【正文】 復合組織。（a） Q890鋼的金相組織 （b）、Q890鋼掃描電鏡組織 ，并且伴有細小的碳化物析出。一般情況下Q890在600℃左右回火時，硬度比較平穩(wěn)，材料的綜合性能最優(yōu)異[31]。理論計算的熱影響區(qū)寬度與宏觀金相試驗計算結(jié)果基本一致。一般情況下，焊接熱影響區(qū)的寬度可以通過經(jīng)驗公式進行理論計算，具體的計算如下（這里只計算熱輸入為15 kJ/cm時的熱影響區(qū)的寬度，）：假設(shè)焊接熱影響區(qū)的峰值溫度為，則有計算公式如下： (3—1)式（3—1）中：：峰值溫度（℃） To：預熱溫度： 82℃ Tm：材料的熔點1500℃ ρ：材料的密度，Q890的密度:7850Kg/m3 c：材料比熱，500J/Kg℃ h：焊板厚度，30mm y：距融合線距離（mm） E：焊接線能，E=15kJ/cm=1500J/mm，把數(shù)據(jù)代入(31)，則有與y的關(guān)系如下：Ty=1500/(+)+82 （32） 。通過宏觀圖片的觀察我們還可以了解多層多道焊的焊道層次，焊縫的組織為明顯的柱狀晶，且柱狀晶是沿著垂直熔池壁或前一焊道長大，另外，從圖中可以清楚的知道熔合線位置，并且大體了解熱影響區(qū)的寬度，當熱輸入為9 kJ/，熱輸入12 kJ/，熱輸入15 kJ/。（a）、線能量為9 kJ/cm的焊接接頭（b）、線能量為12 kJ/cm的焊接接頭（c）、線能量為15 kJ/cm的焊接接頭，焊接接頭的坡口形式為雙V形，焊接采用多層多道焊，伴有少量的余高。測試時的條件：加載力300g、加載飽和時間為15秒。所以，對Q890低合金高強鋼焊接區(qū)域的硬度測定對于了解其焊接接頭的力學性能具有重要的意義。因此，測定焊接接頭硬度的分布情況不僅可以間接反映接頭各部分強度的大小，還可以大致對其組織的變化有一定的了解。每一缺口位置取3個試樣，進行20℃進行實驗，試樣冷卻介質(zhì)為液氮，得出沖擊值后取平均值。實驗在JB300沖擊試驗機上進行。沖擊韌性是材料的一個很重要的指標，能敏感反映出焊接區(qū)微觀缺陷和顯微組織的變化。Q890鋼焊接接頭拉伸試驗在WE60型萬能材料試驗機上，按照國家標準GB 2282002的規(guī)定進行，本實驗公稱直徑取d=。R:360degree；⑷加速電壓：，束流：1PA1μA；⑸能譜儀：分辨率：MnKα峰的平高，寬優(yōu)于133ev（計數(shù)率為25000CPS），分析元素：Be4~U92；⑹INCA Crystal 電子背散射衍射系統(tǒng)（EBSD）拉伸試驗是指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗方法。其主要技術(shù)參數(shù)如下：⑴分辨率：高真空模式：（30KV）；低真空模式：（30KV）；⑵低真空度：1to270Pa。本次研究中，需要做掃描電鏡實驗的有：接頭各區(qū)金相微觀組織觀察、焊縫能譜分析、焊接接頭沖擊試樣斷口形貌觀察。本次實驗所選用的金相顯微鏡為萊卡正立式金相顯微鏡和LAZ圖象分析軟件觀察、拍攝金相照片。在金相制備完成后，利用金相顯微鏡對焊接接頭的焊縫、熔合線、熱影響區(qū)進行金相觀察，從而詳細了解焊接接頭中的各個區(qū)域的組織特點以及組織晶粒的大小，做到初步了解各個區(qū)域的性能。所選用的腐蝕液為10%的稀硝酸酒精溶液，（即按照10ml硝酸+90ml酒精的比例進行配制），腐蝕時間大約為610s。宏觀分析的Q890試樣需要經(jīng)過磨制、拋光、腐蝕后，才能將焊接接頭的各區(qū)域形貌分析清楚。接頭的宏觀分析可以大致了解焊接接頭的外觀尺寸、焊縫成形與結(jié)晶形態(tài)、表面缺陷等。一般焊接接頭的宏觀分析的內(nèi)容包括兩個方面：⑴能夠恰當反映出焊接件，在焊接后形貌特征，以及焊接形式等。