【正文】 鋼材強(qiáng)度的提高，不再采用提高碳的含量來增加強(qiáng)度，而是向鋼中添加Mn、Si、Ni、Mo、Cr、Al等合金元素，以此來提高鋼的強(qiáng)度，并且達(dá)到改善焊接性和耐磨性等力學(xué)性能。而低合金高強(qiáng)鋼的使用過程中一般都需要焊接，因此對(duì)低合金高強(qiáng)鋼在焊接時(shí)所配套使用的焊接材料的研究已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點(diǎn)問題之一[4]。HG70鋼和HG80鋼由于其極高的抗拉強(qiáng)度，特別適合制造挖掘機(jī)鏟斗、電動(dòng)輪、自卸車車廂板等強(qiáng)度級(jí)別要求高的構(gòu)件。近年來，由于改進(jìn)了生產(chǎn)工藝、完善了加工手段，我國對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別高、機(jī)械性能優(yōu)良鋼材的生產(chǎn)技術(shù)己基本成熟。在今后的十幾年中，我國將重點(diǎn)開發(fā)強(qiáng)度級(jí)別能夠達(dá)到8001500MPa的新一代產(chǎn)品。對(duì)于新一代低合金高強(qiáng)鋼中存在的焊接問題，我們將從焊接特點(diǎn)、焊后組織性能和焊接工藝等多方面進(jìn)行綜合分析解決。只有降低碳的含量，才能得到良好的焊接接頭。其在焊接過程中常常會(huì)出現(xiàn)如下缺陷[8]：①焊縫凝固裂紋，焊縫凝固裂紋屬于熱裂紋，一般出現(xiàn)在焊縫結(jié)晶后期，出現(xiàn)的原因是低溶共晶形成的液態(tài)薄膜減弱了組織晶粒間的聯(lián)結(jié)，當(dāng)遇到一定的拉應(yīng)力時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。③低合金高強(qiáng)鋼在焊接過程中容易產(chǎn)生冷裂紋，延遲裂紋作為主要的冷裂紋，常常在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)中出現(xiàn)。由于低合金高強(qiáng)鋼在焊接過程易形成馬氏體組織，也可致使冷裂紋的出現(xiàn)。⑤熱影響區(qū)的脆化，熱影響區(qū)的脆化主要是由于焊接時(shí)的過熱使晶粒粗化在冷卻后形成脆性組織。一般情況下，焊接冷裂紋的敏感性可以通過熱影響區(qū)的最高硬度來粗略估計(jì)。還有學(xué)者研究指出[10]，在接頭熔合區(qū)容易發(fā)生熱應(yīng)變脆化，原因是在接頭中的缺陷常出現(xiàn)于熔合區(qū)，當(dāng)在缺陷周圍存在連續(xù)的熱應(yīng)變作用，則此區(qū)域就容易出現(xiàn)應(yīng)變集中并產(chǎn)生對(duì)韌性不利的組織。但是如果向鋼中加入 N 元素并對(duì)鋼進(jìn)行退火處理可以降低熱應(yīng)變脆化傾向。焊接接頭焊縫組織的性能對(duì)構(gòu)件性能起著至關(guān)重要的作用，低合金高強(qiáng)鋼在焊接時(shí)候，焊縫的顯微組織主要有：包含夾雜物的體心立方δ鐵素體、在稍低溫度時(shí)轉(zhuǎn)變的面心立方奧氏體、粒狀貝氏體、針狀鐵素體、馬氏體、M一A組元等。針狀鐵素體與貝氏體組織形成的區(qū)別在于前者是在奧氏體晶內(nèi)的夾雜物上形核并向四周生長，而后者在奧氏體晶界上形核并向晶內(nèi)生長[12]。作為一種惰性介質(zhì)表面，夾雜物對(duì)起針狀鐵素體的形核有十分重要的作用。在針狀鐵素體的長大過程中，常常伴隨有浮凸效應(yīng)和不變平面應(yīng)變等特征。此外，低合金高強(qiáng)鋼焊縫金屬中有時(shí)還存在MA組元。焊縫金屬的強(qiáng)度與MA組元的形貌以及數(shù)量有關(guān)，如果焊縫的強(qiáng)度在490MPa以下則一般不會(huì)出現(xiàn)MA組元；當(dāng)提高焊縫的強(qiáng)度和增加焊縫中的合金元素，則MA組元開始出現(xiàn)，且經(jīng)常呈塊狀或粒狀分布；隨著合金元素含量的不斷增加，MA組元就會(huì)呈板條狀。（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。在給定的焊接熱輸下，處于焊縫附近的母材將會(huì)被加熱到一定的溫度，溫度的升高和降低將會(huì)導(dǎo)致組織發(fā)生轉(zhuǎn)變。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(huì)長大，而奧氏體晶粒尺寸的大小對(duì)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。熱影響區(qū)組織、性能受到熱影響區(qū)熱循環(huán)速度以及熱輸入的影響。