鋼薄板TIG焊接頭組織與性能分析.doc

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1、淺析16Mn鋼薄板TIG焊接頭組織與性能［摘要］1.采用TIG焊接方法焊接4-6mm厚的16Mn鋼薄板，分析焊接工藝參數(shù)對接頭外觀形貌、金屬顯微組織及硬度的影響。2.實驗結(jié)果分析，焊接線能量的增加，焊接速度減小，焊縫熔寬和余高增大，焊縫區(qū)組織+P+B，焊縫金屬晶粒粗化；HAZ有魏氏體組織產(chǎn)生，焊接接頭的塑性和韌性下降。3.實驗結(jié)果分析，焊接線能量較大時，焊接接頭金屬的顯微硬度產(chǎn)生突變，降低焊接接頭的力學(xué)性能。［關(guān)鍵詞］焊接方法-TIG；顯微組織；硬度；力學(xué)性能16Mn鋼是低合金結(jié)構(gòu)鋼，與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，具有強度高、耐腐蝕性好、用于工程結(jié)構(gòu)制造重

2、量輕、低溫性能好等特點，主要用于制造車輛、鍋爐、橋梁、船舶、壓力容器、輸油輸氣管道、核能設(shè)備等。我國在鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的低合金鋼系列中，許多鋼種都是16Mn鋼的應(yīng)用，已涉及到焊接技術(shù)方面的研究。鎢極氬弧焊（TIG）特點是設(shè)備較簡單、惰性氣體保護效果好、電弧穩(wěn)定、焊接質(zhì)量好、可靠性高等優(yōu)點，缺點是較低生產(chǎn)效率。TIG焊適用范圍用于幾乎所有金屬和合金鋼的焊接，多用于薄板的焊接及多層焊時的打底焊。研究分析16Mn鋼薄板的TIG焊接工藝和焊接接頭金屬的組織形態(tài)、組成相對機械性能的影響及硬度值的變化規(guī)律。一、試驗條件1．試驗材料試驗分析選用16Mn鋼薄板，

3、厚度為5mm，其化學(xué)成分見表1。由于16Mn鋼是一種應(yīng)用非常廣泛的焊接方法的含碳量較低，而含Mn量較高，因此它的Mn/S比能達到正常要求，正常情況下不會出現(xiàn)熱裂紋，且Mn、Si合金元素的存在可以起到固溶強化的作用來保證鋼的強度。選用填充材料為TIG-J50焊絲，焊絲直徑為2.5mm。表116Mn鋼材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)wt.%）鋼號CSiMnSP16Mn0.12～0.180.2～0.60.8～1.2S≤0.050P≤0.0452．實驗方法要求與設(shè)備選用焊件均開帶鈍邊V形坡口，鈍邊為3mm，坡口角度為60°。焊前清理焊絲表面、試件坡口內(nèi)及其正反兩側(cè)

4、20mm范圍內(nèi)的油、銹、水分及污物，打磨至出現(xiàn)金屬光澤，并用丙酮清洗此處。焊接時采用對接焊，焊件的裝配間隙≤1mm，裝配材料與焊件焊接材料相同牌號的焊絲進行定位焊，并定位在試件兩端的坡口面內(nèi)側(cè)，焊點長度為10～15mm，預(yù)置反變形量3°左右，錯變量應(yīng)≤0.6mm；不需進行任何熱處理；采用WSE-315交直流脈沖氬弧焊機進行焊接。兩試樣均為單面焊雙面成形，焊接起始電流均為65A，氬氣流量為9L/min，TIG焊接工藝參數(shù)如表2所示。表2TIG焊接工藝參數(shù)試樣編號電源極性焊接電流（A）焊接電壓（V）焊接速度（cm/min）線能量（kj/ｃm）1直流正接

5、70～7512～1369～102直流正接65～7012～134～512～13焊后以焊縫中心線為對稱軸且垂直于焊縫方向加工金相試樣和硬度測試試樣，試樣尺寸為10mm×5mm×5mm。金相試樣用5%的硝酸酒精溶液腐蝕后，分別采用光學(xué)顯微鏡和HVS-1000型顯微硬度儀進行接頭組織觀察和硬度測試。二、實驗結(jié)果分析1．焊縫成形圖1為焊接接頭的外觀形貌焊縫外觀形貌識圖1可知，試樣1和2焊縫表面均平整，背面無焊瘤，試樣2的焊縫熔寬和余高比試樣1的大，且焊縫表面形成的韓波紋也較大而稠密。焊接線能量的增大，焊接熱輸入的增加,從而焊絲的熔化量增加，焊縫表面液體金屬堆

6、積焊縫余高增大；焊接線能量的增加，焊接速度的減小,焊接熱輸入增大，熔池熔融金屬量增多，液體金屬的表面張力隨溫度的升高而降低，熔池表面的溫度最高，四周的溫度較低、表面張力較大，熔池表面的金屬從中心流向四周,形成較大熔寬。而焊縫表面魚鱗紋紋理大而稠密是由于焊接線能量增大時而焊接速度變小，即單位長度焊縫上熔敷量增加，單位長度焊縫上進入熔池的熔滴量增多尺寸變大，所以焊縫表面形成大而稠密魚鱗紋。由此證明，焊接線能量的增大，焊接速度的減小，焊縫的熔寬、余高增加，同時焊縫表面魚鱗紋變得大而稠密美觀度。2.焊接接頭金相顯微組織分析圖2母材金相顯微組織16Mn母材組

7、織為大塊狀F與片狀P組織，P組織呈帶狀分布。因16Mn鋼為熱軋鋼，所以其組織分布為帶狀如圖2所示。圖3焊縫區(qū)金相顯微組織通過觀察圖3焊縫區(qū)金相顯組織，試樣1焊縫組織是沿柱狀晶界分布的片狀或細條狀先共析F、晶內(nèi)有少量的針狀F和P；試樣2的焊縫組織為沿奧氏體晶界析出的大塊狀先共析F，晶內(nèi)有少量P和B出現(xiàn)。這是由于試樣1在焊接時焊接線能量較小，焊接熱輸入量少，導(dǎo)致焊縫金屬的冷卻速度變大，所以高溫停留時間短，形成少而較小的片狀或細條狀先共析F，繼續(xù)冷卻在原晶內(nèi)形成針狀F和P。試樣2的焊接線能量較大，冷卻速度反而較小，焊縫金屬高溫停留的時間較長，形成由奧氏體

8、晶界析出的大塊狀先共析F,又因焊縫中滲碳體有足夠時間擴散，剩余較少量的滲碳體與F混合形成少量的P，同時在塊狀F形成之后，待