Q345钢板焊接性能分析解析

Q345钢板焊接性能分析摘要：本文进行了Q345钢板焊接性能分析。首先根据板材制定了埋弧焊对接试验，然后用卧式显微镜对焊接接头进行宏观和微观分析，并用维氏硬度测试仪检测焊接接头的维氏硬度，同时通过磁粉检测对焊接试样进行了无损检测。最终通过对试验数据进行分析，得出此种材料的焊接性能，并与理论进行分析比较，总结了影响Q345焊接性的因素。关键词：Q345；埋弧焊；卧式显微镜；维氏硬度；磁粉检测TheWeldingPerformanceAnalysisofQ345SteelPlateAbstract:ThisarticlehasconductedtheweldingperformanceanalysisofQ345steelplate.Firstofall,onthebasisoftheplate,wedrewupasubmergedarcweldingbuttjointtest,thenusedhorizontalmicroscopetoanalyzethemacrostructureandmicrostructureoftheweldingjoint,andusedHVtestertotestitsVickershardness,atthesametime,usingthemagneticparticletestingtodetecttheweldingsampleonthenondestructivetesting.Finallyanalyzedthetestdata,summingupsuchmaterialweldingperformance,andcarriedontheanalysiscomparisontheory,summarizedtheinfluencefactorsofQ345weldability.Keywords:Q345;SubmergedArcWelding;HorizontalMicroscope;HV;MagneticParticleTestingQ345(16Mn)是应用最广用量最大的低合金高强度结构钢，综合性能好，低温冲击韧性，冷冲压性及切削性能均好，屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥490Mpa，适用于多种焊接方法，本次实验选择焊接性能良好的埋弧焊。牌号化学成分（质量分数，%）Q345CSiMnNbSP0.12～0.180.551.0～1.600.015～0.0500.025～0.045≤0.050本实验所用试样为Q345（250×40×10）1、埋弧焊工艺1.1埋弧焊方法简介埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，为电弧焊的一种。埋弧焊的特点是在电弧热的作用下，焊丝、焊剂和焊件被熔化形成的一层由熔渣和气体组成的保护膜，对焊接区起到隔离空气、绝热和屏蔽光辐射的作用。这种焊接方法，生产率高，焊缝质量好，无弧光辐射和火花飞溅，在室内和室外都可焊接各种钢结构。适用于焊接低碳钢、低合金钢及不锈钢等金属。1.1.1焊接设备图1—1埋弧焊设备如图1—1所示，埋弧焊设备包括埋弧焊机和各种辅助设备。其中，埋弧焊机是核心部分，由机械系统、焊接电源和控制系统三部分组成。辅助设备是为了使焊缝处于最佳施焊位置，或为了达到某些工艺目的所配置的工艺装置，包括使焊件准确定位和夹紧的焊接夹具，使焊件旋转、倾斜、翻转的焊件变位机，使焊接机头准确送到待焊位置的焊机变位机，以及能自动回收焊剂的焊剂回收器等。1.2焊接过程1.2.1焊前准备（1）坡口的选择由于埋弧焊使用的电流比较大，熔透深度比较大，因此当焊件厚度小于14mm时可以不开坡口，这样仍能保证良好的焊缝成形。试验所用焊件厚度为10mm，因此，不开坡口。（2）焊件的清理焊接前，用砂纸打磨焊件待焊部位及其周边部位，以清除其表面的锈蚀、油污、水分、氧化皮等。（3）焊丝的清理和焊剂的烘干焊接前，将焊丝表面清理干净。同时，将试验所用焊剂HJ431按250℃、2h烘干。