重慶理工大學畢業(yè)論文 3 熱輸入對Q890鋼焊接接頭組織極性能影響分析3 熱輸入對Q890鋼焊接接頭組織及性能影響分析 試驗方法實驗采用熔化極氣體保護焊對Q890鋼板進行焊接，焊接時選用9 kJ/cm、12 kJ/cm、15 kJ/cm 三種不同的焊接線能量，然后對不同焊接線能量的焊接接頭分別進行組織觀察和力學性能測試。其計算公式為： （2—8）℃。后熱處理的好處有三方面：（1）可以減少殘余應力，（2）改善組織，（3）消除殘余氫，進而減小產(chǎn)生冷裂紋的可能性。焊接線能量的大小可用由如下公式計算： （26） E表示焊接線能量；U表示電壓（V）；I表示焊接電流（A）；V表示焊接速度（cm/s）。對于Q890高強鋼，首先應該減小熱輸入（高冷卻速度）以形成低碳馬氏體，對保證韌性有利。當E偏小時，熱影響區(qū)的淬硬性明顯增強，馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度較快，馬氏體來不及“自回火”，熱影響區(qū)又將產(chǎn)生冷裂紋。線能量不合理會導致焊接接頭韌性下降及焊接裂紋產(chǎn)生。對于低合金高強鋼，層間溫度一般稍高與預熱溫度即可，所以Q890的層間溫度選用110150℃之間即可。層間溫度不僅有上限，而且還有下限。由公式（25）計算得出T0=1440Pc392=83℃，所以Q890在焊接時候的最低預熱溫度為83℃，試驗取預熱溫度為80100℃。相反，從它對800~ 500℃的冷卻速度的影響看，由于預熱減緩了該區(qū)域內(nèi)的冷卻速度，獲得上貝氏體的可能性增加，對熱影響區(qū)韌性還可能有不利的影響，因此在焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼時都采用較低的預熱溫度（T0≤200℃）。當焊接熱輸入提高到最大允許值裂紋還不能避免時，就必須采取預熱措施。 焊接坡口形式 預熱和層間溫度高強鋼在焊接時，預熱是一種經(jīng)常采用的措施，其作用非常明顯，預熱的目的有兩個，一是可以使焊接接頭的冷卻速度減小，從而有效的避免或減少淬硬組織的產(chǎn)生，并且可以促使氫從焊縫中的盡量多的擴散逸出，從而防止冷裂紋的產(chǎn)生；預熱的另一個作用是減少母材金屬與焊接區(qū)之間的溫差，從而進一步降低焊接應力的峰值。由于試驗用材料厚度為30mm，焊接方法為熔化極氣體保護焊，考慮角變形最小及坡口加工便利程度，試驗采用雙V形坡口。坡口的形式有I形、X形、V形、U形、雙U形和雙V形等。焊絲在使用的時候一定要保持干燥、干凈，減少水和油污[30]。Q890鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后一般不重新進行調(diào)質(zhì)熱處理，因此在選擇焊接材料時要求焊縫金屬在焊態(tài)下應接近母材的力學性能，即按等強度原則選取。而焊接材料在焊接時與母材同時直接參與熔池或半熔化區(qū)的冶金反應過程，影響或決定接頭的焊接質(zhì)量，因此Q890鋼在焊接的時候，焊接材料的選擇就尤為重要，其直接影響到焊接接頭的性能，進而影響產(chǎn)品的壽命及可靠性[29]。 綜上所述，試驗采用的焊接方法為熔化極混合氣體保護焊，保護氣體成分為80%Ar+20%CO2。而對于屈服強度σs≥686MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，熔化極氣體保護焊（Ar+CO2混合氣體保護焊）是最合適的工藝方法[28]。但一般情況下，高強鋼用于重要的焊接結(jié)構(gòu)，包括低溫和承受動載荷的結(jié)構(gòu)，對焊接熱影響區(qū)韌性要求較高。此外節(jié)約成本、提高效率也是要考慮的問題。對于Q890鋼，根據(jù)公式（24） ，所以Q890鋼產(chǎn)生再熱裂紋的傾向很小。而當V和Mo同時加入時就更為敏感。再熱裂紋的出現(xiàn)應該有大量的內(nèi)應力存在，并且應立集中，在大拘束度的厚件或應力集中部位易產(chǎn)生再熱裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生區(qū)域一般在近縫區(qū)的粗晶區(qū)或止裂于細晶區(qū)。