热轧D级船用钢板焊接接头的力学性能与显微组织

倪栋

【摘 要】采用CO2气体保护焊法对16mm厚的热轧态D级船用钢板进行焊接,通过拉伸、冲击和金相检验等试验方法对焊接接头的力学性能与显微组织进行了研究.结果表明:采用YCJ501-1焊材对D级船用钢板进行焊接时,接头具有较高的抗拉强度和较好的低温冲击韧性;焊缝组织主要为针状铁素体、先共析铁素体和少量粒状贝氏体;热影响区组织主要为铁素体、珠光体和少量针状铁素体,针状铁素体的存在是接头具有良好力学性能的主要原因. 【期刊名称】《质量技术监督研究》 【年(卷),期】2010(000)004 【总页数】3页(P38-40)

【关键词】热轧;D级船用钢;CO2气体保护焊;显微组织 【作 者】倪栋

【作者单位】厦门市产品质量监督检验院,福建,厦门,361004 【正文语种】中 文

焊接技术是现代工业的基础工程技术之一，焊接技术是在20世纪20年代开始用于造船，如今已日益显示出是现代船舶建造工程的关键工艺技术。在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%～40%，焊接成本约占船体建造总成本的30%～50%。船舶焊接质量是评价造船质量的重要指标[1]，焊接生产效率是影响造船产量与生产成本的主要因素之一。因此，船舶焊接技术的进步对推动造船生产

的发展具有十分重要的意义。

众所周知, 力学性能是决定一个构件使用安全性的主要因素之一。对于焊接结构件来说，其安全性主要取决于焊接接头是否具有足够高的强度和良好的韧性，而这些主要取决于焊接接头的显微组织。

自上世纪80年代以来，我国造船业得到迅速发展，是近十几年迅速崛起的行业之一，同时一般强度船体D级钢板已被广泛应用于船体结构的建造。本文针对热轧态D级钢板的CO2气体保护焊焊接接头，通过拉伸、冲击和金相检验等实验手段，研究其综合力学性能及显微组织。

试验所用材料是某船厂提供的D级钢，热轧态供货，钢板厚度为16mm。本实验采用CO2气体保护焊，将母材加工成350mm×150mm×16mm的试样进行焊接，焊接接头为V型对接，焊接电压27～33V，焊接电流171～209A，焊接速度250mm/min，设备采用KRII500型CO2气体保护焊机，焊接材料选用φ1.2mm的YCJ501-1焊丝。

按文献[2]的要求对焊后钢板进行取样并制成标准试样。拉伸试验在WEC600液压式万能材料试验机上进行。利用JB-30B型冲击试验机进行冲击试验，冲击试样V型缺口分别开在焊缝、熔合线和热影响区（距熔合线2mm处)上，试验温度为0℃。采用LEICA DMIRM金相显微镜观察焊接接头的金相组织，利用HVA-10A型维氏硬度计测试焊接接头的硬度。

焊接接头试样的抗拉强度分别为465MPa和500MPa，且拉伸标样均是在离焊缝位置较远的母材上断裂,表明母材区是其易断裂区，说明在该试验条件下，D级钢焊接接头的室温抗拉强度高于母材金属。

焊接接头冲击试验结果见表1，可见当试验温度为0℃时，焊缝、熔合线和热影响区（距熔合线2mm处）的平均冲击功值分别为91J，151J和161J，均高于文献[2]中对船用D级钢焊接接头的冲击功标准值47J的要求。结果表明，采用

YCJ501-1焊丝在该试验工艺条件下，D级钢焊接接头的冲击韧性能够满足相关标准要求。

对焊接接头对称区域进行了显微硬度的测定，即以焊缝中心为原点，沿焊缝一边水平取1条硬度测量线，图1显示了从焊缝到热影响区再到母材区域显微硬度的变化情况，可见焊缝的硬度在HV173～176，热影响区的硬度在HV152～158，母材的硬度在HV147～151，焊缝的硬度最高。总体来看,接头各特征区的硬度沿着整个接头的分布比较均匀，最大硬度远远低于文献[2]中规定的硬度值HV350。 图2为D级钢焊接接头的显微组织。焊缝组织为针状铁素体、先共析铁素体和少量粒状贝氏体，热影响区组织为铁素体、珠光体和少量针状铁素体，母材组织为整体呈带状分布的铁素体和珠光体。焊接工艺参数是影响组织转变的一个重要因素,不同的焊接工艺,会有不同的焊接热输入,对应不同的冷却时间,得到不同的组织[3]。焊缝韧性取决于针状铁素体和先共析铁素体组织所占的比例,在该试验工艺条件下，D级钢焊缝组织主要是晶内的大量针状铁素体和沿奥氏体晶界析出的条状先共析铁素体。焊缝中存在大量的针状铁素体是焊缝具有良好的低温韧性的重要原因。针状铁素体是中温(600～500℃)转变产物，高倍显微镜下它是一种非常细小而又互相“联锁”的板条状组成物，板条间为大角度晶界,一般在20°以上。板条间的位错密度是各类铁素体中最高的,达108～1016条/cm2。由于针状铁素体晶粒细小,发生解离断裂裂纹的位移很小,约为1μm，裂纹扩展速率小，又因为针状铁素体的晶界是高能量的大角度晶界，解离时跨越晶界需要消耗大量的能量,因此针状铁素体具有很高的抗解离断裂的能力[4]。因此，在工程实际中选择合适的焊接工艺，焊接构件就能够获得较为理想的力学性能。

（一）采用YCJ501-1焊丝焊接热轧态船用D级钢板时，焊接接头具有较高的抗拉强度，较高的低温冲击韧性，焊接接头最高硬度小于350HV。

（二）船用D级钢CO2气体保护焊的焊缝组织为针状铁素体、先共析铁素体和少

量的粒状贝氏体，热影响区组织为铁素体、珠光体和少量针状铁素体。针状铁素体的存在是接头具有良好力学性能的主要原因。

【相关文献】

[1]陈家本. 造船业应用先进焊接技术的几点思考[J].造船技术，2002，（1）：29. [2]中国船级社.《材料与焊接规范修改通报》.2007.

[3]田志凌,屈朝霞,杜则裕. 细晶钢焊接热影响区晶粒长大及组织转变[J].材料科学与工艺,2000,8(3)：16.

[4]曲占元，刘刚，王明林. 热轧E36钢中板埋弧焊接头的组织与力学性能[J].物理测试,2009,27(3)：14.