【正文】 《焊接性試驗(yàn) 搭接接頭（CTS）焊接裂紋試驗(yàn)方法》對WELDOX960高強(qiáng)鋼的焊接冷裂敏感性進(jìn)行評價(jià)[22]。接頭形式為角焊縫，不開坡口。試板的尺寸及焊縫分布如圖38所示：(a) （b） 圖38 WELDOX960高強(qiáng)鋼搭接接頭（CTS）焊接裂紋試驗(yàn) Controlled thermal severity cracking test of WELDOX960焊前要求上板試驗(yàn)焊縫的兩個(gè)端面必須進(jìn)行機(jī)械切削加工，上下板接觸面及試驗(yàn)焊縫附近的氧化皮、油、銹等均要打磨干凈。按圖38(a)組裝試板。首先焊接拘束焊縫，待拘束焊縫完全冷至室溫后將試件放在隔熱平臺(tái)上焊接試驗(yàn)焊縫，先焊接試驗(yàn)焊縫1，待試驗(yàn)焊縫1完全冷至室溫后焊接試驗(yàn)焊縫2。試驗(yàn)工藝參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果見表38。焊后置于室溫48小時(shí)后如圖38（b）進(jìn)行解剖，并在光學(xué)顯微鏡下檢測焊縫跟部和HAZ的裂紋。 表38搭接接頭焊接裂紋試驗(yàn)參數(shù)Tab. 38 Parameters of controlled thermal severity cracking test 焊 縫焊接電流/A焊接電壓/V熱輸入/(KJ/mm)焊縫124027焊縫224028焊縫1：上板裂紋率C1=0%，下板裂紋率C2=0%，TSN=焊縫2：上板裂紋率C1=0%，下板裂紋率C2=0%，TSN=第一道試驗(yàn)焊縫 第二道試驗(yàn)焊縫圖39 搭接接頭焊接裂紋試驗(yàn)裂紋率的計(jì)算 Calculation method of cracking ratio of CTS熱拘束指數(shù)TSN是用來反映冷卻條件與裂紋間關(guān)系的指數(shù)。第一道試驗(yàn)焊縫：TSN=4(δ+δ1)/25第二道焊縫：TSN=4（2δ+δ1）/252. 試驗(yàn)結(jié)果分析觀察試樣的表面沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，試樣裂紋率C1 和C2均為0（）。在光學(xué)顯微鏡下觀察到搭接接頭焊縫根部微觀組織如圖310所示，圖中A－間隙 ，B－母材，C－焊縫；從圖中可以看出焊縫根部裂紋沒有沿間隙擴(kuò)展。結(jié)合裂紋率試驗(yàn)結(jié)果可以充分證明在該試驗(yàn)條件下，WELDOX960高強(qiáng)鋼配合EDFK 1000MAG焊絲焊后搭接接頭的焊接冷裂敏感性小，接頭可以滿足構(gòu)件服役條件的要求。A B CAB40025μmweldox960 weldweldox960 圖310搭接接頭焊縫根部微觀組織 Microstructure of CTS seam root WELDOX960高強(qiáng)鋼力學(xué)性能試驗(yàn)及結(jié)果分析 焊接接頭抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)焊接接頭抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)（Test of tensile test for welded joint）主要是參照GB 265189 《焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法》[23]，通過對WELDOX960高強(qiáng)鋼焊后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測定接頭的抗拉強(qiáng)度。1. 接頭拉伸試驗(yàn)第一組試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)結(jié)果試板尺寸: 150mm175mm12mm，坡口形狀及焊道分布見圖311。