【正文】 熱輸入越大，焊接峰值溫度也較大，強化相會較多的融入焊縫組織，從而使硬度增大。表層中部根部(a) 不同熱輸入焊縫縱向硬度分布曲線母材焊縫HAZ(b) 三種熱輸入焊縫表層硬度分布曲線焊縫母材HAZ (c) E=9KJ/cm焊縫中部硬度分布曲線HAZ焊縫母材(d) E=9KJ/cm焊縫根部硬度分布曲線 接頭的硬度分布曲線(a)圖為線能量為9KJ/cm和15KJ/cm時的焊縫縱向硬度分布圖，對于同種線能量，硬度在不同位置呈波浪變化，這是因為本次研究采用多層多道焊接，前一道焊對后一道焊起到預熱的作用，而后道一焊對前道焊道會產(chǎn)生熱處理的作用。 對比裂紋失穩(wěn)擴展區(qū)域的沖擊斷口微觀形貌，由圖（b）（d）（f）可知，斷口微觀形貌中，熱輸入為12 kJ/cm時，（（d）圖所示），韌窩要比熱輸入為9kJ/cm（（a）所示）時的大，但熱輸入增加到15kJ/cm（（f）所示）時，韌窩的數(shù)量在大量的增加。②熱影響區(qū)沖擊斷口的微觀形貌分析℃試驗溫度下沖擊斷口形貌。說明這幾種焊接方法都是合格的。通過對比還可以發(fā)現(xiàn)，在裂紋擴展前期，隨著熱輸入的增大，斷口中韌窩的數(shù)量越來越多，且變得越來越密集，如圖（a）、（c）、（e）所示。②焊縫沖擊斷口的微觀形貌分析 ℃試驗溫度下沖擊斷口形貌。的區(qū)域為剪切唇。而熱輸入較大的時候，焊縫的組織主要為針狀鐵素體，伴有少量的粒狀貝氏體組織，且隨著熱輸入的增加，焊縫中針狀鐵素體所占的比例不斷增大，貝氏體減少，馬氏體逐漸消失，由于針狀鐵素體對于韌性非常有利，從而使焊縫的韌性不斷的增大。從組織方面講，熱輸入越大焊縫的冷卻速度越慢，越易生成針狀鐵素體等高韌性的組織，同時也會使強度下降，而焊接熱輸入越小冷卻速度越快，會形成貝氏體、馬氏體等強度較大的組織，但是會引起焊縫韌性的下降。熱輸入KJ/cm試驗溫度（℃）接頭板拉伸Rm/MPa強度平均值Rm/MPa母材標準值Rm/MPa92010351030≥9401025122010051005100515201010995980從表中可以看出，焊接熱輸入在 9kJ/cm 時，焊縫的拉伸強度在三種焊接熱輸入中最優(yōu)，焊接熱輸入為 15 kJ/cm 時焊縫強度最差，焊接熱輸入為12 kJ/cm 時焊縫力學性能介于兩者之間。(a)、(b)、(c)三圖，可知隨著線能量的增大，黑色的托氏體物質(zhì)在增加，這是由于線能量較大，冷卻速度慢，在600—500℃停留時間比較長，過冷奧氏體較多轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w，同時也使馬氏體組織減少。如含碳量和合金元素含量不高或冷卻速度較小時，也可能出現(xiàn)索氏體和鐵素體。 （a）E=9KJ/cm 淬火細晶區(qū) （b）E= 12KJ/cm 淬火細晶區(qū)（c）E=15 KJ/cm淬火細晶區(qū) 淬火細晶區(qū)微觀形貌2）不完全淬火區(qū)調(diào)質(zhì)鋼的HAZ 不完全淬火區(qū)組織為細晶等軸狀板條馬氏體 + 鐵素體。2）完全淬火細晶區(qū)Q890鋼完全淬火細晶區(qū)組織主要為等軸的細晶馬氏體。當E=12KJ/cm時，冷卻速度減慢，生成的組織主要是大量的板條狀馬氏體和少量的細小粒狀貝氏體。由于Q890鋼的合金元素種類多，含量較高，過冷奧氏體的穩(wěn)定性較強，其淬硬傾向較大。(5) 熱影響區(qū)域微觀組織在焊接過程中，在焊接熱循環(huán)作用下，焊縫兩側(cè)處于固態(tài)的母材發(fā)生明顯的組織和性能變化的區(qū)域，稱為焊接熱影響區(qū)。