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碳弧气刨对700MPa级低合金钢焊接接头组织与性能的影响

更新时间：2009-03-28

0 序言

焊接生产中常常需要对焊缝根部或焊接缺陷进行清除处理，采用的工艺方法一般有2种，一种是用角磨机打磨或其他机械清理方法，另一种是采用碳弧气刨。碳弧气刨相对于角磨机等机械清理方法加工效率较高，但由于是热加工，而且加工过程中焊缝或近缝区可能产生增碳，因此其使用需更为谨慎［1－2］。

工程机械结构件服役条件恶劣，大量采用屈服强度为700 MPa级以上的低合金高强度钢，其焊接接头特别是焊接热影响区是应力较为集中的薄弱环节，对焊接工艺的要求非常严苛［3－4］。本文通过碳弧气刨清根和机械清理的对比试验，分析其对屈服强度700 MPa级低合金高强钢焊接接头组织和性能的影响。

1 试验方法

选择宝钢BS700MCK2作为焊接母材，母材尺寸为150 mm×100 mm×8 mm，其化学成分见表1。采用 MAG 焊 ［保护气体 φ（Ar）80%+φ（CO2）20%］进行A，B这2组对接焊试验，2组试验均为双面坡口双面焊，焊接工艺参数见表2。A组采用碳弧气刨进行反面清根，碳弧气刨工艺参数见表3。为防止渗碳，焊前使用砂轮机打磨刨削面至露出金属光泽。B组完全采用角磨机打磨进行反面清根。

 

表1 BS700MCK2钢化学成分（质量分数）（%）

  

C Si Mn Mo Ti Nb P S 0.071 0.22 1.85 0.17 0.14 0.056 0.001 0.002 2

 

表2 焊接工艺参数

  

预热和层间温度 T/℃第1层 120 22 12～15 不预热第 2层 200 24 20～25 150背面 220 24 20～25 150焊接层道焊接电流I/A电弧电压U/V焊接速度v/（cm·min-1）

 

表3 碳弧气刨工艺参数

  

碳棒规格/mm 电流I/A 刨削速度v/（cm·min-1） 空气压力P/MPa φ7 240 12 0.6

对采用不同清根方法的A，B这2组焊接接头的焊接热影响区表面进行硬度测量，每组测量12个点，并对2组焊缝的宏观形貌和焊接热影响区金相组织进行观察。

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2 试验结果及分析

2.1 焊接热影响区的表面硬度

相对于机械方法清根，碳弧气刨属于热加工，造成了两者焊接热影响区组织与性能的差异。而且碳弧气刨后形成的焊缝坡口一般更大，在同样数量的焊接层道下，其热输入也更大，因此焊接热影响区的组织较为粗大。

  

图1 焊接热影响区的表面硬度

2.2 焊接接头的宏观形貌及焊接热影响区的组织特征

图3为A，B这2组焊接接头焊接热影响区的金相组织形貌。其组织均由铁素体、马氏体和部分贝氏体组成，但B组采用角磨机清根的焊接接头热影响区组织较A组的更为均匀，且马氏体组织更细小，这与B组接头表面硬度波动较小，且硬度较高的性能是一致的。

  

图2 焊接接头宏观形貌

图2为A，B这2组焊接接头的宏观形貌。A组采用碳弧气刨清根的接头焊缝及热影响区宽度相对于B组的更宽，这是因为角磨机相对于碳弧气刨是较为精细化的工艺方法，操作过程中可以更精准地控制磨削深度或宽度。理论上，较窄的焊缝和热影响区，其焊接残余应力和变形也更小。

图1为A，B这2组焊接接头焊接热影响区表面硬度变化曲线。从图1中可看出，A组（碳弧气刨）表面各测量点的平均硬度值低于B组（机械打磨）表面各测量点的平均硬度值，且A组各测量点硬度值波动范围较大，最大值HB232，最小值HB205，而B组各测量点的硬度值较一致，仅在HB222～HB233范围内小幅度波动。表明A组焊接接头各测量点性能较不均匀，且相对于B组焊接接头出现一定程度的软化。

镍电解液介质条件：有机物<0.7 g/L；pH值1.50～5.0；温度 65～75 ℃；密度 1.2 t/m3 。

  

图3 焊接热影响区的金相组织

3 结论

（1）屈服强度为700 MPa级的低合金高强度钢焊接接头采用碳弧气刨清根与采用机械方法清根相比，其焊接热影响区表面硬度的波动范围较大，平均表面硬度值较小，焊接接头存在软化现象。

（2）碳弧气刨清根相对于机械方法清根，其焊缝及热影响区的宽度范围更大，焊接热影响区的组织较不均匀，组织的晶粒度较为粗大。

参考文献：

［1］王中辉，薛 龙，蒋力培，等.自动碳弧气刨机工艺试验［J］.焊接技术， 2008， 37（4）： 40－41.

［2］陈黎明，巫秀萍.夹钳式自动碳弧气刨机原理与结构［J］.电焊机，2011， 41（10）： 46－47.

［3］王 勇.低合金调质高强钢焊接工艺研究进展［J］.应用能源技术， 2009（8）： 11-13.

［4］周 昕.工程机械中的低合金高强钢焊接技术［J］.电焊机，2010， 40（5）： 187-189.

 
周波，易伟，倪川皓，吴斌兴
《焊接技术》 2018年第05期
《焊接技术》2018年第05期文献

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