常鐵軍、謝輔洲等人[17]對(duì)10Ni5crMov鋼的焊接熱循環(huán)進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明：當(dāng)使用不同的焊接熱輸入時(shí)，熱影響區(qū)的組織和性能就會(huì)有較大的差別；對(duì)于10NiscrMov鋼，在熱輸入為24kJ/cm時(shí)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。高強(qiáng)鋼熱影響區(qū)晶粒尺寸的變化也可以采用熱模擬方法進(jìn)行研究。 焊接工藝低合金高強(qiáng)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(dòng)焊、CO2氣體保護(hù)焊，也可使用高能束焊接，如高功率激光焊等。通常，強(qiáng)度較低的焊接件可采用上述各種方法，但是對(duì)于大批量生產(chǎn)或這焊縫尺寸較大的焊接件，應(yīng)當(dāng)采用埋弧自動(dòng)焊和CO2焊；對(duì)中厚板和強(qiáng)度等級(jí)較高的焊接件應(yīng)該采用CO2氣體保護(hù)焊。王祖濱[19]指出CO2氣體保護(hù)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(yù)熱溫度。應(yīng)嚴(yán)格限制焊接線能量，焊接前一定要進(jìn)行預(yù)熱，避免在HAZ粗晶區(qū)形成上貝氏體、MA元等脆化組織。預(yù)熱可以有效防止氫致延遲裂紋的產(chǎn)生，預(yù)熱溫度一般根據(jù)鋼材的化學(xué)成分、碳當(dāng)量和熱影響區(qū)的最高硬度值來確定。孝忠[20]等人通過對(duì)30CrMnsiA和30CrMnsiNiZA鋼焊接冷裂傾向的研究指出，在低氫的焊接條件下，如果鋼的淬硬傾向較小，則預(yù)熱可以改善組織，降低硬度；而對(duì)于淬硬性較大的鋼，則預(yù)熱對(duì)粗晶區(qū)組織影響不明顯，且板條馬氏體為粗晶區(qū)的主要組織。焊縫金屬和母材的強(qiáng)度匹配方式一般用強(qiáng)度匹配系數(shù)M表示，M即為焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度((σb)w)與母材的抗拉強(qiáng)度((σb)b)之比即[M=(σb)w/(σb)b]。對(duì)于強(qiáng)度匹配系數(shù)，許多因素都對(duì)它有影響，例如接頭的設(shè)計(jì)方式、焊接材料以及焊接熱循環(huán)等。當(dāng)焊縫為等強(qiáng)匹配時(shí)接頭的斷裂性能最佳。王振家等人通過研究焊縫金屬的相對(duì)寬度以及焊縫金屬強(qiáng)度對(duì)HQ70與JB800高強(qiáng)鋼接頭性能的影響。隨著低合金高強(qiáng)鋼強(qiáng)度的不斷增加，等強(qiáng)匹配原則的選用就會(huì)越困難，因?yàn)橥瑫r(shí)增加焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性是非常困難的。研究表明[22]，在低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，如果選用的焊材強(qiáng)度稍低于母材、塑韌性高于母材，那么這樣的焊接接頭拘束應(yīng)力就比較小，可以顯著降低或避免冷裂紋的產(chǎn)生，從而可以實(shí)現(xiàn)降低焊材的預(yù)熱溫度、甚至有時(shí)候可以不預(yù)熱進(jìn)行焊接。、內(nèi)容及技術(shù)路線低合金高強(qiáng)鋼是一類可焊接的低碳工程結(jié)構(gòu)用鋼。目前抗拉強(qiáng)度大于800MPa的高強(qiáng)度鋼在國內(nèi)外的工程上已經(jīng)慢慢開始被使用。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(xué)性能是低合金高強(qiáng)鋼在焊接時(shí)首要考慮的問題。目前國內(nèi)對(duì)于Q890高強(qiáng)鋼的成分和性能研究較多，但對(duì)其焊接接頭的性能、具體的焊接工藝等的焊接性研究還比較少。而且還可以為本行業(yè)提供一定的參考。 （1）Q890高強(qiáng)鋼的焊接性分析 分析總結(jié)Q890鋼在焊接過程中出現(xiàn)的問題及影響因素，通過碳當(dāng)量、冷裂敏感組成、熱裂敏感指數(shù)、再熱裂敏感指數(shù)、預(yù)熱溫度的計(jì)算等分析Q890鋼的理論焊接性。