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母材及焊丝对耐候钢焊接接头性能的影响

作者:论文发表网 更新时间:2017-10-10 21:19:31
19.1K 1 试验材料和方法 1.1 试验材料 实验资料选用板厚为 12mm 的 S355J2W 和 SMA490BW 耐候钢钢板,实验焊接资料挑选直径1.2mm的契合GB/T8810-1995规范请求的 CHW-55CNH 焊丝以及契合规范 ISO14341A 的G424M21Z 焊丝。母材及焊丝重要化学成分如表 1 所示,母材及熔敷金属的力学性能如表 2 所示。母材及焊丝组合得到三种接头,如表 3 所示。
表 1 S355J2W 耐候钢和 SMA490BW 耐候钢以及焊丝主要化学成分(%)
1.2 试验方法 选择焊条电弧焊(SMAW)、熔化极气体保护焊(GMAW,保护气体为 100%CO2)两种方法进行焊接,每种焊接方法均在同一预热温度,不同焊接热输入条件下进行焊接试验,焊接热输入通过焊接电流、焊接电压以及焊接速度来控制。焊接完成后分别取样进行力学性能试验。
焊接试板尺寸为 300mm×150mm×40mm,按照图 1(a)所示加工坡口,按照图 1(b)所示进行对接拼焊。焊接位置均为PA 位置,定位焊的焊接工艺要求和焊缝的工艺要求一致,焊接时做出 6°反变形。
焊条电弧焊设备为华远焊机 ZX7-400,熔化极气体保护焊(CO2)焊接设备为 NB-500IGBT。焊后进行热处理,热处理规范为(570±15)℃保温 2.5h。
图 1 焊接试板在焊接完成 24h 后,对试板进行表面渗透检测和超声检测, 验 收 规 格 分 别 按 照 NB/T47013.3-2015 、NB/T47013.5-2015 执行, 其中表面渗透检测按Ⅰ级验收,超声波检测按Ⅱ验收。检测合格后切取拉伸、硬度和冲击试样,按照 GB/T2651-2008 规格进行拉伸试验,按照GB/T2650-2008 规格进行冲击试验,按照 GB/T2654-2008 规格进行硬度试验。
2 试验结果及讨论 2.1 埋弧焊接头性能试验结果 两种规格板埋弧焊接头惯例力学性能实验成果表明,接头横向拉伸强度为 500~510MPa,断于基材,阐明接头抗拉强度高于基材。接头冷弯实验成果为 d=3a,180°全部合格,接头具有优秀的强塑性指标。在实验温度为 0℃时,接头各区均匀冲击功分别为:焊缝 188~190J,熔合线 144~243J,热影响区 198~280J,远高于母材技术条件中规则的韧性请求(Akv≥47J)。接头硬度为 204~206HV10,无显着硬化及软化,焊缝安排主要为细微针状铁素体安排,热影响区安排为贝氏体,该安排具有较高的冲击韧性。以上实验成果阐明,选用 WQ-1 焊丝加 CHF101 焊剂焊接 SMA490BW 钢,接头具有优秀的力学性能。
2.2 埋弧焊接头的力学性能 比较三种接头的拉伸性能比较如图 4 所示。三种接头的抗拉强度平均值分别为 505 MPa、505 MPa 和 545 MPa,其中 1# 和 2# 接头的抗拉强度和延伸率均非常接近。3# 接头的抗拉强度明显高于 1# 和 2#接头,而延伸率则小于 1#和2#接头。三种接头拉伸试验后的试样宏观形貌如图4所示,由图 4 可知,1#和 2# 接头的断裂位置均在母材,而 3# 接头的断裂位置则在焊缝。这表明 1#和 2#接头最薄弱的部位在母材,而 3# 接头最薄弱的部位在焊缝。
图 3 埋弧焊接头的拉伸性能比较及拉伸断裂后形貌1# 接头使用的是 S355J2W 母材配 G424M21Z 焊丝,2# 接头使用的是 S355J2W 母材配 CHW-55CNH 焊丝,两者所使用母材一样,拉伸断裂方位也均在母材,这表明不管选用G424M21Z 焊丝仍是 CHW-55CNH 焊丝,相对于 S355J2W 母材,均为高配焊丝,因为在拉伸变形过程中,接头中强度较高的焊缝区域对母材的拘谨,使得接头的抗拉强度略有增加而延伸率略有下降,同时因为接头中母材面积大,变形受拘谨程度较小,因此强度和延伸率相对于母材改变也小。3#接头使用的是 SMA490BW 母材配 CHW-55CNH 焊丝,拉伸断裂方位在焊缝,这表明 CHW-55CNH 焊丝相对于 SMA490BW 母材为低配焊丝,在拉伸变形过程中,因为焊缝强度低于母材,因此变形首先在焊缝区域发作,而焊缝区域面积小,变形过程中受到母材的拘谨程度大,位错滑移受阻较大,致使变形较难,与母材比较,接头延伸率显着下降而强度增加。
3 结论 1)采用耐候焊丝及普通焊丝获得的焊缝的冲击吸收功都能满足使用要求,但普通焊丝获得的 3.90 耐候指数的焊缝冲击吸收功出现单值不合格,耐候焊丝获得的 6.33 耐候指数的焊缝冲击性能优于 5.77 的焊缝。2)1#和 2#耐候焊丝获得的焊缝的电化学腐蚀性能与母材相差不大,3#普通焊丝获得的焊缝的开路电位远远大于母材。3)72h 周浸腐蚀试验下,2#焊丝与耐候钢匹配较好,接头具有优异的耐海洋大气腐蚀性能,3#普通焊丝获得的焊缝腐蚀坑密集且严重。
参考文献[1]夏茂森,关小军,蒋善玉. 耐大气腐蚀钢及表面稳定化处理的研究综述[J]. 山东冶金,2007,29(2):4-10.[2]张旭,杨善武,张文华,等. 低合金耐候钢在周期性交替条件下的腐蚀行为[J]. 材料研究学报,2013,27(1):18-24.[3]吴红艳,赵艳敏,艾峥嵘,等. 高强度耐候钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为[J]. 材料热处理学报,2013,34(11):150-155. 母材及焊丝对耐候钢焊接接头性能的影响
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