因此Q890鋼產(chǎn)生熱裂紋的傾向很小。其次HCS越大的金屬材料，其熱裂紋敏感性越高，HCS≤4時，一般不會產(chǎn)生熱裂紋。按裂紋產(chǎn)生的形態(tài)、機理和溫度區(qū)間的不同，焊接熱裂紋可分為：凝固裂紋，高溫液化裂紋，多邊化裂紋三類。焊接熱裂紋一般是指在較高溫度下產(chǎn)生的裂紋，大部分熱裂紋是固、液相線溫度區(qū)間產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋，也有少量是在稍低于固相線溫度時產(chǎn)生的。 Ceq =C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%) （21）Pcm=C+Si/30+（Mn+Cu+Cr）/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B (%) （22）經(jīng)過公式（21）、（22）的計算，%，根據(jù)國際焊接學會碳當量公式的評價標準，Ceq值已超過了%，鋼材易淬硬，冷裂傾向較大，表明焊接性已變差，焊接時需預熱才能防止冷裂紋，隨板厚增大預熱溫度還應相應提高。使用國際焊接學會（IIW）推薦的碳當量公式，JIS推薦的冷裂敏感系數(shù)公式來間接評估Q890鋼的焊接冷裂紋敏感性。因此，可以通過碳當量和冷裂敏感指數(shù)公式來初步衡量低合金高強鋼的冷裂傾向。但是，這類鋼馬氏體含碳量很低，熱影響區(qū)淬硬組織為低碳馬氏體，具有一定韌性，同時馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms較高，在該溫度下以較慢的速度冷卻，形成的馬氏體還能來得及進行一次“自回火”處理，所以實際上冷裂傾向并不一定很大。Q890作為一種低碳調(diào)質(zhì)鋼，其合金化原則是在低碳基礎(chǔ)上通過加入多種提高淬透性的合金元素，來保證獲得強度高、韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體。主要出現(xiàn)在Ms點附近或200～300℃以下溫度區(qū)間，有的在焊后立即出現(xiàn)，有的在幾小時，幾天或更長時間后才出現(xiàn)。其最主要、最常見的冷裂紋為延遲裂紋。但是Q890在焊接時如果焊接工藝選擇不當，也會出現(xiàn)裂紋與韌性下降的現(xiàn)象。因此焊接性對于結(jié)構(gòu)件的使用意義重大[24]。其中碳對鋼的焊接性影響最顯著，含碳量越高焊接性越差。母材或焊接材料在焊接時將直接參與熔池或半熔化區(qū)的冶金反應過程，影響或決定接頭的焊接質(zhì)量，因此它們是影響焊接性的首要因素。焊接性包括工藝焊接性和使用焊接性兩方面。 Q890鋼的化學成分（wt%）元素CSiMnPSCrMoNbVTiNiB標準≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤實測 Q890鋼的力學性能指標屈服強度σs / MPa抗拉強度σb / MPa延伸率δ（%）沖擊功（200C）Akv/J標準≥830940≥11≥30實測990100087 焊接理論分析焊接性，又稱為可焊性，是指金屬是否能適應焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。適用于制造焊接性能要求較高的液壓支架、各類工程機械，如礦山和各類工程施工用的鉆機、電鏟、電動輪翻斗車、礦用汽車、挖掘機、裝載機、推土機、各類起重機等鋼結(jié)構(gòu)件[23]。