：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(duì)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(yàn)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(yù)熱溫度的選擇金相組織觀察力學(xué)性能測(cè)試掃描電鏡試驗(yàn)硬度測(cè)試?yán)煸囼?yàn)沖擊試驗(yàn) 技術(shù)路線圖58重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 2 Q890鋼焊接性分析及焊接工藝設(shè)計(jì)2 Q890鋼焊接性分析及焊接工藝設(shè)計(jì) 試驗(yàn)材料試驗(yàn)用材料為Q890低合金高強(qiáng)鋼， 該鋼為調(diào)質(zhì)型低合金高強(qiáng)鋼，其一般按低碳當(dāng)量成分設(shè)計(jì)，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(xué)性能以及良好的板形，是工程中最常用的材料之一。試驗(yàn)用Q890鋼為調(diào)質(zhì)狀態(tài)，回火溫度約600℃，試板規(guī)格為50030030（mm）。焊接性是材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)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(yùn)行。焊接性的研究在于查明一定的材料在指定的焊接工藝條件下可能出現(xiàn)的問題，以確定焊接工藝的合理性或材料的改進(jìn)方向。對(duì)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(xué)成分、冶煉軋制狀態(tài)、熱處理狀態(tài)、組織狀態(tài)和力學(xué)性能等。焊接性的變差預(yù)示著焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，甚至?xí)菇宇^的強(qiáng)度、塑性、耐蝕性等使用性能變差。Q890作為調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用的低合金高強(qiáng)鋼，具有優(yōu)良的強(qiáng)度與韌性，焊接性能較優(yōu)異，焊后可不進(jìn)行重新調(diào)質(zhì)熱處理。焊接冷裂紋是指焊接接頭冷卻到較低溫度時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋。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(yīng)力三者共同作用的結(jié)果。由于冷裂紋不是立即出現(xiàn)，所以冷裂紋對(duì)構(gòu)件危害極大。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。材料的冷裂傾向與母材的化學(xué)成分有著密不可分的關(guān)系。一般情況下碳當(dāng)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。計(jì)算公式分別如（21）、（22）所示[25]。%％，再次表明Q890鋼具有一定的冷裂傾向，在焊接前必須進(jìn)行預(yù)熱。焊接熱裂紋多數(shù)產(chǎn)生于焊縫金屬中，有的時(shí)候也產(chǎn)生在焊接熔合線鄰近的熱影響區(qū)組織內(nèi)。考慮鋼材化學(xué)成分對(duì)焊接熱裂紋敏感性的影響，在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出可預(yù)測(cè)或評(píng)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(jiǎn)稱HCS），其計(jì)算公式如（2—3）： （2—3）一般認(rèn)為Mn/S對(duì)于防止熱裂紋有很大影響，當(dāng)Mn/S比大于25時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。據(jù)公式（2—3）計(jì)算，(HCS=4)小很多，而Mn/S=1440遠(yuǎn)大于25。再熱裂紋是指焊接件在焊后再加熱，消除應(yīng)力退火或者高溫工作（500—600℃）過程中產(chǎn)生的裂紋。再熱敏感的溫度范圍：一般在500～700℃之間，低于500或高于700℃,再加熱不易出現(xiàn)。從Q890鋼的合金系統(tǒng)來說，為加強(qiáng)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。