（4）焊件的装配焊件装配时，必须保证间隙均匀，高低平整。定位焊的位置应在第一道焊缝的背面，长度一般应大于30mm。此次定位焊选用CO2气体保护焊，在焊件的对接部位两端焊接1cm左右长的焊缝，防止埋弧焊过程中焊件的开裂。1.2.2焊接工艺参数的选择本实验所用试样为Q345（250×40×10），不开坡口，对接接头双面焊，选用焊丝H10Mn2（Φ1.2）、焊剂HJ431。根据试样厚度及焊丝直径查《熔焊方法与设备》一书中表5-13选择埋弧焊工艺参数如下表1—1所示：表1—1不开坡口对接接头双面焊的焊接参数工件厚度/cm焊丝直径/mm焊接顺序焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/m·h-1104正5603127.6反6103227.61.2.3焊接操作过程本实验所用的埋弧焊机型号为MZ-1000(A310-1000)。具体操作步骤如下：1、在焊料斗内装上HJ431焊剂；2、在焊机上安装H10Mn2焊丝；3、将表面清理过并进行定位焊（CO2气保焊）后的焊件在工作台上放置好；4、合上电源，打开焊机开关，让焊接小车预行走，对正焊缝；5、按表5设置10mm的Q345对接接头正面焊接参数；6、将焊料斗上的闸门打开；7、按下启动按钮，埋弧焊机自动进行引弧和焊接；8、正面焊接完成后，待焊件稍微冷却后清除焊缝上渣皮，翻转焊件；9、设定反面焊接参数，继续进行另一面的焊接；10、反面焊接完成后，按下停止按钮。2.金相试样的制备2.1金相显微镜金相显微分析是研究金属和合金组织的主要方法之一，为了探索金属材料的性能，经常需要进行金相组织的检查和分析。金相显微分析是利用显微镜的光学理论借助于试样表面对光线的放射特点来进行的。为了对金相显微组织进行鉴别和研究，需要将所分析的金属材料制备成一定尺寸的试样，并经研磨、抛光与腐蚀等工序，最后通过金相显微镜来观察和分析金相的显微组织状态及分布情况。显微组织包括相的组成、数量、形态、大小、分布。显微缺陷则包括各种非金属夹杂物、裂纹(性质、大小、形态、走向及其与显微组织的关系等)、显微孔洞(大小、分布)、珠光体球化程度和石墨化程度、脱碳、过烧、过热……。光学金相显微分析广泛用于火电厂，已成为电厂金属监督中不可缺少的一种重要分析方法。2.1.1金相显微镜放大原理放大镜是最简单的一种光学仪器，它实际上是一块会聚透镜（凸透镜），利用它就可以将物体放大。但金相显微镜不象放大镜那样由单个透镜组成，而是由两组透镜组成。金相显微镜是依靠光学系统实现放大作用的，其基本原理如图2—1所示。光学系统主要包括物镜、目镜及一些辅助光学零件。对着被观察物体AB的一组透镜叫物镜O1；对着眼睛的一组透镜叫目镜O2。现代显微镜的物镜和目镜都是由复杂的透镜系统所组成。图2—1金相显微镜光路图光学显微镜的放大倍数可达到1600～2000倍。当被观察物体AB置于物镜前焦点略远处时，物体的反射光线穿过物镜经折射后，得到一个放大的倒立实像A1B1（称为中间象）。若A1B1处于目镜焦距之内，则通过目镜观察到的物象是经目镜再次放大了的虚象A1’B1’。由于正常人眼观察物体时最适宜的距离是250mm（称为明视距离），因此在显微镜设计上，应让虚象A1’B1’正好落在距人眼250mm处，以使观察到的物体影像最清晰。金相显微镜总的放大倍数应为物镜与目镜放大倍数的乘积，即M总=M物ХM目。在使用显微镜观察试样时，应根据其组织的粗细情况，选择适当的放大倍数。以细节部分观察得清晰为准。显微镜的鉴别能力（鉴别率）是显微镜也是物镜最重要的特性，它是指显微镜对于试样上最细微部分所能获得清晰映象的能力。物镜的数值孔径，表示物镜的聚光能力。物镜的数值孔径越大，表明物镜的鉴别能力也就是显微镜的鉴别能力越高。2.1.2金相显微镜的操作步骤金相显微镜是一种精密光学仪器，在使用时要求细心和谨慎，严格按照使用规程进行操作。①将显微镜的光源插头接在低压（6V～8V）变压器上，接通电源。②根据放大倍数，选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜座上和目镜筒内，旋动物镜转换器，使物镜进入光路并定位（可感觉到定位器定位）。