SR处理对埋弧焊焊缝组织和力学性能的影响

SR处理对埋弧焊焊缝组织和力学性能的影响摘要：研究了以低合金钢WDL610D为试验材料所得埋弧焊缝，经SR处理（即消除应力处理）后对其机械性能（包括强度、硬度、韧性）和组织的影响，提供了使焊后去应力处理对接头性能的参考数据.关键词：低合金高强钢；埋弧焊；硬度；残余应力；组织；焊后去应力处理EffectofSRTreatmentonMicrostructureandPropertiesAbstract：ThispaperhasmainlystudiedtheeffectonpropertiesandmicrostructureofWDL610Dthathasbeenweldedbysubmergedareweldingpostweldstressrelieftreatment.ItprovidesadadabaseoftheeffectofWSRTonpropertieswhenannealingsystemisselectedinwork。Keywords：lowalloyhighstrengthsteel;SAW;hardness;residualstresses;microstructure;postweldstressrelieftreatment.0引言焊接过程中产生的残余应力是焊接中普遍存在的工艺问题之一，过高的残余应力对结构的静载强度、疲劳强度、刚度等产生影响，降低其性能，运用热处理的方法消除焊接残余应力是当前比较普通的方法.低焊接裂纹敏感性的WDL系列钢为近10a来开发的新一代钢种，适合于大型球罐、水电站压力钢管等构件的使用［1］.该钢种具有优良的焊接性能和低温冲击韧性.其综合性能不仅达到日本的NKHITEN62V的标准要求［2］，而且与日本WEL-TEN62CF实际钢板性能相当，已成功地用于我国石油化工、水利电力及高寒地区的大型工程机械等各个方面.WDL钢研制10a来，进行了大量的手工焊焊接试验工作，但在埋弧焊的应力方面研究则显著不足.埋弧自动焊是提高焊接生产效率的重要方法.根据实际生产的需要，本课题以低合金高强钢WDL610D为研究试验材料，以其埋弧焊焊缝为对象，重点研究SR处理（即消除应力处理）对基本对象的力学性能（包括强度、硬度、塑性、韧性等）和组织的影响.1埋弧焊工艺试验1.1工艺试验方法与条件1.1.1焊接方法埋弧自动焊（SAW）；电流种类与极性：直流反接；焊接位置：平焊；母材牌号：WDL610D；钢板厚度：38mm；坡口角度：(50±5)°；钝边：0mm;根部间隙：0mm；坡口高度：15mm；坡口型式：V型坡口；焊丝牌号及规格：H10Mn2;直径：4.0mm；焊剂牌号：SJ101；焊剂烘干条件：350℃×2h.1.1.2预热及焊后热处理本试验不采用预热，不考虑焊时的层间温度，且无焊后的后热制度，所采用的焊后热处理种类为消除应力处理.此外，需补充说明的是：消除应力热处理在300℃以下时不控制升温速度，焊后热处理规范设计为：保温时间90min,升温速度为：60℃/h,降温速度为45℃/h,其热处理温度见表1所列.表1焊后热处理规范试块编号热处理温度/℃81无82500835508458085600866301.1.3焊接规范设计焊缝试样编号：81#-86#；焊接方法：埋弧自动焊；焊料：H10Mn2+SJ101;焊丝规格：直径4.0mm；焊接电流：(580±15)A；焊接电压：(30±1)V；焊接速度：(30±1)cm/min;焊接线能量：35kJ/cm.2埋弧焊焊缝力学性能试验2.1焊缝硬度试验结果分析硬度试验结果见表2所列.从表2中可以看出，焊后经SR处理后的焊缝硬度比焊态下略有下降，其中回火温度500℃时下降到最低.在580～600℃之间对硬度影响不大，尤其以回火580℃时最为接近.2.2埋弧焊接头拉伸试验结果及分析机械性能试验数据列于表3中，自表3中相关数据分析来看：抗拉强度（σb）、屈服强度（σs）经焊后SR处理后的变化趋势是基本相同的，即随焊后回火温度的升高而发生强度下降，直到550℃时下降到最低点.