以焊缝中心连续气孔为代表,研究了多次补焊对30CrMnSi钢TIG焊接头组织与性能的影响。结果表明,由于多次补焊对焊接接头的重复热作用,导致完全淬火区晶粒粗化、不完全淬火区回火软化,使焊接接头力学性能下降,一、二、三次补焊接头的抗拉强度相比焊接接头分别降低了8.5%、15%和19.8%。<br/>In this paper, the influence of multiple repair welding on the microstructure and properties of 30CrMnSi steel welded joints was studied, and the continuous porosity in the weld center was taken as the representative. The results indicate that the grain coarsening in the complete quenching zone and tempering softening in the incomplete quenching zone occur, due to the repeated thermal effect of the multiple repair welding on the welded joints. As a result, the mechanical properties decrease, and the tensile strength of the welded joints for once, twice and three times repair welding decreases by 8.5%, 15% and 19.8% respectively, comparing with the non- repair welding.
马 林1,肖熙2,夏春3
1中国人民解放军驻320厂军代表室,江西 南昌
2洪都航空工业集团有限公司,江西 南昌
3南昌航空大学,江西 南昌
收稿日期:2016年3月2日;录用日期:2016年3月23日;发布日期:2016年3月29日
以焊缝中心连续气孔为代表,研究了多次补焊对30CrMnSi钢TIG焊接头组织与性能的影响。结果表明,由于多次补焊对焊接接头的重复热作用,导致完全淬火区晶粒粗化、不完全淬火区回火软化,使焊接接头力学性能下降,一、二、三次补焊接头的抗拉强度相比焊接接头分别降低了8.5%、15%和19.8%。
关键词 :30CrMnSi钢,多次补焊,组织,性能
30CrMnSi钢是典型的Cr-Mn-Si系的中碳调质钢,其碳和其他合金元素的含量较高,通过调质处理可获得良好的综合力学性能,因而被广泛地应用于飞行器、动力设备等需承受较高负荷的重要部件的制造 [
试板为调制态30CrMnSiA钢板,尺寸150 mm × 50 mm × 2 mm,加工45˚坡口,钝边0.5 mm。采用TIG的方法进行焊接,焊丝为φ2.0 mm的H18CrMoA,焊接时气体流量为5~6 L/min,焊接电流80~82 A,焊接电压11~15 V。
将两试板对接焊后,沿焊缝中心加工U型槽(如图1),槽宽约2 mm、深1 mm、长12 mm,槽与槽之间间隔6 mm,用来模拟连续气孔的根除,补焊时利用TIG焊的方法填满U型槽,二次、三次补焊皆在前次补焊的基础上在同一位置加工U型槽后完成补焊操作。按图2截取拉伸和金相试样,拉伸实验在WAW-300B试验机上进行,拉伸速率为2 mm/min;显微组织观察在Zeiss Microlmaging GmbH型光学显微镜下进行;利用数显显微硬度仪401MVDTM由焊缝中心向母材方向每隔 0.5 mm 进行显微硬度测试,选择1 kg力为加载力、保压10 s。
一般认为,热影响区是焊接接头的最薄弱环节,为此本文主要分析多次补焊对焊接接头热影响区显微组织的影响。图3为补焊次数对热影响区完全淬火区显微组织的影响。焊接条件下,由于完全淬火区
图1. 焊缝中心U形槽的位置
图2. 焊接试板取样位置
图3. 多次补焊对焊接接头完全淬火区显微组织的影响
的温度高于奥氏体转变温度,在冷却过程中发生奥氏体转变,因焊接接头的冷却速度较快,过冷奥氏体首先转变为大量的针状贝氏体,穿过晶粒散乱分布,随着温度的降低,剩余过冷奥氏体向马氏体转变 [
图4为补焊次数对焊接接头不完全淬火区显微组织的影响。在不完全淬火区,部分组织发生回火转变,转变为细小的铁素体与珠光体。随着补焊次数的增加,相当于发生多次回火,铁素体和珠光体含量相对增加,铁素体发生长大(如图4)。
图5为多次补焊对焊接接头显微硬度的影响,图中的虚线表示为母材的平均硬度,以此为标准对焊接接头的硬度变化进行分析。从图中可以看出,多次补焊对焊接接头淬火区显微硬度的影响不大,但随着补焊次数的增加,回火区明显出现了的软化,在三次补焊时,接头回火区最小硬度仅为母材平均硬度的79.9%。这归因于补焊热循环对焊接接头的多次回火作用,加剧了接头的回火软化作用。
图6为多次补焊对焊接接头抗拉强度的影响。由图可见,随补焊次数的增加,接头抗拉强度明显下降,一、二、三次补焊接头平均抗拉强度分别为993 MPa、922 MPa和870 MPa,相比于焊接接头1085 MPa的抗拉强度分别降低了8.5%、15%和19.8%。结合显微组织和显微硬度分析,可以认为补焊时的再次热作用促使完全淬火区的晶粒粗化以及不完全淬火区的回火软化,使接头力学性能明显下降。
图4. 多次补焊对焊接接头不完全淬火区显微组织的影响
图5. 多次补焊对焊接接头显微硬度的影响。1:焊缝区、2:淬火区、3:回火区、4:母材
图6. 多次补焊对焊接接头抗拉强度的影响
1) 多次补焊相当于对焊接接头的重复加热,促使焊接接头完全淬火区的晶粒粗化,不完全淬火区的回火软化,因此接头软化现象更为严重。
2) 补焊致使接头抗拉强度明显下降,相比焊接接头,一、二、三次补焊接头的抗拉强度分别降低了8.5%、15%和19.8%。
马 林,肖 熙,夏 春. 多次补焊对30CrMnSi钢焊接接头组织与性能的影响Influence of Multiple Repair Welding on Microstructure and Properties of 30CrMnSi Steel Welded Joints[J]. 材料科学, 2016, 06(02): 110-114. http://dx.doi.org/10.12677/MS.2016.62014