(2）研究不同熱輸入對Q890高強鋼接頭組織、成分及力學性能的影響利用光學顯微鏡和掃描電鏡對不同熱輸入下的接頭焊縫和熱影響區(qū)各區(qū)的顯微組織進行觀察，分析各區(qū)的組織特征；對不同熱輸入下的接頭進行硬度和拉伸力學性能試驗，在20℃對焊縫、熱影響區(qū)及母材進行沖擊試驗并對沖擊斷口形貌進行觀察；研究焊接接頭組織與性能的關(guān)系。因此本研究具有一定的理論價值與實踐價值。因此本課題通過研究熱輸入對Q890高強鋼接頭組織及性能的影響，可以提供具有生產(chǎn)實踐意義的焊接工藝，對于Q890高強鋼的研制以及促進工程中高強鋼的應用都有重要的意義。Q890作為一種強度級別較高的低合金高強鋼，其綜合力學性能優(yōu)異，在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應用于工程構(gòu)件，如橋梁、機械等。但由于低合金高強鋼合金元素含量復雜、淬硬傾向比較大，所以焊接時容易產(chǎn)生冷裂紋；此外由于低合金高強鋼強度級別較高，焊接時，容易導致焊接接頭脆化。近幾年來，為了減輕結(jié)構(gòu)的自重、提高自生的承重能力、增加構(gòu)件的使用壽命，低合金高強鋼已經(jīng)大量生產(chǎn)并且已經(jīng)被廣泛的使用。因此，強度級別較高的鋼材，往往采用低強匹配原則施焊，對冷裂紋的控制效果會比較明顯。即使焊縫強度能夠達到等強匹配，也會使焊縫的塑性和韌性降低，有時候會降到工程構(gòu)件不能接受的地步。指出采用低強匹配時，隨著焊縫金屬相對寬度減小，接頭的抗拉強度變大；若焊縫金屬相對寬度不大，則采用等強匹配的接頭具有最優(yōu)抗脆斷性能。李亞江通過研究Q163與HQ130的低合金高強鋼焊接熔合區(qū)附近的裂紋產(chǎn)生及擴展行為，指出采用低強匹配原則可提高焊縫金屬的韌性儲備，可有效防止冷裂紋的出現(xiàn)。陳伯鑫通過研究高強鋼HQ70焊接接頭的斷裂強度，指出焊接接頭的斷裂性能與焊縫金屬的強度、塑性、韌性以及接頭的不均質(zhì)等有關(guān)。當M=1，稱為等強匹配；當Ml，稱為高強匹配；反之，當 Ml，稱為低強匹配[21]。 焊縫強度匹配焊縫的強度匹配是指，焊接時焊縫金屬的強度和母材強度的匹配，它是焊接接頭與焊接結(jié)構(gòu)在設(shè)計時需要特別關(guān)注的一個問題，其對于焊接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、焊接接頭的抗裂紋能力以及接頭的力學性能都有很大的影響。預熱延長接頭在低溫階段的停留時間，不僅有利于氫從接頭中擴散出來，并且可以減弱淬硬組織的生成。同時焊接時應盡量采用多層多道焊，這樣在焊縫金屬就具有較好的韌性而且焊接變形小。低合金高強鋼焊接時，選擇和制定合理的焊接工藝及規(guī)范是十分重要的。CO2氣保護焊有能耗低、效率高、焊后焊接變形小、成本低、便于實現(xiàn)自動化等許多優(yōu)點，所以在低合金高強鋼的焊接中有著廣泛應用。焊接方法的確定一般是依據(jù)母材的強度等級、使用性能、施工環(huán)境以及成本高低。屈朝霞[18]通過熱模擬技術(shù)，指出在低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)奧氏體晶粒隨著焊接熱輸入的增加呈長大趨勢。其次，熱影響區(qū)組織的晶粒尺寸變化主要受到母材合金元素、焊接熱輸入以及母材原始晶粒尺寸大小的影響。柴鋒、楊才福等人[16]通過研究指出，當冷卻速度較大時，板條貝氏體是粗晶區(qū)的主要組織；當冷卻速度較小時，板條狀的貝氏體會明顯的減少，與之相反粒狀的貝氏體顯著增加；而大尺寸的粒狀貝氏體數(shù)量增多會導致接頭塑性下降。因此，良好的焊接熱影響區(qū)性能可以通過選擇合理的焊接熱輸入進行調(diào)節(jié)。熱影響區(qū)的顯微組織大體有馬氏體、上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體、珠光體、鐵素體及MA組元。對于給定的低合金高強鋼，焊接熱輸入決定了熱影響區(qū)的組織。但是無論