焊接电流对普碳钢焊件组织性能的影响.docx
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焊接电流对普碳钢焊件组织性能的影响
焊接电流对普碳钢焊件组织性能的影响
焊接电流对普碳钢焊件组织性能的影响
摘要：
本实验采用不同焊接电流对Q235B进行手弧焊焊接,焊后观察焊缝区和热影响区内的组织,并对焊件的硬度、抗拉强度、冲击韧性做了详细的研究，通过综合各方面的性能要求，最后提出合理的焊接工艺。
关键词：
硬度、抗拉强度、冲击韧性、焊接工艺
一、引言：
1、实验目的：
①、掌握金属焊接综合实验的试验方法
②、利用金属焊接性综合使用拟定储液压力容器筒体纵缝的
焊接工艺
③、分析不同焊接电流下同一特征区金相组织及硬度、σb
和ak的变化
④、分析热处理对焊接力学性能的影响
2、意义：
①、焊接成形是现代工业生产中重要的金属连接方法之一，广泛
应用于机械制造、冶金、石油化工、航空航天等工业部门。
②、通过分析实验各方面的性能，可以提出合理的焊接工工艺。
二、实验过程及方法：
实验材料：
Q235B板材，厚12mm。
焊条：
J422，Φ4mm。
（J表示结构钢焊条，42表示
42kg/mm2，为焊缝金属的抗拉强度，即420MPa，
2表示焊条类型为酸性焊条。
对应国际标准牌号E4303。
用于焊接较重要的低碳钢结构和强度等级低的低合金
钢，一般用于焊接钢结构和普通碳钢管道的焊接。
）
焊接设备：
硅整流电焊机
焊接工艺参数：
焊接电流分别为155A、160A和170A;
电弧电压为22~24V；
焊接速度为150±10mm/min
3、试样制备：
Ⅰ、金像观察（硬度测试）试样：
1先将试样的棱角磨平，再将试样断面一次用由粗到细的砂纸打磨，直至断面表面没有明显的划痕。
2在抛光机上对试样进行抛光，使试样表面没有划痕及凹坑。
3用浸蚀液（4%硝酸溶液）对断面表面进行腐蚀，然后冲洗并吹干。
4在金相显微镜下观察焊缝、过热区、熔合区、正火区、基体的形态，照相并做好记录。
5用洛氏硬度计在断面上打硬度，打3排，每排10个左右，并使硬度点穿过焊缝、过热区、熔合区、正火区、基体。
Ⅱ、拉伸：
将试样分成两组，一组不做任何处理，另一组进行去应力退火（将加热炉空炉加热到550℃，保温30分钟，放入试样保温40分钟，然后随炉冷却。
）
4、试验仪器及设备：
箱式电阻炉SX2-2.5-10拉伸机CHT4605
洛氏硬度计HR-150A冲击试验机JB30B
金相显微镜HXD-1000TMC
三、试验结果与分析：
1、金相组织观察：
局部相变区
过热区
母材
正火区
柱状晶
图1（s、l、m未退火，s、L、m为去应力退火）
结论及原因：
①、在不同电流作用下，同一试样的同一热影响区的晶粒形态不同，电流越大晶粒越大。
②在相同电流作用下，同一试样中不同热影响区晶粒形态不同，焊缝区、熔合区、过热区晶粒粗大、不规则；正火区晶粒呈细小、比较均匀。
原因：
电流大，溶化焊条的温度高（相当于熔池温度高），焊件保持液态的时间长，形成的枝晶粗大，使周围组织疏松。
2．焊接接头特征区的硬度
图2为不同焊接电流下，焊件退火前后各特征区硬度的变化曲线。
可见，在3种电流下，各区域硬度变化具有相同的规律，即从焊缝区到过热区硬度减小，正
火区硬度升高，之后在部分相变区再次降低。
注意到这种硬度的变化趋势与各区域显微组织的特征相吻合。
焊缝区所用的J422焊条，其化学成分与Q235钢
相近，而硬度较高可能缘于枝晶状的组织形态使碳化物分布在枝晶边界导致硬度增大;熔合区是铸态组织与晶粒粗大的过热组织混合，于是与之对应的硬度表
现为降低;过热区组织中粗大的晶粒使硬度继续降低;但到了正火区，组织中获得的细小晶粒导致硬度提高，而部分相变区由于不均匀的晶粒大小又使硬度再次降低。
进行退火后，相同的硬度变化趋势表明去应力退火不会改变硬度的变化规律，但可使同一特征区所对应的硬度值有所降低。
此外，还发现随焊接电流的增
加，退火前后的硬度差值增大。
焊接过程使金属处于局部受热而基体不受热的状
态。
金属在加热过程中处于高温塑性状态，容易产生压缩变形。
但焊缝冷却收缩过程中，受热金属的收缩同样也受冷态基体金属的牵制，产生拉应力和拉伸变
形。
因而在焊缝冷却后必然存在一定的残余应力。
残余应力的存在将在焊接接头中产生一定的弹性应变场，这有利于硬度的提高。
而焊件退火时，内部的残余
应力在加热保温过程中得到释放，弹性应变场减弱或消失，导致了硬度下降。
