热输入对SA612M钢焊接接头力学性能的影响

周 平

（江西工程学院 智能制造与能源工程学院，江西 新余 338000）

SA612M钢为国内某钢厂生产的压力容器用钢［1］，为保证压力容器的安全性，不仅要求SA612M钢的具有较高的强度、良好的塑性和耐腐蚀性能，而且还要求其具有良好的冲击韧性［2］。

本文对10 mm厚的SA612M钢进行焊接工艺试验，对不同热输入焊接工艺参数的焊接接头进行力学试验，对接头材料组织进行金相观察，分析热输入对焊接接头力学性能的影响。

1 试验材料与方法

试验材料为SA612M压力容器用钢板，材料化学成分如表1所示，试板尺寸为350 mm×160 mm×10 mm，材料力学性能如表2所示。

表1 SA612M钢化学成分

表2 SA612M钢力学性能

采用埋弧焊工艺对SA612M钢板进行不同焊接参数下的焊接试验，焊接时采用气体保护焊打底，共进行了3次焊接试验，焊接试样组号为1、2、3，使用Dimension TM812自动埋弧焊机进行焊接，焊接用焊丝为伯合乐Ni2，焊剂为OP121TT，具体的焊接工艺参数见表3。

表3 焊接工艺参数

由表1可知，随着焊接速度的增大，第1至第3组的焊接试样热输入逐步降低，热输入Q与焊接速度v成反比，其计算公式为

式中：η为焊接热效率系数，取0.86；U为焊接电压；I为焊接电流。

焊接试验后，参照国标GB/T 2651—2008对焊接接头采用线切割取样，并对焊接接头的力学性能及显微组织进行测试与分析，接头断面如图1所示。取样时避开焊缝头尾两端，沿焊接垂直方向截取，确保试样中心为焊缝。采用电液伺服万能试验机进行焊接接头的拉伸、弯曲试验，接头拉伸、弯曲试样尺寸如图2所示。

图1 接头断面

图2 接头拉伸、弯曲试样

2 试验结果及分析

2.1 焊接接头力学性能

依照GB/T 2654—2008对焊接接头进行硬度试验，通过显微维氏硬度试验测量焊接接头各区硬度，测试点位置距焊缝上表面2 mm，以焊缝中心为测量距离基点，从焊缝一侧母材开始到另焊缝一侧母材逐点测试，测试结果如图3所示。由图3知，在经过加热和迅速冷却后，焊缝中出现淬硬组织，HAZ过热区的维氏硬度值HV5比母材高56左右。

图3 SA612M钢焊接接头硬度分布曲线

对3组焊接接头的焊缝中心（WM）、融合线附近（FL+1、FL+2）分别依照GB/T2650—2008、GB/T 2653—2008、GB/T 2651—2008进行冲击、弯曲、拉伸等试验，测试焊接接头材料的机械性能，试验测试温度为-40℃，测试数据见表4，拉伸、弯曲试验的试验结果如图4所示。

由表4和图4知，SA612M钢焊接接头在进行弯曲、拉伸试验时，焊缝处没有出现裂纹。随着热输入的降低，SA612M钢焊接接头的强度变化不大，材料的冲击韧性增强。

表4 焊接接头机械性能

图4 接头拉伸、弯曲试验结果

2.2 焊接接头材料组织分析

焊接接头经用砂纸研磨、抛光和4%的硝酸酒精溶液腐蚀后，依照GB/T 13299—1991用BX-500标准光学显微镜分别检测3组焊接接头热影响区金相组织，检测结果分别如图5、图6和图7所示。

由图5、图6和图7知，第1组和第2组试样热影响区出现魏氏体组织；第3组试样热影响区未出现魏氏体组织，且晶粒尺寸更细。

图5 第1组接头热影响区的金相组织

图6 第2组接头热影响区的金相组织

图7 第3组接头热影响区的金相组织

3 结论

（1）热输入从15 kJ/cm升高到30 kJ/cm时，SA612M钢焊接接头抗拉强度变化不大。

（2）热输入在15～30 kJ/cm区间内变化时，SA612M钢焊接接头各区域的冲击韧性发生变化。

（3）对于SA612M压力容器用钢，应严格控制焊接的热输入量，以保证材料焊接接头热影响区的冲击韧性。