③将试样放在样品台上中心，使观察面朝下并用弹簧片压住。④转动粗调手轮先使镜筒上升，同时用眼观察，使物镜尽可能接近试样表面（但不得与之相碰），然后反向转动粗调手轮，使镜筒渐渐下降以调节焦距，当视场亮度增强时，再改用微调手轮调节，直到物象最清晰为止。⑤适当调节孔径光栏和视场光栏，以获得最佳质量的物象。⑥如果使用油浸系物镜，可在物镜的前透镜上滴一些松柏油，也可以将松柏油直接滴在试样上，油镜头用后，应立即用棉花沾取二甲苯溶液擦净，再用擦镜纸擦干。2.1.3卧式显微镜本实验所用设备为卧式金相显微镜。大型卧式显微镜主要由电源箱、照明光源、显微镜主体、垂直照明器、投影与摄影装置等部分组成，如图2—2所示。这种显微镜采用双筒目镜，使观察更为方便。光源方面增加了氙灯，这是一种较新颖的光源，提高了光源强度，有利于高倍、偏光、暗场的观察并提高显微镜摄影的质量。图2—2卧式显微镜该设备直接与计算机相连接，可以直观的在计算机上显示金属试样的微观组织，并且可以拍摄所需组织的金相照片，操作方便简洁。2.2金相试样的制备金相试样制备的质量好坏，直接影响到组织观察的结果。如果样品制备不符合特定要求，就有可能由于出现假象而产生错误的判断，致使整个分析得不到正确的结论。因此，为了得到合乎要求的理想金相显微组织试样，需要经过一系列的制备过程。2.2.1试样制备过程：（1）截取所需试样的表面选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析及其重要的一步。金相试样的选择要考虑取样部位、取样方法和试样尺寸三部分。a.取样部位取样部位及检测面的选择取决于被分析材料或零件的特点、加工工艺过程及热处理过程，应选择有代表性的部位；生产中常规检验所用试样的取样部位、形状、尺寸都有明确的规定；检验和分析失效的原因时，应根据失效的原因，除了在材料失效的部位取样外，还需要在距离破坏处较远的部位取样，以便于对比分析；对于一般经热处理后的零件，由于金相组织比较均匀，试样截取可在任一截面进行。b.试样的截取方法取样时，应该保证不使被观察的截面由于截取而产生组织变化，因此对不同的材料要采用不同的截取方法；对于软材料，可以用锯、车、刨等加工方法；对于硬材料，可以用砂轮切片机切割或电火花切割、线切割等方法；对于硬而脆的材料，如白口铸铁，可以用锤击方法；在大工件上取样，可用氧气切割等方法；在用砂轮机切割或电火花切割时，应采取冷却措施，以减少由于受热而引起的试样组织变化。试样上由于截取而引起的变形层或烧损层必须在后续工序中去掉。c.试样尺寸金相试样的大小以便于握持、易于磨制为准。通常显微试样为直径16～25mm、高16～20mm的圆柱体或边长为25mm的立方体；对于形状特殊或尺寸细小不易握持的试样，要进行镶嵌或机械夹持。注意事项：试样取下后一般先用砂轮磨平，对于很软的材料（如铝、铜等有色金属）可用锉刀搓平；在一般情况下，试样的周界要用砂纸或锉刀磨成圆角，以免在磨光及抛光时将砂纸或抛光织物划破；对于需要观察表层组织（如渗碳层、脱碳曾）的试样，则不能将边缘磨圆，这种试样最好进行镶嵌。（2）试样表面的磨光与抛光金相试样截取好之后，就要对要观察表面进行磨光与抛光：基本步骤：①将要观察试样的截面在砂轮机进行粗磨，直到表面比较平整光滑为止。在打磨过程中，要经常用冷水将试样冷却，防止过热使金相试样组织发生变化；②选用金相砂纸进行精磨。金相砂纸是磨光金相试样的重要材料，一般采用的磨料为碳化硅和氧化铝。手工磨光试样时，砂纸应放在玻璃板上，依次用280号、500号、水砂纸、01、03、05、06号金相砂纸磨光，在磨制过程中，每换一号砂纸，试样磨制方向旋转90后才能换下一号砂纸；③在抛光机上对试样表面进行抛光，抛光的目的是在于去除金相磨面由细磨所留下的细微磨痕及表面变形层，使磨面成为无划痕的光滑镜面。注意事项：横截面：试样从中心到边缘组织分布的渐变情况，像表面渗层、硬化层、镀层等表面处理的深度及其组织，表面缺陷以及非金属夹杂物在横截面上的分布情