圖311 WELDOX960高強(qiáng)鋼焊接拉伸試驗(yàn)坡口形狀及焊道分布 Groove and pass of tensile test for welded joint of WELDOX960試板焊后在75℃保溫3小時(shí)，完全冷卻后開始進(jìn)行樣坯的截取和拉伸試樣的制備（參照GB2649）。試驗(yàn)焊接工藝參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果分別見表39，3－10。表39 焊接接頭拉伸試驗(yàn)參數(shù)Tab. 39 Parameters of tensile test for welded joint層 數(shù)焊接電流/A焊接電壓/V熱輸入（KJ/mm）層間溫度/℃打底2310023023020292710412585蓋4面5240279024027—備注：環(huán)境溫度7℃，預(yù)熱75℃，后熱75℃3h。表310焊接接頭拉伸第一組試驗(yàn)結(jié)果Tab. 310 Results of the 1st tensile test for welded joint 測 試 結(jié) 果1112平 均 值屈服強(qiáng)度（N/mm2）830880855抗拉強(qiáng)度（N/mm2）890940915延 伸 率δ/（%）第一組試驗(yàn)測得接頭的抗拉強(qiáng)度較SSAB公司給定的強(qiáng)度值小，原因可能是：①打底焊時(shí)沒有完全焊透；②熱輸入太大，使軟化區(qū)寬度增加，并且軟化區(qū)的部位也隨熱輸入的增加而遠(yuǎn)離熔合線；③層間溫度太高；④焊后后熱延長了t8/5，擴(kuò)大了熱影響區(qū)的軟化?；谝陨戏治觯ㄗh進(jìn)行第二組試驗(yàn)。具體改進(jìn)方案如下：a) 控制層間溫度不超過85℃；b) 采用單道蓋面；c) 焊后直接空冷；2. 第二組焊接接頭拉伸試驗(yàn)試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果試板尺寸：300mm180mm12mm，坡口形狀及焊道分布如圖312所示：圖312第二組焊接拉伸試驗(yàn)坡口形狀及焊道分布 Groove and pass of the 2nd tensile test for welded joint第二組試驗(yàn)條件及焊接工藝參數(shù)見表311。表311 焊接接頭拉伸試驗(yàn)第二組試驗(yàn)工藝參數(shù)Tab. 311 Parameters of the 2nd tensile test for welded joint層 數(shù)焊接電流/A焊接電壓/V熱輸入(KJ/mm)層間溫度/℃打 底111020 802240288032402880蓋 面424028－ 備注: 預(yù)熱溫度78℃，環(huán)境溫度13℃，控制層間溫度為80℃，單道蓋面，并且焊后不進(jìn)行后熱。拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表312：表312焊接接頭拉伸試驗(yàn)第二組試驗(yàn)結(jié)果Tab. 312 Results of the 2nd tensile test for welded joint測 試 結(jié) 果21222324平 均 值屈服強(qiáng)度（N/mm2）930905935845抗拉強(qiáng)度（N/mm2）9789751030965987延伸率δ（%）3. 試驗(yàn)結(jié)果分析比較兩組試驗(yàn)結(jié)果可以明顯發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整工藝，%，%，延伸率降低6%，這說明熱影響區(qū)的軟化在一定程度上對接頭的強(qiáng)度是有影響的。但是從拉伸試驗(yàn)結(jié)果可以看出接頭的強(qiáng)度與母材的強(qiáng)度相差不大，這主要是因?yàn)榻佑|強(qiáng)化效應(yīng)[24]。