吳珞菲（上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上?！?00240）

預(yù)變形對Q235焊接組織熱影響區(qū)的影響

吳珞菲
（上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200240）

摘要：熔化極氣體保護焊是一種常用的焊接技術(shù)。本文基于該技術(shù)研究預(yù)變形對Q235焊接熱影響區(qū)的影響。結(jié)果表明預(yù)變形焊接件獲得了更為均勻的焊接組織。

關(guān)鍵詞：變形；熔化極氣體保護焊；熱影響區(qū)

1　導(dǎo)論

某汽車公司在進行某種底盤設(shè)計時考慮在沖壓件的曲面進行焊接，曲面中心角為90°。由于沖壓過程中板料在模具里受力發(fā)生塑性變形，因而該問題轉(zhuǎn)化為研究在變形件上的焊接。本論文中主要敘述變形對材料焊接熱影響區(qū)的影響，研究材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，具有較高的強度和良好的塑性、韌性和冷沖壓性能、冷彎性能，且冶煉方便，成本較低，可焊性好，且焊后接頭塑性和沖擊韌性良好，廣泛應(yīng)用于一般要求的零件、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)。

目前已有的變形件上的焊接研究僅限于反變形法，以控制焊后變形的產(chǎn)生。例如，基于固有應(yīng)變理論下的熱彈塑性有限元模型，MURAKAWA等[1]得出9mm板上單面焊接熱輸入為880J/mm的T型焊接(T-joint)中產(chǎn)生的角變形約為1.7°。然而本課題研究的變形件變形量較大，為直角變形，因而需要考慮塑性變形的影響。塑性變形宏觀表現(xiàn)為硬度和抗拉強度增強而疲勞性能變差，微觀表現(xiàn)為位錯密度增加。從熱力學(xué)角度來講，變形后晶粒形變能增加，故再結(jié)晶溫度降低[2]。

2　試驗方法和內(nèi)容

2.1焊接試驗?zāi)覆?/p>

實驗?zāi)覆臑槠胀ㄌ妓劁換235，厚度4mm。化學(xué)成分為0.17wt%C，1.4wt%Mn，0.03wt%P，0.03wt%S，余量為Fe。母材微觀組織如圖1所示?？梢杂^察到粗晶鐵素體和晶間珠光體，具有典型的珠光體鋼的結(jié)構(gòu)。

2.2焊接方案的確定

實驗采用熔化極活性氣體保護焊配合焊接機器人來完成焊接。采用焊接保護氣成分為96%Ar+3%CO2+1%H2，焊絲由Castolin Eutectic公司提供，直徑1.2mm，型號Arianox73499-12，符合歐洲標(biāo)準(zhǔn) ENISO14341-A:G464M G3Si1。

對于鋼板采用90°彎折，設(shè)定錯開焊接距離d為8mm，預(yù)測使熱影響區(qū)位于最大形變區(qū)，即90°彎折區(qū)。錯開距離d的示意圖如圖2所示。經(jīng)試焊，選擇余高小、未焊透、表面微凸的焊道[3]，相應(yīng)的無變形焊接和變形后焊接參數(shù)均為焊槍速度4mm/s，送絲速度為5m/min，電壓為23V。獲得的宏觀形貌見圖3，并驗證d=8mm時熱影響區(qū)處于最大形變區(qū)。

3　Q235焊接件焊接組織

3.1T型焊接件焊接組織

觀察T型樣品第二條焊縫（圖3(a)中左邊焊縫）的焊趾區(qū)域，依次可得熔化區(qū)，部分熔化區(qū)，熱影響區(qū)的粗晶區(qū)(CGHAZ)、細(xì)晶區(qū)(FGHAZ)等。各區(qū)域組織見圖4，是典型的低碳鋼焊接組織[3,4]。其中，熱影響區(qū)主要由鐵素體和珠光體組成，該區(qū)域有較好的塑性和韌性。

在觀察時標(biāo)記熱影響區(qū)不同區(qū)域邊緣坐標(biāo)并計算各區(qū)域大小，其中粗晶區(qū)區(qū)域?qū)挾燃s為1700μm，細(xì)晶區(qū)約為300μm，如圖4(d)所示。

3.2預(yù)變形焊接件焊接組織

d為8mm時熱影響區(qū)處于最大形變區(qū)，其各區(qū)域組織類似T型焊接組織。但是區(qū)域?qū)挾扔兴兓?。粗晶區(qū)寬度約為1300μm，細(xì)晶區(qū)寬度約為1100μm。圖5顯示該細(xì)晶區(qū)中晶粒比T型焊接中的粗大。

3.3預(yù)變形對焊接組織熱影響區(qū)的影響

總結(jié)兩種焊接接頭中熱影響區(qū)寬度及形貌，得出變形后焊接件中，粗晶區(qū)寬度減幅不大，而細(xì)晶區(qū)寬度增大。然而細(xì)晶區(qū)晶粒比T型焊接中細(xì)晶區(qū)晶粒大。原因是室溫形變時，鐵素體內(nèi)儲存的形變能高，有利于再結(jié)晶，且變形后再結(jié)晶溫度降低造成細(xì)晶區(qū)溫度范圍增大，區(qū)域?qū)挾仍龃蟆Ｍ瑫r在細(xì)晶溫度范圍停留時間更久，造成晶粒生長。此外，文獻表明[5]，在冷變形過程中由于珠光體團的碎化，可能出現(xiàn)粒子促進形核而一定程度加速再結(jié)晶。這也可能加劇在最大形變區(qū)的熱影響區(qū)范圍擴大并且晶粒一定程度的生長。

4　結(jié)論

實驗得出在Q235變形后焊接件中，合理的焊接參數(shù)為焊槍速度4mm/s，送絲速度5m/min，電壓23V。變形后焊接工藝能增大細(xì)晶區(qū)域但使細(xì)晶晶粒稍微粗化。變形后焊接接頭組織更加均勻，因此預(yù)變形能優(yōu)化接頭焊接組織分布。

參考文獻：

[1]MURAKAWA,Hidekazu,DENG,Dean,MA,Ninshu,etal.Applications of inherent strain and interface element to simulation of welding deformation in thin plate structures. Computational Materials Science, 2012,vol.51,no 1,p.43-52.

[2]YAMAZAKI, Seiya, LU, Zhanpeng,ITO,Yuzuru,et al.The effect of prior deformation on stress corrosion crackinggrowth rates of Alloy 600 materials in a simulated pressurized water reactor primary water.Corrosion Science,2008,vol.50,no 3,p.835-846

[3]KOU,Sindo.Welding metallurgy(second edition).New York, Wileyinterscience.1987:136-137

[4]WEMAN, Klas. Procédés de soudage. Dunod, 2012.

[5]楊平,高鵬,崔鳳娥,等.低碳鋼壓縮變形時的形變不均勻性及其對鐵素體轉(zhuǎn)變的影響[J].塑性工程學(xué)報,2004,11(03):15-21.

作者簡介：吳珞菲(1990—)，女，碩士生，研究方向：電弧焊焊接工藝。