显然，较大的焊接电流引起较大的残余应力，同样进行退火，其焊件的残余应力下降得较多，于是相应的硬度值也有较大的降低，因此，焊接电流增大，表现为退火前后的硬度差值变大。
焊缝区
熔合区
过热区
正火区
部分相变区
s
87.85
90.57
93.35
94.27
92.47
S1
91.6
91.27
94.37
92.6
92.8
焊缝区
熔合区
过热区
正火区
部分相变区
M
77.09
93
96.03
96.7
93.67
M1
89.8
89.5
89.5
90.43
88.33
焊缝区
熔合区
过热区
正火区
部分相变区
L
95.5
91.2
96.23
97.34
93.94
L1
92.9
88.8
92.12
91.5
91.18
图2不同电流下焊接接头不同区域退火前后硬度变化
结论：
同一电流下，从焊缝区到基体硬度整体上呈下降趋势，但正火区硬度突然变大。
原因是焊接结构钢时，热影响区的高温急速冷却会形成比母材硬度高得多的马氏体。
③、抗拉强度
试样分类
试样编号
试样宽度（mm）
试样厚度（mm）
抗拉强度（MPa）
平均抗拉强度（MPa）
S
（焊接电流：
155mA）
S
（未去应力退火）
S-1
25.00
12.00
355
392.5
S-2
25.00
12.00
430
S-3
25.00
12.00
335
S-4
25.00
12.00
450
S1
（去应力退火）
S1-1
25.00
12.00
450
416.25
S1-2
25.00
12.00
375
S1-3
25.00
12.00
395
S1-4
25.00
12.00
445
M
（焊接电流：
160mA）
M
（未去应力退火）
M-1
25.00
12.00
390
418.75
M-2
25.00
12.00
435
M-3
25.00
12.00
430
M-4
25.00
12.00
420
M1
（去应力退火）
M1-1
25.00
12.00
420
441.25
M1-2
25.00
12.00
480
M1-3
25.00
12.00
410
M1-4
25.00
12.00
455
L
（焊接电流：
170mA）
L
（未去应力退火）
L-1
25.00
12.00
465
435
L-2
25.00
12.00
400
L-3
25.00
12.00
445
L-4
25.00
12.00
430
L1
（去应力退火）
L1-1
25.00
12.00
450
452.5
L1-2
25.00
12.00
475
L1-3
25.00
12.00
455
L1-4
25.00
12.00
430
不同焊接电流条件下退火前后焊接接头抗拉强度的变化
结论：
不同电流时，中电流的σb值最大，大电流的最小。
在同一电流下，小电流、中电流退火后σb变大，大电流时变小。
原因：
退火后，内部组织不变，应力减小。
四、结论：
1、在不同电流作用下，同一试样的同一热影响区的晶粒形态不同，电流越大晶粒越大。
2、不同电流下，大电流特征区的硬度最大，小电流的硬度最小。
3、不同电流时，中电流的σb值最大，大电流的最小。
在同一电流下，小电流、中电流退火后σb变大，大电流时变小。
原因：
退火后，内部组织不变，应力减小。
4、缺口开在焊缝：
退火后，冲击韧性随电流的增大而增大，未处理时，随电流的减小先增大后减小。
大电流时退火后的冲击韧性大，中、小电流时退火后冲击韧性小。
缺口开在过热区：
退火后冲击韧性增大。
退火前后随电流的减小冲击韧性先增大后减小。
5、同一电流下，V形缺口开在过热区的ak值大于V形缺口开在焊缝区ak值。
同一电流下，退火后冲击韧性比退火前大
五、参考文献：
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哈尔滨工业大学出版社，2008，121-124
2、吴更生，赵海燕，王煜高能束焊接数值模拟中的新型热源模拟【J】焊接学报，2004,25
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91-95.
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4、彭云，田志凌，何长虹等400MPa级超细晶粒钢板焊接热影响的组织和力学性能[J]，焊接学报，2003.26（5）：
21-24
5、发荣，伍尚礼．焊接残余应力测试与计算[M】．长沙：
湖南大学出版社，19874—56．
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