根據(jù)化學(xué)成分對(duì)焊接再熱裂紋敏感性的影響，一般使用PSR法評(píng)估再熱裂紋敏感性[27]，其計(jì)算公式見（24）： PSR=Cr+Cu+2M0+5Ti+7Nb+10V2= （2—4）當(dāng)PSR＜0時(shí)，不產(chǎn)生再熱裂紋；PSR≥0時(shí)，對(duì)產(chǎn)生再熱裂紋較敏感。 Q890鋼的焊接工藝設(shè)計(jì) 焊接方法的選擇焊接方法的選用對(duì)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(yīng)該滿足沒有裂紋、夾雜與氣孔的出現(xiàn)，另外還應(yīng)該使成形美觀、飛濺較小。對(duì)于屈服強(qiáng)度σs≤980MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊等都能采用。不宜采用大熱輸入的焊接方法，應(yīng)盡可能采用熱量集中的氣體保護(hù)焊或焊條電弧焊進(jìn)行焊接。熔化極氣體保護(hù)焊具有如下優(yōu)點(diǎn)：⑴電弧空間無氧化性，焊接不產(chǎn)生熔渣，可以實(shí)現(xiàn)等成分焊接；⑵與CO2氣體保護(hù)焊相比，電弧穩(wěn)定飛濺少成形美觀；⑶與TIG焊相比，電流密度大，母材熔深大，焊接變形小，熔敷率高，焊接生產(chǎn)效率高。 焊接材料的選擇Q890鋼具有高的強(qiáng)度，塑韌性也較好，而且在很多復(fù)雜形變的條件下組織相對(duì)穩(wěn)定，作為焊接母材，在工藝適當(dāng)?shù)臈l件下，其焊接冷裂紋的敏感性相對(duì)較小，焊接粗晶區(qū)的韌性能得到一定程度的提高，即對(duì)焊接接頭的性能具有良好的保證。焊接材料的選擇必須考慮兩方面的問題：一是不能使焊縫產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷；二是使焊接接頭能滿足使用性能要求。綜上所述，試驗(yàn)采用與母材等強(qiáng)的焊接材料，其型號(hào)為GHS90，、。 焊絲熔敷金屬化學(xué)成分（wt%）元素CMnSiSPCuCrNiMoTi含量≤≤≤≤適量適量適量適量材料牌號(hào)屈服強(qiáng)度σs / MPa抗拉強(qiáng)度σb / MPa延伸率δ（%）沖擊功Akv/JGHS908359301772 坡口形式的選擇所謂焊接坡口就是指在碳鋼、不銹鋼、鋁合金等焊接時(shí)，為了能夠更好的填充焊縫，而對(duì)板材對(duì)接處倒角處理的一種工藝，這個(gè)對(duì)板材倒角的工藝就是坡口。高強(qiáng)鋼厚板焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)開適當(dāng)?shù)钠驴?，坡口形式的選取主要取決于焊接方法及材料厚度。焊前一定要把坡口清理干凈，坡口內(nèi)的水分、油污、銹蝕等會(huì)導(dǎo)致冷裂紋與氣孔的產(chǎn)生。當(dāng)?shù)吞颊{(diào)質(zhì)鋼板厚不大，接頭拘束度較小時(shí)，可以采用不預(yù)熱焊接工藝。對(duì)低碳調(diào)質(zhì)鋼來說，預(yù)熱的目的主要是為了防止裂紋，對(duì)于改善熱影響區(qū)的組織性能影響不大。 Q890的理論預(yù)熱溫度可以用如下公式計(jì)算 To=1440Pc392 Pc=Pcm+h/600+[H]/60 （25）式中：Pcm—冷裂敏感指數(shù)，由前面計(jì)算可知Pcm=；h—板厚（30mm）；[H]—擴(kuò)散氫含量，本實(shí)驗(yàn)取[H]=3ml/100g(平均值)。層間溫度是指多層多道時(shí)，在進(jìn)行下一焊道之前，焊縫及母材的瞬時(shí)溫度，常常是溫度的最高值。不低于預(yù)熱溫度是確定層間溫度的下限，層間溫度太低會(huì)使焊縫產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)影響焊縫的組織轉(zhuǎn)變，層間溫度太高，會(huì)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(xué)性能變壞。 焊接熱輸入量對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)較高的低合金鋼必須嚴(yán)格控制焊接線能量。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(shí)也會(huì)促使過熱區(qū)形成上貝氏體和MA組元的脆性混合組織，導(dǎo)致過熱區(qū)脆化，韌性降低。從防止冷裂紋出發(fā)，要求冷卻速度慢為佳，但對(duì)防止脆化來說，卻要求冷卻快較好，因此熱輸入量應(yīng)兼顧兩者的冷卻速度范圍。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。Q890鋼適宜的焊接線能量應(yīng)該控制在8kJ/cm到20kJ/cm。