薄板熔化焊的最佳熔深

薄板熔化焊的最佳熔深吳永超;鐘球;陳振裕;張楚忠【摘要】在金相檢驗(yàn)工作中發(fā)現(xiàn)，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中無焊接熔深上限值的規(guī)定,很多零部件在焊接時(shí)出現(xiàn)無節(jié)制地加大熔深的現(xiàn)象，導(dǎo)致母材過熱而引發(fā)斷裂失效.通過控制焊接電流、電壓等工藝參數(shù)，對不同厚度的鋼板進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊得到焊接組合體.通過萬能電子拉力試驗(yàn)機(jī)、顯微維氏硬度計(jì)、光學(xué)顯微鏡進(jìn)行力學(xué)性能測試與金相檢驗(yàn)，討論了熔深對焊接體抗拉強(qiáng)度、硬度及顯微組織的影響.研究結(jié)果表明:當(dāng)焊接熔深控制在大于0.2mm且小于板厚的0.6倍范圍內(nèi)時(shí)廄可保證足夠的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)又可避免因過熱導(dǎo)致的斷裂失效.對于不能用拉伸試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的焊接件，可以用金相測量法測定熔深進(jìn)行驗(yàn)證判定.【期刊名稱】《理化檢驗(yàn)-物理分冊》【年(卷)，期】2014(050)005【總頁數(shù)】4頁(P347-350)【關(guān)鍵詞】二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊;熔深;抗拉強(qiáng)度;顯微組織【作者】吳永超;鐘球;陳振裕漲楚忠【作者單位】一汽海馬汽車有限公司，?？?70216;一汽海馬汽車有限公司，海口570216;一汽海馬汽車有限公司，?？?70216;一汽海馬汽車有限公司，?？?70216【正文語種】中文【中圖分類】TG406熔化焊是焊縫金屬與母材金屬熔融成一個(gè)組合體的過程。熔融的程度無疑對組合體的力學(xué)性能有必然的影響，熔融不夠，則結(jié)合力不足；熔融過度，將產(chǎn)生過熱等不良影響。但無論是針對焊接的國際標(biāo)準(zhǔn)，還是國家標(biāo)準(zhǔn)，均沒有規(guī)定熔深限值。在實(shí)際檢驗(yàn)工作中發(fā)現(xiàn)，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中無熔深限值，故很多零部件的焊接都無節(jié)制的加大熔深，導(dǎo)致出現(xiàn)大量因母材過熱引發(fā)的斷裂失效。如某公司的前、后懸掛橫梁總成、排氣歧管及發(fā)動機(jī)安裝支架斷裂等，均是因熔深過度導(dǎo)致焊縫或母材過熱而出現(xiàn)脆性相造成的［1-2］。筆者旨在研究熔深對焊接組合件的力學(xué)性能的影響規(guī)律，對熔深上限進(jìn)行合理限制，避免因熔深過度導(dǎo)致的斷裂失效；并研究不同熔深時(shí)各相關(guān)組織的變化趨勢及特點(diǎn)，完善焊接質(zhì)量金相檢驗(yàn)方法。1試樣制備與試驗(yàn)方法1.1焊接過程選用表1所示的5種鋼板，均裁剪為600mmx150mm的規(guī)格，按圖1所示的搭接方式焊接，其中t為板厚，P為熔深，搭接量為30mm,焊接成5組試樣。另外，再取表1中的4號2.0鋼板按圖2所示的對接方式焊接，制成另一組試樣。對表1所示的1~4號鋼板采用型號為JUN10R-283的焊機(jī)，焊材牌號為ER50-6;對5號不銹鋼板采用焊接機(jī)器人，焊材牌號為ER308。每組（共6組）試樣通過調(diào)節(jié)焊接電流、電壓、送絲速度和焊接速度進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊后自然空冷，獲取預(yù)期的7個(gè)不同熔深的焊件。具體的焊接工藝如下：焊接電流1~7檔，電流50~125A，電壓13~20V，氣體流量15~20L/min,送絲速度5~40mm/min，焊絲的干伸長度15mm，焊接速度20~100mm/min。表1焊接鋼板的參數(shù)Tab.1Parametersofweldedsteelplates序號板厚/mm牌號基體組織抗拉強(qiáng)度/MPa硬度/HV0.210.7DC04鐵素體+珠光體270~35080~10221.0DC04鐵素體+珠光體270~35084-9931.6DC04鐵素體+珠光體270~350150~17542.020鐵素體+珠光體420~49085~10551.0SUS436鐵素體410~455160~180圖1搭接焊示意圖Fig.1Schematicdiagramoflapwelding圖2對接焊示意圖（mm）Fig.2Schematicdiagramofbuttwelding1.2測試過程依據(jù)GB/T2651-1989《焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法》，在CMT5305萬能電子拉力試驗(yàn)機(jī)上測定板厚為1.0,1.6,2.0mm的焊接接頭的抗拉強(qiáng)度，在CMT6104萬能電子拉力試驗(yàn)機(jī)上測定板厚為0.7mm的焊接接頭的抗拉強(qiáng)度。用FM-100顯微硬度計(jì)測定焊接件焊縫區(qū)、熱影響區(qū)、母材區(qū)域的顯微硬度。將試樣切割、鑲樣、打磨拋光、腐蝕，在LEICAS60體式顯微鏡下測試熔深。取不同熔深試樣經(jīng)切割、磨制、拋光后，用體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精溶液侵蝕，在LEICADMIRM光學(xué)顯微鏡下分別觀察焊縫組織、母材熔化重結(jié)晶組織及其區(qū)域大小、母材熱影響區(qū)組織及其區(qū)域大小。