而后随回火温度的增加而强度增加，增加到600℃的时候达到最大值.而后再继续提高回火温度，强度值又开始下降.值得注意的是，在SR处理过程中，既使强度到达最大值，仍比未进行SR处理的焊态低.由此可见，焊后SR处理会导致构件强度的下降.再来看延伸（δ5）和端面收缩率（ψ）的变化，两者开始均随SR处理温度的升高而升高.不同的是，延伸率的升高在550℃时达到最大值，而后开始缓慢下降，下降到580℃时达到最低点，随之缓升.过了600℃之后开始下降，即在580℃处形成一波谷.而端面收缩率则是从开始一直上升，至580℃时达到最大值，而后开始下降.由表2和表3可以看出，焊后经消除应力回火处理的构件塑性会有不同程度的提高，而且回火温度在580℃时为一个转折点，在实际生产中在制订SR处理规范时应全面考虑问题，从而选出合适的SR处理温度，以获得最佳力学性能.表2硬度试验结果试样编号818283848586硬度（平均）250236245.5248.8247240.2表3力学性能结果试样编号SR/℃σs／MPasσb/MPabδ5(%)5ψ(%)81205455455456356356352323236364648250053051552362060561324232465646583550485500493585595590252726686768845805255005136106006052721246472688560054551052862560561526262664666586630510515513600605603242726626463表4埋弧焊接头冲击韧性试验结果（表中的数据均为3个试样的平均值）试样编号试验温度/℃200-20-40-60811171028754428210310690593383143127122815284139127109684085111114684319861361156729122.2埋弧焊接头冲击试验结果及分析从表4冲击试验结果中可以看出，无论在哪个温度下做冲击试验，SR处理温度为550～580℃时的冲击值都是最高的，也就是说冲击韧性是最好的.这说明WDL610D钢的SR处理的最佳温度应定在550～580℃之间.3SR处理埋弧焊焊缝金相组织本试验所用的钢种为WDL型钢，属调质钢，因焊后SR处理的温度为500～600℃，并未达到奥氏体化温度，故未发生奥氏体化，即不存在重结晶.在光学显微镜下观察，发现焊缝中的先共析铁素体组织和针状铁素体组织十分突出，具有一定的区域性.在光学显微镜下还可看到在温度由500～630℃的升温过程中，焊缝组织尽管未发生重结晶但却发生了再结晶.4结论1）WDL610D型钢匹配H10Mn2型焊丝与SJ101型焊剂焊接的埋弧自动焊接头，焊后经SR处理后的焊缝硬度比焊态下略低，而当回火温度在500℃时硬度低，在回火温度580～600℃之间时对焊缝硬度影响不大，尤其以回火温度在580℃时最为接近.2）经SR处理后的焊缝强度比焊态下低，下降数值的多少因回火温度的不同有所不同，回火600℃时与焊态下的强度指标最为接近，经SR处理后的焊缝金属塑性指标比焊态高.其中在500～630℃一系列回火温度中，延伸率在550℃，600℃回火温度时为最大，而断面收缩率在回火580℃时为最大值.冲击韧性在SR处理温度为550～580℃时最好.3）经SR处理后的焊缝组织与焊态下的焊缝组织相比，没有显著的不同，由于没有达到奥氏体化温度，故不能发生重结晶.但是，在回火过程中，出现了再结晶，导致了针状铁素体组织的长大粒状贝氏体的分解.4）综上所述WDL610D钢SR处理的最佳温度应确定在550～580℃之间。参考文献[1]张裕明，吴林．焊接过程的现代控制分析与设计。哈尔滨产业大学出版社。1991。[2]俞尚知，焊接工艺职员手册，上海，上海科学技术出版社，1991[3]王元良，屈金山，胡久富，等.高效节能的细丝双丝自动焊接研究[J].焊接技术，2000，增刊：39-42.