WELDOX960高強(qiáng)鋼在焊接過程中，由于熱循環(huán)的作用，在過熱區(qū)存在不同程度的軟化現(xiàn)象，但是該軟化區(qū)對于接頭的強(qiáng)度而言卻并沒有太大的損害。當(dāng)采用低強(qiáng)匹配焊材時(shí)，根據(jù)鋼材焊后接頭強(qiáng)度失強(qiáng)率公式[25] （3－11）式中σm是母材的抗拉強(qiáng)度，σw是焊縫的抗拉強(qiáng)度，根據(jù)式（3－11）%。～%，%。這主要是因?yàn)殇摬暮附訒r(shí)由于熱循環(huán)的 作用熱影響區(qū)發(fā)生軟化，強(qiáng)度降低。由于軟化帶很窄，在承載過程中相當(dāng)于一塊彈性體，當(dāng)接頭受拉伸時(shí)，軟化層進(jìn)入塑性狀態(tài)，高強(qiáng)母材仍處于彈性狀態(tài)，母材對軟化層的塑性變形具有拘束作用，使軟化層處于三向應(yīng)力狀態(tài)，即接觸強(qiáng)化效應(yīng)。母材對熱影響區(qū)拘束能力的大小是隨軟化層的寬度而變化的。在接頭橫截面積一定的情況下，軟化層越窄，徑向應(yīng)力就越大，軟化層塑性變形就越困難，從而使接頭強(qiáng)度上升。由接觸強(qiáng)化的原理可知，軟化層的厚度越小，接觸強(qiáng)化效應(yīng)越顯著，接頭強(qiáng)度越高。因此接頭的強(qiáng)度與母材的強(qiáng)度，焊材的抗拉強(qiáng)度，熔合區(qū)的組織等都有關(guān)系。從接頭的宏觀斷裂情況看，在拉伸載荷的作用下，斷裂裂紋起源于熔合線靠近母材側(cè)1mm處，并沿著熔合線擴(kuò)展，最終造成斷裂。，熱影響區(qū)軟化區(qū)為接頭的薄弱環(huán)節(jié)；另外熱影響區(qū)有相對明顯的縮頸變形，這是由于熱影響區(qū)的軟化造成的。對斷裂面進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)斷口中心區(qū)為纖維狀斷面，周圍為剪切唇。斷口中心的纖維面是由細(xì)小的韌窩群組成，另外有少量的大型韌窩，在擴(kuò)展過程中經(jīng)歷了較大的塑性變形。從斷口的微觀組織可以看出接頭在拉伸過程中，晶粒均勻變形。所有這些現(xiàn)象都表明接頭抗拉強(qiáng)度高，韌性好。 焊接接頭微觀組織分析焊縫、HAZ粗晶區(qū)、HAZ細(xì)晶區(qū)的微觀形貌如圖313所示。圖313（a）為焊縫與HAZ在100倍下觀察到的形貌，圖左側(cè)為焊縫，焊縫組織形態(tài)為細(xì)小的柱狀晶，晶體從焊縫兩側(cè)向焊縫中心生長，并與在焊縫中部沿焊縫長度方向生長的柱狀晶相遇；圖（b）是焊縫在400倍下的形貌，圖（c）（d）分別為HAZ細(xì)晶區(qū)和粗晶區(qū)在400倍下的觀察到的微觀組織。焊縫組織和熱影響區(qū)的組織均為針狀鐵素體＋貝氏體＋低碳馬氏體，熱影響區(qū)粗晶區(qū)平均晶粒尺寸為8μm，熱影響區(qū)細(xì)晶區(qū)以綜合性能優(yōu)異的針狀鐵素體、針狀和粒狀貝氏體為主，另外分布有少量的低碳馬氏體，（圖c）。是接頭強(qiáng)韌化的重要保證。粒狀貝氏體和少量的低碳馬氏體是接頭強(qiáng)韌性的保證。(a)(b)100μmweldHAZ25μm (c)25μm(d)25μm 圖313接頭微觀組織形貌 Microstructure of welded joint綜合以上分析可知，WELDOX960高強(qiáng)鋼焊接中應(yīng)嚴(yán)格控制熱輸入。熱輸入太小，使熱影響區(qū)溫度梯度增大，冷卻速度快，是熱影響區(qū)Hvmax增大，淬硬傾向大，從而冷裂傾向增大；熱輸入太大又容易使熱影響區(qū)組織粗化，導(dǎo)致熱影響區(qū)脆化和軟化現(xiàn)象的發(fā)生，降低接頭的韌性和強(qiáng)度。因此采用對接接頭時(shí)，預(yù)熱75℃，～，層間溫度80～85℃，單道蓋面并且焊后直接空冷的工藝參數(shù)可以保證接頭σs和σb的值都較高。 焊接接頭彎曲試驗(yàn)焊接接頭彎曲試驗(yàn)（Test of bend for welded joint）是參照GB265389 《焊接接頭彎曲及壓扁試驗(yàn)方法》[26]，通過對WELDOX960高強(qiáng)鋼焊后接頭進(jìn)行橫向背彎和面彎試驗(yàn)評價(jià)該鋼材接頭的抗彎曲能力。