熔合區(qū)一般由母材部分熔化區(qū)、不完全混合區(qū)、完全混合區(qū)組成。（4）熔合區(qū)微觀組織分析熔合區(qū)就是熔化區(qū)和非熔化區(qū)之間的過渡部分，在這個過渡區(qū)域內(nèi)成分和組織既不同于母材，也不同于焊縫金屬。組成焊縫中非金屬夾雜物的物質(zhì)是各種氧化物如：SiOMnO、Al2OFeO、TiO2等及其復合化合物。一般情況下針狀鐵素體的形核方式有兩種：第一種形核方式是由非金屬夾雜物誘導，使幾個針狀鐵素體以球形夾雜物呈放射性狀伸展稱為一次晶內(nèi)鐵素體。隨著焊接線能量的增加，冷卻速度減慢。即隨著線能量的不斷增大，焊縫柱狀晶的寬度也在不斷的增大。針狀鐵素體（AF）組織非常細小，一般生于500℃附近，其出現(xiàn)于原奧氏體晶內(nèi)并有一定的方向性，呈放射狀生長，相鄰AF間的方位差為大傾角，其間隙存在有滲碳體，針狀鐵素體晶內(nèi)位錯密度較高，位錯之間也互相纏結(jié)，分布也不均勻。焊接的缺陷如：夾雜、氣孔、裂紋等都是在一次組織形成的時候出現(xiàn)的，而且一次組織結(jié)晶所形的粗大柱狀晶會使接頭的脆性增大，韌性下降。（2）焊縫的微觀組織焊縫是焊接接頭的重要組成部分，其組織的形態(tài)對焊接接頭質(zhì)量與性能起著決定性作用，焊縫金屬一般是熔焊過程中填充金屬和熔化的母材金屬在熔池中混合而成的，它往往要經(jīng)歷加熱熔化、凝固結(jié)晶以及固態(tài)相變等重要階段。由于Q890鋼合金元素含量高、淬透性強，在淬火后獲得低碳馬氏體，再經(jīng)高溫回火（500℃—600℃），低碳馬氏體由于碳的擴散析出形成回火索氏體。（1）母材的微觀組織低合金高強鋼Q890一般的供貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)狀態(tài)，在調(diào)質(zhì)處理時淬火溫度一般在920℃左右，在200—700℃溫度范圍內(nèi)回火的時候，隨著回火溫度的升高，馬氏體組織逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體、回火托氏體和回火索氏體，硬度逐漸下降。熱影響區(qū)寬度隨著熱輸入的增加逐漸的增加。即沿接頭橫向測試焊道的表面、中間及根部焊道，測試時要從焊縫中心一直測到母材，表層焊道的測試路徑距離式樣上表面2mm，此外還要沿這接頭的縱向進行一次測量。充分了解焊接接頭區(qū)域硬度分布規(guī)律。其中焊縫沖擊試樣在焊縫距表面2mm進行取樣，缺口分別開在焊縫中部，缺口方向垂直于焊縫表面；熱影響區(qū)的沖擊試樣在距熔合線約1mm處開缺口，熱影響區(qū)取樣前先用10%的硝酸酒精溶液腐蝕。切取方向為縱向，試樣焊縫余高以機械方法去除，使之與母材齊平加工刀痕應與焊縫軸線垂直。高、低真空切換；⑶樣品移動范圍：X：125mm，Y：100mm，Z：5~80mm，T：10~+90176。金相試樣制備時，所選用的腐蝕劑為3%的稀硝酸酒精溶液（即按照3ml硝酸+97ml酒精的比例進行配制），腐蝕時間大約為610s。（2）微觀組織分析 要想有效的了解接頭的微觀組織，必須進行微觀顯微組織分析。本次實驗首先要對不同熱輸入下的Q890鋼的焊接接頭進行宏觀分析。 焊接工藝參數(shù)層數(shù)熱輸入(kJ/cm)電流(A)電壓(V)焊速(cm/min)道間溫度(℃)預熱溫度(℃)保護氣體氣體流量(L/min)打底層2202233110～15010080%Ar+20%CO220填充及蓋面層15280303312280294192202432（1）接頭宏觀分析焊接接頭宏觀分析對于焊接接頭的研究有著重要的意義。