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1熔深對焊接件抗拉強(qiáng)度的影響圖3為6組不同鋼板焊接后熔深與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系，可以看出當(dāng)熔深達(dá)到0.1mm時(shí)，焊縫的抗拉強(qiáng)度即可達(dá)到母材強(qiáng)度的80%；當(dāng)焊接熔深控制在大于0.2mm且小于板厚的0.6倍時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值；當(dāng)熔深超過板厚的0.6倍時(shí)，抗拉強(qiáng)度急劇下降。圖3不同厚度鋼板熔深與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系曲線Fig.3Relationcurvesbetweenweldpenetrationwithtensilestrengthofdifferentthicknesssteelplates2.2熔深對抗拉斷裂位置的影響從試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熔深低于0.2mm時(shí)，主要為焊縫斷裂；當(dāng)焊接熔深控制在大于0.2mm且小于板厚的0.6倍時(shí)，焊縫斷裂與母材熱影響區(qū)斷裂幾率相當(dāng)；當(dāng)熔深超過板厚的0.6倍時(shí)，主要為母材熱影響區(qū)斷裂。焊縫斷裂大部分出現(xiàn)在熔合線附近的未熔合區(qū)，母材斷裂位置大部分位于焊趾處。2.3熔深對母材熱影響區(qū)硬度的影響圖4為熔深與母材熱影響區(qū)硬度的關(guān)系，可以看出母材重結(jié)晶區(qū)的硬度均高于母材的硬度，表明該區(qū)域生成了硬脆相，并在焊接熔深約等于板厚的0.6倍時(shí)達(dá)到最大值。圖4熔深與母材熱影響區(qū)硬度的關(guān)系曲線Fig.4Relationcurvesbetweenweldpenetrationwithhardnessofheataffectedzoneofbasemetal2.4熔深對焊縫組織的影響圖5不同熔深的焊縫組織Fig.5Microstructureofweldwithdifferentweldpenetrationvalues圖5顯示了不同熔深(P<0.2mm/0.2mm<P<0.6t/P>0.6t)焊接體的焊縫組織，可以看出當(dāng)熔深小于0.2mm時(shí)，焊縫組織為柱狀晶，晶界處為鐵素體，晶內(nèi)為索氏體；當(dāng)焊接熔深控制在大于0.2mm且小于板厚的0.6倍時(shí)，大部分焊縫組織為柱狀晶，晶界處為鐵素體，晶內(nèi)為索氏體，有少量魏氏組織；而熔深超過板厚的0.6倍時(shí)，大部分組織為粗大柱狀晶，晶界處為鐵素體，晶界內(nèi)為珠光體和鐵素體，呈嚴(yán)重的魏氏組織。2.5熔深對母材熱影響區(qū)組織的影響圖6顯示了不同熔深(P=0.12,0.24,0.62,1.4mm)焊接體的母材熱影響區(qū)的組織，可以看出熔深為0.12mm時(shí)，母材熱影響區(qū)的組織為細(xì)晶粒鐵素體和少量珠光體；熔深為0.24mm時(shí)，為粗晶粒鐵素體和較多珠光體；熔深為0.62mm時(shí)，為粗晶粒鐵素體和較多珠光體，以及大量的魏氏組織；熔深為1.4mm時(shí)，為粗大的回火板條馬氏體。3結(jié)論焊接件熔深達(dá)到0.1mm時(shí)，焊接件的抗拉強(qiáng)度已達(dá)到母材強(qiáng)度的80%，此時(shí)焊縫組織為柱狀晶，組織中無脆性相；母材熱影響區(qū)為細(xì)晶粒鐵素體和少量珠光體，也無脆性相，但在此焊接條件下有部分焊件出現(xiàn)了部分未熔合。當(dāng)焊接熔深控制在大于0.2mm且小于板厚的0.6倍時(shí)，焊接件的抗拉強(qiáng)度已達(dá)到最大值，拉斷強(qiáng)度均已大于母材強(qiáng)度。此時(shí)焊縫組織為柱狀晶，晶界處為鐵素體，晶內(nèi)為索氏體，有少量魏氏組織；母材熱影響區(qū)組織為粗晶粒鐵素體和較多珠光體，伴有少量脆性相，且此時(shí)焊接外觀質(zhì)量最優(yōu)。當(dāng)熔深超過板厚的0.6倍時(shí)，抗拉強(qiáng)度明顯下降，焊縫組織為粗大柱狀晶，呈嚴(yán)重的魏氏組織，有較多脆性相，且母材熱影響區(qū)的組織也呈明顯的魏氏組織，甚至為粗大的回火板條馬氏體。無論是焊縫還是母材熱影響區(qū)的組織均已形成明顯的脆性相，故導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度降低。綜上所述，焊接質(zhì)量與熔深有直接的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)焊接熔深控制在大于0.2mm且小于板厚的0.6倍范圍內(nèi)時(shí)，既可保證足夠的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)可避免過熱導(dǎo)致的斷裂失效問題。對于不能用拉伸試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的焊接件，可以用金相法測量熔深進(jìn)行驗(yàn)證判定。圖6不同熔深焊縫的母材熱影響區(qū)的顯微組織Fig.6Microstructureofheataffectedzonewithdifferentweldpenetrationvalues(a)P=0.12mm(ontheleftsideforbasemetal