焊接工艺参数对焊缝成型及组织性能的影响研究

焊接工艺参数对焊缝成型及组织性能的影响研究

刘青宾 辛跃 刘建树

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111

为了探究焊接工艺参数与焊缝成型及其组织性能之间的联系，本文以双热源埋弧自动焊焊接工艺参数对其焊缝成型及组织性能的影响为例进行了适当分析。试验结果表明双热源埋弧自动焊接电弧焊焊缝的熔深熔宽随着焊接电流、电弧电压等焊接 能量的增加而出现加大情况，同时在晶粒粗大区域出现熔合区最高硬度值。而双热源焊接参数下的焊缝成型及组织性能也随着焊接速度、焊接电流的变化而出现适当变化。

在冷弯型钢的发展过程中，冷弯型组件得到了大规模的应用。但是由于冷弯型钢在具体成型过程中具有一定的复杂性，且其组织性能控制难度较大。因此，在具体的冷弯型钢焊接过程中只有通过适当焊接参数的调整，才可以保证焊接产品性能与标准相符。因此，为了提高冷弯型钢的产品合格率，对其焊接工艺参数与焊接成型及组织性能之间的联系进行适当分析具有非常重要的意义。

1 焊接材料及设备 双热源埋弧焊主要是通过焊件、焊丝间燃烧的电弧，通过电弧在焊剂层下进行燃烧可产生热量，促使焊丝融合形成焊缝。在埋弧焊运作过程中主要采用焊丝作为填充金属保护剂， 避免焊接过程中电弧在焊剂层下出现不均匀融合。本次实验材料主要采用18mmQ345钢板、H08MnA焊丝、HJ431高锰高硅低氢焊剂。在具体埋弧焊接过程中送丝速度在1.5 m/min~3.0 m/min 之间；焊丝伸出长度在1.5 mm~17.5 mm之间；焊接速度在0.35 m/min~0.55 m/min间；堆焊电压在31V~35V之间。本次实验设备主要采用埋弧焊机、能谱仪、数控超声波清洗器、金相显微镜、小负荷维度检测计、型冲击试验机、液压式万能材料砸机等。

2 焊接工艺参数对焊缝成型及组织性能的影响

2.1焊接工艺实施准备 在焊接实验开始之前，应进行适当的准备工作，主要包括 实验器材、技术工艺、工件准备等几个环节。首先在技术准备 主要是在焊接实验开始之前，利用网络技术或图书资料查找相 应焊接工艺手册并进行具体焊接工艺方案的编制。结合相应焊接工艺流程，可便于具体焊接产品结构的统一分析；其次在器 材准备过程中，相关焊接实验组织人员可以通过对焊接设备及 工装模式的校验调试，依照相应焊接工艺规定进行焊接参数的 调整及焊接材料的选择；最后在工件准备过程中，主要包括坡 口加工、焊接材料清理、焊接接头等几个方面。其中在焊接材 料清理环节主要是为了保证焊接金属组织性能，在焊接前期可将焊丝表面的氧化皮、油污、镑蚀等污垢进行去除'在焊丝表 面清洁完毕后需要将焊剂、焊丝放置在420℃的烘箱内进行烘干 作业，一般为120 min。而焊接接头驻对主要是依照《焊接手册》的相关内容，将接头间隙进行均匀对齐，并依据板厚度进行间距、焊接节点的定位，保证焊接截面尺寸与规定相符。坡口加工主要是依据《焊接手册》的相关规定，对其接口形式、 坡口尺寸、焊接工艺、坡口形式进行初步确定，避免埋弧焊线能量过大对溶透深度的不利影响。

