【科技】 Q690D 钢焊接性能及焊接工艺 2019,45 ( 3 ): 25-29 前言 Q690D 钢是 * * 公司开发的屈服强度 690MPa 级 微合金化 低合金高强钢, 具有优良的低温韧性, 主要用于工程和矿山机械 ,钢板 调质状态供货。为了掌握该钢种的基本焊接性,合理制定焊接工艺及焊后热处理工艺,使 Q690D 钢焊接接头性能满足工矿产品的使用要求, 本实验主要 研究 30mm 厚 Q690D 钢板的焊接工艺、焊后热处理工艺及焊接接头综合力学性能进行了试验研究 。 1 、 Q690D 钢板的化学成分及力学性能 试验用 Q690D 钢板 的 化学成分 和力学 性能 试验结果结果如 表 1 、 表 2 。 表 1 Q690D 钢板的化学成分( Wt% ) 炉号 C Si Mn P S Nb V Ti Cr Als 1053901 0.097 0.33 1.73 0.014 0.0026 0.044 0.062 0.0081 0.19 0.030 表 2 Q690D 钢板力学性能 拉伸性能 弯曲性能 d=3a,180° 冲击性能 KV 2 - 20 °C /J R m /MPa R p0.2 /MPa A/% 830 750 16.5 合格 199 198 163/187 2 、 Q690D 钢焊接工艺研究 由于焊接热输入量变化将影响焊接热循环过程,由此将对焊接接头焊缝金属和热影响区的组织和力学性能带来影响,为了掌握焊接热输入量变化对 Q690D 钢焊接接头力学性能的影响,为制定合理的焊接工艺提供依据,本试验采用 JM-110 焊丝、 Ф1.2 焊丝, 80%Ar+20%CO 2 气体保护焊进行了不同焊接热输入量的对接接头焊接试验,分别对 Q690D 钢 焊接接头的力学性能和微观组织进行了 试验 和分析。 JM-110 焊丝熔敷金属力学性能见表 13 ; 不同焊接热输入量及不同焊道间温度焊接条件见表 14 。 表 13 实心焊丝 JM-110 熔敷金属力学性能 拉伸性能 冲击性能KV 2 /J 注 R m /MPa R p0.2 /MPa A/ % -20 °C -40 °C 焊态 750 690 21.5 158 135 106/133 101 109 102/104 表 1 4 试板焊接条件 No. 焊接电流 /A 电弧电压 /V 焊接速度 /mm/ m in 预热温度 /°C 道间温度 /°C 热输入量 / k J/mm 1 230 25 330 60 150 1.0 2 270 30 330 60 150 1. 5 3 320 33 330 60 150 1.9 4 320 33 270 60 150 2.3 5 270 30 330 60 200 1. 5 输入量对焊接接头力学性能及微观组织 的 影响 四 种不同热输入量焊接条件下,焊缝金属拉伸 及 焊接接头低温冲击试验结果见表 1 5 。 热输入量在 1.0 ~ 2.3k J/mm 范围内 , 随着热输入量增加,焊缝金属强度有所降低 ,抗拉强度由 815 MPa 降低到 750 MPa ,屈服强度由 775 MPa 降低到 670 MPa , 焊缝金属 和 热影响区 冲击吸收功比较稳定, KV 2 -20°C保持在1 0 0J 以上 。 图 16 ~ 19 为 四 种热输入量焊接条件下焊接接头的微观组织 , 可见 , 在所研究的热输入量范围内 , 焊缝金属组织 均 为 少量先共析铁素体 + 贝氏体,焊缝重热区组织均为贝氏体, 热影响区 过热区组织均为粒状贝氏体, 热影响区 正火区组织均为贝氏体,呈细等轴晶, 热影响区 不完全相变区组织为贝氏体 + 铁素体。 试验结果表明 ,采用 1.0 ~ 2.3KJ/mm 热输入量焊接, Q690D 钢焊接接头 的综合力学性能良好 。 表 15 热输入量对焊接接头力学性能的影响 No. 热输入量 ( k J/mm ) 焊缝金属拉伸性能 焊接接头 KV 2 -20°C( J ) Rm/MPa R P0.2 /MPa A% 焊缝中心 热影响区 1 1.0 815 775 21.5 148 149 146 148 200 190 187 192 2 1. 5 790 720 23.0 1 163 150 159 154 166 119 146 3 1.9 780 690 21.0 137 133 141 137 86 149 178 138 4 2.3 750 670 23 .0 129 129 136 131 70 184 180 145 (a)焊缝金属焊态区 (b)焊缝金属重热区 (c)热影响区过热区 (d)热影响区正火区 (e)热影响区不完全相变区 图 17 热输入量为 1. 