10mm厚Q1100E板材焊接性分析及试验研究

易忠奇，程浩轩，邱福祥

1.湖南机电职业技术学院 湖南长沙 410151

2.湖南华菱湘潭钢铁有限公司 湖南湘潭 411101

1 序言

低合金高强度结构钢通常是指抗拉强度在500～1200MPa（屈服强度＞350MPa），并考虑焊接性而生产制造的钢材，抗拉强度在1200MPa以上的称为超高强钢[1]。

随着工程机械构件大型化、大跨度化和轻量化制造的需求不断增强，使用的高强钢板强度级别也在不断提高，为此对材料的规格和使用性能提出了更加苛刻的要求[2]。钢材的焊接性在使用不同焊接方法焊接时会显现出一定的差异，在工程机械产品构件焊接中，因焊条电弧焊、氩弧焊的生产效率较低，埋弧焊的焊接位置受限而应用较少。因此，工程机械结构件产品焊接大都采用效率高、质量好、操作方便的CO2气体保护焊。

当前，屈服强度1100MPa级的高强钢已有宝钢、湘钢等部分钢厂可以生产，在部分企业已有试用。由于1100MPa级的高强钢属于特殊优质合金钢，在冶炼中添加了多种合金元素成分，因此碳当量（Ceq）较高、冷裂倾向比较大、焊接工艺性较差，其焊接工艺与低级别（Q960以下）的高强钢有较大不同。为研究Q1100E焊接性能，结合材料的成分与组织，对厚度10mm的Q1100E进行了斜Y形坡口和搭接接头（CTS）的焊接裂纹试验。

2 Q1100E板材成分与性能

（1）化学成分及力学性能 Q1100E板材化学成分及力学性能见表1、表2，交货状态：淬火+回火。

表1 板材化学成分（质量分数） （%）

表2 板材力学性能

（2）焊接性分析 碳当量法是一个简单实用的确定金属焊接性的方法，目前应用的碳当量计算公式较多。其中，国际焊接学会（I I W）推荐的CE、日本工业标准（JIS）规定和美国焊接学会（AWS）推荐的Ceq应用较广泛。CE主要适用于中高强度的非调质低合金高强度结构钢（抗拉强度为500～900MPa），Ceq（JIS）主要适用于调质低合金高强度结构钢（抗拉强度为500～1000MPa），Ceq（AWS）适用于碳素钢和低合金高强度结构钢。根据Ceq（AWS）=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2计算公式，可计算出试验用Q1100E板材碳当量为0.56%，其厚度为10mm，由此可知其焊接性较好。

（3）焊丝化学成分与力学性能 试验用焊丝化学成分与力学性能见表3、表4。

表3 焊丝化学成分（质量分数） （%）

表4 焊丝力学性能

3 Q1100E板材焊接性试验

（1）斜Y形坡口焊接裂纹试验 按CB/T 4364—2013《斜Y形坡口焊接裂纹试验方法》进行，主要用于评价厚板多层焊根部焊道的冷裂纹敏感性。试板厚度为10mm。如图1所示，对试板进行组对，其焊接参数：焊接电流230～240A，电弧电压22～24V，焊接速度180mm/min。试板焊后经48h自然冷却，对试验焊缝表面进行渗透检测。然后将试验焊缝切成4片5个断面进行裂纹检查，试验结果见表5，部分试样金相照片如图2、图3所示。

图1 试件组对要求

图2 N100-1铁研试样金相照片

图3 F100-1铁研试样金相照片

表5 斜Y形坡口焊接裂纹试验结果

（2）搭接接头（CTS）焊接裂纹试验 按GB/T 32260.2—2015《金属材料焊缝的破坏性试验 焊件的冷裂纹试验 弧焊方法 第2部分：自拘束试验方法》进行，主要用于评价搭接接头焊接裂纹试验。上下试板厚度为10mm，试板组对要求如图4所示。其焊接参数：焊接电流230～240A，电弧电压22～24V，焊接速度180mm/min。试板焊后经48h自然冷却，对试验焊缝表面进行渗透检测。然后将试验焊缝切成6片6个断面进行裂纹检查，试验结果见表6，部分CTS试样金相照片如图5、图6所示。

图4 试板组对要求

图5 N15-1 CTS试样金相照片

图6 F15-1 CTS试样金相照片

表6 CTS试验结果

4 结束语

钢的淬硬性是形成焊接冷裂纹的主要原因之一，受到焊接热循环的影响，焊接热影响区有着较高的淬硬倾向，是焊接冷裂纹敏感性较高的区域[3]。

按CB/T 4364—2013《斜Y形坡口焊接裂纹试验方法》和GB/T 32260.2—2015《金属材料焊缝的破坏性试验 焊件的冷裂纹试验 弧焊方法 第2部分：自拘束试验进行焊接试验》进行试验。由试验结果可知，室温（15℃）、预热75℃和预热100℃时存在一定程度裂纹，当预热温度在125℃及以上时，裂纹消失，可满足使用要求。