2.2焊接工艺参数确定焊接工艺参数的选择主要是依据相应投产焊接机构工程实施方案的相应规定，在焊件性状、尺寸及焊缝种类、接头形式一定的情况下，确定相应的焊接工艺参数。在实际焊接工艺参 数选择环节可首先依据焊件形状、尺寸等选择双热源埋弧焊焊 接工艺模式，如在小直径圆筒内外环缝应采用细丝埋弧焊，而在船型位置厚板角接接头可采用粗丝埋弧焊。在焊接工艺方式选定完毕后可依据钢板厚度对接头性能的影响进行焊剂及焊丝牌号的确定。在实际焊剂选择过程中应保证整体焊件接头性能脱渣性良好。然后依据焊接钢材的焊接性试验资料进行层间温度、焊后热处理、预热温度、保温时间等相关参数的确定。

2.3焊接工艺参数对焊缝成型的影响 双热源埋弧焊的工艺参数主要有焊接电流、焊接速度、电弧电压等几种，其对整体焊缝成型具有较大的影响。当其他工艺参数一定时，双热源埋弧焊电流是影响焊缝熔深的主要方面。在标准限度内，随着焊接电流的增加焊缝的熔深及余高也会出现上升情况，而焊缝宽度并没有出现明显的变化。在焊接速度一定的情况下适当増加焊接电流可以促使焊接生产效率增加，但是由于焊接电流的上升会在一定程度上促使焊接热影响区域范围扩大，随之导致焊件 热组织产生，对整体焊缝接头的韧性造成了不利的影响，甚至导致焊缝烧穿、咬边等不利情况。而焊接电流过小则会导致溶深不足，促使焊缝焊接力度不足，影响整体工作效率。 其次当其他因素一定时，焊接电弧电压与焊缝宽度具有一定的影响。即在其他因素一定情况下，随着电弧电压的增加，焊缝的弧长会出现上升情况，而其熔深下降则会导致焊缝余高减小宽度变大。但是若在实际焊件焊接过程中焊接电压过大则会导致电弧出现不稳定波动，最终导致焊缝出现气孔等不良状况；最后焊接速度主要是在其他参数一定的情况下随着焊接速 度增加焊缝的熔深及熔宽出现了降低情况。若焊接速度过高会出现电弧偏吹、咬边问题，最终导致焊缝无法成型；而焊接速 度过慢则会导致焊缝余高大、表面粗糙，甚至出现裂纹 。

2.4焊接工艺参数对焊缝组织性能的影响在焊接速度一定的情况下，当焊接电流热输入增加时焊丝的熔化量、融合体积也会出现一定幅度的上升。这种情况下就需要从周边基体金属中进行传导热量的转化，继而促使焊件周边热影响尺寸发生适当变化在焊接速度及其他因素一定的情况下，焊接电流增加会导致电弧热功率上升，进而导致焊件熔深增加，而焊丝熔化量的增加也会导致熔丝的宽度上升；而在 焊接电流及其他因素一定的情况下，通过焊接速度的下调也可以促使热输入增加，进而导致板材的熔化量、焊缝深度上升。而通过对接头微型组织构造的进一步分析，可对整体焊接工艺 参数进行进一步评测。在实际焊接过程中焊接接头的最终组织性能与其化学成分具有较大的影像。在实际焊接电流、速度、电弧电压变化过程中，由于填充金属对母材产生了一定稀释作用，促使某些元素的化学成分出现了适当变化，最终促使相应组织特征及性能出现了不同的区域划分。

综上所述，焊缝工艺参数对焊缝成型及组织性能的主要有电弧电压、焊接速度、焊接电流等几个因素。其中，在焊接速度及电弧电压一定的情况下，焊接电流的变化会对焊接成型熔深造成一定的影响，则主要是由于焊接电流的变化会导致热输入变化，进而导原奥氏体晶粒也出现适当变化，最终导致焊缝熔深变化；而在焊接电流及速度一定的情况下，对焊接电压的 改变会导致焊缝成型宽度出现适当的变化，这主要是由于边界铁素体形成环节其会随着电弧电压的增大而出现扩散速度增加情况；而焊接电流及电压一定的情况下，焊接速度变化会导致 焊缝的成型熔深及宽度出现一定的变化，这主要是由于随着焊 接速度的变化，焊接熔池的体积也会出现相应的变化，进而导 致热影响区域宽度变化，最终导致热影响区域奥氏体晶粒的变化。