本實驗采用日本荒川等人提出的經(jīng)驗公式確定后熱溫度[31]，公式如下（2—7）、（2—8）： （2—7）式中[Ceq]P表示與后熱有關(guān)的碳當量。在滿足熱影響區(qū)塑性、韌性的條件下，也就是在保證過熱區(qū)不產(chǎn)生脆化的前提下，線能量盡可能選擇大些，以降低冷卻速度防止冷裂紋產(chǎn)生，但E不能超過其最大許用值。E偏大，接頭的冷卻速度較慢，不僅使熱影響區(qū)晶粒粗化，同時也會促使過熱區(qū)形成上貝氏體和MA組元的脆性混合組織，導致過熱區(qū)脆化，韌性降低。不低于預熱溫度是確定層間溫度的下限，層間溫度太低會使焊縫產(chǎn)生內(nèi)應力，同時影響焊縫的組織轉(zhuǎn)變，層間溫度太高，會使焊接熔池內(nèi)的焊縫金屬及接頭熱影響區(qū)的母材金屬溫度過高，晶粒增大，容易產(chǎn)生魏氏組織，力學性能變壞。 Q890的理論預熱溫度可以用如下公式計算 To=1440Pc392 Pc=Pcm+h/600+[H]/60 （25）式中：Pcm—冷裂敏感指數(shù)，由前面計算可知Pcm=；h—板厚（30mm）；[H]—擴散氫含量，本實驗取[H]=3ml/100g(平均值)。當?shù)吞颊{(diào)質(zhì)鋼板厚不大，接頭拘束度較小時，可以采用不預熱焊接工藝。高強鋼厚板焊接時應當開適當?shù)钠驴冢驴谛问降倪x取主要取決于焊接方法及材料厚度。綜上所述，試驗采用與母材等強的焊接材料，其型號為GHS90，、。 焊接材料的選擇Q890鋼具有高的強度，塑韌性也較好，而且在很多復雜形變的條件下組織相對穩(wěn)定，作為焊接母材，在工藝適當?shù)臈l件下，其焊接冷裂紋的敏感性相對較小，焊接粗晶區(qū)的韌性能得到一定程度的提高，即對焊接接頭的性能具有良好的保證。不宜采用大熱輸入的焊接方法，應盡可能采用熱量集中的氣體保護焊或焊條電弧焊進行焊接。 Q890鋼的焊接工藝設計 焊接方法的選擇焊接方法的選用對于焊接有著至關(guān)重要的作用，為了保證構(gòu)件的焊接質(zhì)量，焊接方法的選用應該滿足沒有裂紋、夾雜與氣孔的出現(xiàn)，另外還應該使成形美觀、飛濺較小。從Q890鋼的合金系統(tǒng)來說，為加強其淬透性和提高抗回火性能，加入的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb、B等，大多數(shù)都能引起再熱裂紋．其中V的影響最大，Mo的影響次之。再熱裂紋是指焊接件在焊后再加熱，消除應力退火或者高溫工作（500—600℃）過程中產(chǎn)生的裂紋?？紤]鋼材化學成分對焊接熱裂紋敏感性的影響，在試驗研究的基礎上提出可預測或評估低合金結(jié)構(gòu)鋼熱裂紋敏感性指數(shù)的方法[26]，即熱裂紋敏感系數(shù)（簡稱HCS），其計算公式如（2—3）： （2—3）一般認為Mn/S對于防止熱裂紋有很大影響，當Mn/S比大于25時，不會產(chǎn)生熱裂紋。%％，再次表明Q890鋼具有一定的冷裂傾向，在焊接前必須進行預熱。一般情況下碳當量越高，冷裂敏感系數(shù)越大、焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向越大，冷裂傾向越大，焊接性越差。由于淬透性增加，所以這類鋼淬硬性大，在焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向。一般情況下冷裂紋是由鋼種的淬硬傾向，焊接接頭的含氫量及其分布，焊接接頭的拘束應力三者共同作用的結(jié)果。