5k J/mm 时焊接接头各部位微观组织( ×400 ) 焊缝组织为少量先共析铁素体+贝氏体;焊缝重热区组织为贝氏体; HAZ 过热区组织为粒状贝氏体; HAZ 正火区组织为贝氏体,呈细等轴晶; HAZ 不完全正火区组织为贝氏体 + 铁素体。 3 、 焊后热处理工艺对 Q690D 钢焊接接头力学性能的影响 采用表 1 5 中 2 #规范焊接 3 0mm 厚 Q690D 钢板对接接头,焊后分别进行 250°C保温2 小时炉冷、 480°C保温2 小时及 6 80°C保温2 小时炉冷至 150 °C空冷3 种不同参数的焊后处理。三种不同焊后 处 理条件下的焊接接头力学性能见表 17 ,可见,三种不同参数焊后热处理对焊接接头的冲击韧性 及 焊缝金属的强度 均有一定的 影响 , 塑性指标变化不明显。焊后采用 250°C保温2 小时消氢处理,焊接接头焊缝金属冲击韧性 和 焊缝金属的强度 及 塑性指标 最高 ;采用 480°C保温2h 处理后,焊缝金属冲击韧性 有所降低, 热影响区的冲击韧性 有所提高, 焊缝金属的强度 及 塑性指标 有所降低,降低幅度不大 ;采用 6 80°C保温2h 处理后,焊接接头焊缝金属 的 冲击韧性 有所下降,但幅度不大,保持在 100J 以上, 而热影响区冲击韧性 大幅下降, K V 2 -20°C仅有2 9 J , 焊缝金属的强度 及 塑性指标 有一定程度的降低,抗拉强度为 725 MPa ,屈服强度为 665 MPa ,伸长率为 21.5% 。试验结果表明, Q690D 钢焊后热处理温度不 宜 超过 480°C 。 表 1 7 焊后热处理对焊接接头力学性能的影响 焊后热处理参数 (°C×h) 焊缝金属拉伸性能 焊接接头K V 2 -20°C(J) R m /MPa R el /MPa A% 焊缝中心 热影响区 250°C×2h 790 720 23.0 1 163 150 159 154 166 119 146 480°C×2h 770 705 22.0 145 130 96 124 189 147 216 184 6 80°C×2h 725 665 21.5 104 75 141 107 24 33 31 29 4 、 推荐的 Q690D 钢焊接工艺 根据以上试验结果,为了防止焊接冷裂纹的产生,保证焊接接头的力学性能优良,推荐采用表 18 焊接工艺焊接 30mm 厚 Q690D 钢板。 表 18 推荐的 Q690D 钢板焊接工艺 焊接材料 焊 丝: JM-110 焊丝直径:Ф1.2mm 保护气体:80%Ar+20%CO2 预热温度 不低于 60°C 规范参数 定位焊:260~280A,2 8 ~3 0 V 打底焊 : 220~240A,24~26V,300~400mm/Min 填充及盖面 : 260~330A,28~32V,300~400mm/Min 焊道间温度 ; ≤200°C 焊丝干伸长 : 16~19mm 保护气体流量 : 18~20L/Min 焊后处理 250°C , 保温2小时 5 、 结论 ( 1 ) 焊接工艺试验结果表明 : 焊接热输入量 在 1.0 ~ 2.3 KJ/mm 范围内 , 随着热输入量增加, 焊接接头 焊缝金属强度有所降低 ,抗拉强度由 815 MPa 降低到 750 MPa ,屈服强度由 775 MPa 降低到 670 MPa ,焊接接头冲击韧性比较稳定, KV 2 -20°C保持在1 3 0J 以上 ; 焊道间温度 为 150 °C 时,焊接接头 焊缝金属 抗拉强度为 790 MPa ,屈服强度为 720 MPa ,延伸率为 23% ,焊接接头冲击韧性 KV 2 -20°C 焊缝中心为 159J ,热影响区为 146J , 道间温度 为 200 °C 时,各指标均有所降低,但降低幅度不大,焊接接头冲击韧性 KV 2 -20°C保持在1 0 0J 以上 。 ( 2 )焊后热处理 工艺试验结果表明 : Q690D 钢焊接接头焊后热处理温度不宜超过 480 °C 。鉴于 Q690D 钢 调质处理回火温度为 480 °C ,建议其 焊后热处理温度不 应 超过 480°C ,以 保证 母材性能及 焊接接头力学性能 。