在不同t8/5时间时过热区的金相组织照片。其过热区的组织均为板条马氏体，晶粒度均为5级。

图2 BWELD700QL4低合金高强钢在不同t8/5下过热区的金相组织

2.4 硬度试验

BWELDY700QL4低合金高强钢在不同t8/5时间时过热区的硬度测试结果如表5所示。其硬度值在HV424～480，说明在不同t8/5时间下其过热区的硬度变化不大，t8/5时间对过热区硬度无明显影响。

表5 BWELD700QL4低合金高强钢在不同t8/5过热区硬度测试结果

3 结论

(1)BWELD700QL4低合金高强钢具有一定的冷裂倾向，焊接时需要进行适当的预热。

(2)在室温和-40 ℃条件下，随着的t8/5时间增加(7.2～13 s)，BWELDY700QL4低合金高强钢过热区的冲击韧性值呈现渐增趋势，为使过热区的冲击韧性值达到母材规定值要求，建议t8/5时间不应小于9.0 s。

(3)当t8/5时间在7.2～13.0 s时，BWELDY700QL4低合金高强钢过热区组织均为板条状马氏体，晶粒度为5级，且其过热区硬度变化不明显。