Q890作為調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用的低合金高強鋼，具有優(yōu)良的強度與韌性，焊接性能較優(yōu)異，焊后可不進行重新調(diào)質(zhì)熱處理。對焊接性影響最大的是焊接母材的性質(zhì)，其包括母材的化學成分、冶煉軋制狀態(tài)、熱處理狀態(tài)、組織狀態(tài)和力學性能等。焊接性是材料對焊接加工的適應性，指材料在一定的焊接工藝條件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等），獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運行。：不同熱輸入下的焊接試樣制備焊接接頭組織性能分析熱輸入對Q890鋼接頭組織及性能的影響焊接工藝制定Q890鋼焊接性分析試驗結(jié)果分析結(jié)論焊接材料的選擇焊接方法的選擇焊接工藝參數(shù)選擇預熱溫度的選擇金相組織觀察力學性能測試掃描電鏡試驗硬度測試拉伸試驗沖擊試驗 技術(shù)路線圖58重慶理工大學畢業(yè)論文 2 Q890鋼焊接性分析及焊接工藝設計2 Q890鋼焊接性分析及焊接工藝設計 試驗材料試驗用材料為Q890低合金高強鋼， 該鋼為調(diào)質(zhì)型低合金高強鋼，其一般按低碳當量成分設計，焊接性能良好；鋼板在淬火前一般都要經(jīng)過噴丸處理、淬火爐輻射管加熱、無氧化氣氛控制等措施，故鋼板具有良好的表面質(zhì)量，力學性能以及良好的板形，是工程中最常用的材料之一。而且還可以為本行業(yè)提供一定的參考。因此，防止冷裂紋產(chǎn)生并確保焊接接頭具有優(yōu)良的綜合力學性能是低合金高強鋼在焊接時首要考慮的問題。、內(nèi)容及技術(shù)路線低合金高強鋼是一類可焊接的低碳工程結(jié)構(gòu)用鋼。隨著低合金高強鋼強度的不斷增加，等強匹配原則的選用就會越困難，因為同時增加焊縫金屬的強度和韌性是非常困難的。當焊縫為等強匹配時接頭的斷裂性能最佳。焊縫金屬和母材的強度匹配方式一般用強度匹配系數(shù)M表示，M即為焊縫金屬的抗拉強度((σb)w)與母材的抗拉強度((σb)b)之比即[M=(σb)w/(σb)b]。預熱可以有效防止氫致延遲裂紋的產(chǎn)生，預熱溫度一般根據(jù)鋼材的化學成分、碳當量和熱影響區(qū)的最高硬度值來確定。王祖濱[19]指出CO2氣體保護焊在抗氫致裂紋性能方面，也有突出的優(yōu)越性，可以降低鋼的預熱溫度。 焊接工藝低合金高強鋼的焊接可以使用常用的焊接方法，如手工電弧焊、埋弧自動焊、CO2氣體保護焊，也可使用高能束焊接，如高功率激光焊等。常鐵軍、謝輔洲等人[17]對10Ni5crMov鋼的焊接熱循環(huán)進行了模擬研究，結(jié)果表明：當使用不同的焊接熱輸入時，熱影響區(qū)的組織和性能就會有較大的差別；對于10NiscrMov鋼，在熱輸入為24kJ/cm時熱影響區(qū)組織的性能最好，組織一般為馬氏體+上貝氏體+粒狀貝氏體。在焊接熱輸入的作用下，熱影響區(qū)的母材首先發(fā)生奧氏體化，若溫度很高奧氏體晶粒尺寸就會長大，而奧氏體晶粒尺寸的大小對熱影響區(qū)的性能以及之后的組織相變有至關(guān)重要的影響。（2）熱影響區(qū)的組織性能研究焊接熱影響區(qū)(HAZ)是指靠近焊縫的沒有熔化的母材金屬在受到焊接熱循環(huán)的作用，發(fā)生明顯的組織以及性能變化的區(qū)域。此外，低合金高強鋼焊縫金屬中有時還存在MA組元。作為一種惰性介質(zhì)表面，夾雜物對起針狀鐵素體的形核有十分重要的作用。焊接接頭焊縫組織的性能對構(gòu)件性能起著至