1. 試樣的制備1） WELDOX960高強(qiáng)鋼接頭彎曲試驗(yàn)的試樣如圖314所示： 圖314焊接接頭彎曲試驗(yàn)試樣圖 Test piece of bend test for welded joint 2）樣坯的截取橫彎試樣垂直于焊縫軸線截取，機(jī)械加工后，焊縫中心線應(yīng)位于試樣長度的中心。每個(gè)試樣根據(jù)截取位置的不同依次編號為3。3）試樣的制備試樣采用機(jī)械加工方法，制備方法及要求參照GB265389進(jìn)行。試板尺寸：200 mm125 mm12mm2. 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)結(jié)果WELDOX960高強(qiáng)鋼接頭彎曲試驗(yàn)試樣坡口形狀及焊道分布如圖315所示，分別采取兩組不同的工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。試驗(yàn)工藝參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果分別見表31314。 圖315 焊接接頭彎曲試驗(yàn)第一組試驗(yàn)坡口形狀及焊道 Groove and pass of the 1st bend test for welded joint表313 焊接接頭彎曲試驗(yàn)第一組試驗(yàn)參數(shù) Parameters of the 1st Test of bend for welded joint 層 數(shù)焊接電流/A焊接電壓/V熱輸入KJ/mm層間溫度/℃打底2311024024020272711513095蓋4面52402716024027－備注: 預(yù)熱溫度75℃，環(huán)境溫度7℃。表314 焊接接頭彎曲試驗(yàn)第一組試驗(yàn)結(jié)果Tab. 314 Results of the 1st Test of bend for welded joint彎曲結(jié)果彎曲標(biāo)準(zhǔn)面彎1彎曲至90176。發(fā)生開裂，起裂于HAZ α=180176。δ=4d2彎曲至120176。發(fā)生開裂，起裂于熔合線背彎3彎曲角度180176。，完好試驗(yàn)二：坡口形狀及焊道分布如圖316所示： 圖316 焊接接頭彎曲試驗(yàn)第二組試驗(yàn)坡口形狀及焊道 Groove and pass of the 2nd bend test for welded joint試驗(yàn)條件及工藝參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果分別見表313－16。表315 焊接接頭彎曲試驗(yàn)第二組試驗(yàn)參數(shù)層 數(shù)焊接電流/A焊接電壓/V熱輸入/（KJ/mm）層間溫度/℃打底123蓋面412024024024021282828807575－Tab. 315 Parameters of the 2nd Test of bend for welded joint 備注：預(yù)熱溫度82℃，環(huán)境溫度7℃。表316 焊接接頭彎曲試驗(yàn)第二組試驗(yàn)結(jié)果Tab. 316 Results of the 2nd Test of bend for welded joint 彎曲結(jié)果彎曲標(biāo)準(zhǔn)面彎1和2彎曲到75176。全部開裂 α=180176。δ=4d背彎3完好3. 試驗(yàn)結(jié)果分析背彎彎至180176。沒有發(fā)生開裂。面彎全部發(fā)生斷裂，最大彎曲角度不超過120176。第一組面彎試驗(yàn)中，在載荷的作用下接頭上方處于拉應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)彎曲到120176。時(shí)發(fā)生開裂，裂紋產(chǎn)生于熔合線靠近