WDB620钢的焊接热影响区最高硬度试验及试验结果分析

李凤伦

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明650032）

WDB620钢的焊接热影响区最高硬度试验及试验结果分析

李凤伦

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明650032）

WDB620钢是610 MPa级的低合金高强钢，它具有良好的综合力学性能和较高的屈强比，主要应用于水电站压力管道、蜗壳的制作安装。本文结合承压大的高水头水电站压力管道及蜗壳的实际操作情况，对WDB620钢的焊接热影响区最高硬度试验及试验结果进行分析，以此为后续水电站压力管道及蜗壳制作安装焊接质量提供依据。

WDB620钢；化学成分；焊接热影响区；试验结果

1　概述

WDB620是舞钢生产的压力钢管用低焊接裂纹敏感性高强度钢板，采用国际低合金高强度钢的先进设计思想和研究成果，运用微合金化原理和控轧工艺开发的超低碳贝氏体钢。WDB620钢具有理想的强度，塑韧性指标及优良的焊接性能，达到或超过了同类进口产品的水平，广泛应用于水电站压力钢管、蜗壳及大型工程机械设备。

2　 WDB620钢的化学成分及力学性能

WDB620高强钢，这是一种含C、S、P、B量很低的Cr、Mo、V系低合金钢，有着优良的综合力学性能，而且它是一种非调质高强钢，较通常所用的调质高强钢裂纹倾向性小，抗拉强度≥620 MPa，是一种具有很好的焊接性和抗裂性的钢种。Mn含量较高，约为1.00%～1.60%，可以减小高温脆性区，因而WDB620钢是一种可以减小高温脆性区的钢种。这类钢主要是作为高强度的焊接结构用钢，适用于在恶劣环境下焊接施工的工程，如海洋平台、水电站高压叉管及寒冷地区使用的钢结构件等，因此，对WDB620钢的焊接热影响区的最高硬度试验具体而细致的分析，是整个工程中的关键一步。WDB620钢的化学成分和力学性能见表1和表2所示。

表1　WDB620钢的化学成分

表2　WDB620钢的力学性能

3　什么是焊接热影响区

焊接热影响区（HAZ）的最高硬度HVmax，作为金属材料焊接性的一项评定指标，其应用价值在于可以由给定的焊接工艺条件和规范参数估算被焊材料热影响区的最高硬度，以此推断其冷裂倾向，根据给定材料的允许最大硬度来确定焊接、焊前预热乃至焊后热处理的工艺规范（见图1）。

图1　焊接接头示意图

HVmax是HAZ组织的反映，其大小取决于材料在焊接热循环作用下的相变过程。为便于计算，通常将HVmax视为材料碳当量（Ceq）和HAZ在特定温度下的冷却速度或特定温度区间冷却时间的函数。热影响区最高硬度法是采用标准试件、标准参数，用测定热影响区的最高硬度值HVmax间接地评价钢材冷裂倾向的一种试验方法。

4　试样形状及其制备

4.1试样形状

试样形状如图2，预热试件形状如图3，不预热试件形状如图4。

图2　试样的形状

图3　预热试件的形状

图4　不预热试件的形状

4.2试样的制备

根据GB4675.5-84《焊接性试验焊接热影响区最高硬度试验方法》，用气割的方法，分别割取一块200 mm×75 mm×36 mm和一块200 mm×150 mm× 36 mm试件，将试件分别标上1号、2号，对试件1号用气体保护焊焊接方法进行焊接，沿试件轧制表面的中心线堆焊出125±10 mm的焊缝，焊丝的一些相关参数在前面已经给出，焊接工艺参数如下表3。

表3　焊接热影响区最高硬度试验CO2气体保护焊焊焊接工艺参数

图5　高硬度试验试样取样图

对试件2号、预热100℃然后同样用CO2气体保护焊焊接方法进行焊接，沿试件轧制表面的中心线堆焊出125±10 mm焊缝，其余焊接工艺参数与试件1号的一样。

在加工测定硬度的试样时，规定要在焊后的12h之后取样，并尽可能迅速测定硬度，那是因为最高硬度试验是反映焊接后试样放置在室温时的时效现象。即在最初数小时内，硬度有一定的增加，约10 h后达到最高值，以后又出现稍微减小的倾向。

按照规定，在焊后静置12 h后进行取样，并给试样做上相应的标记。取样按照图5进行。

5　试验设备及试验过程

5.1试验设备

5.1.1设备简介

试验用CO2气体保护焊焊机型号为NBC-350，具体说明如下：

NBC-350型逆变式半自动二氧化碳气体保护焊机，是采用先进功率开关器件IGBT开发的新一代产品，焊机把焊接电源与送丝控制融为一体，焊机结构紧凑、轻巧。焊机适用以Φ0.8，Φ1.0，Φ1.2，Φ1.6焊丝的CO2焊接；焊机电流调节范围宽，可适用于全位置以及超薄板（如1.0 mm厚的低碳钢板）焊接。焊机采用逆变式电源新技术，逆变频率20 kHz，电源动态响应速度极快，可对电弧动态过程的电流、电压加以控制，溶滴短路瞬间电路上升率（di/dt）采用电子电抗器新技术控制。溶滴脱离焊丝端部过渡到溶池的过程采用表面张力过度新技术，使溶滴短路过渡柔和无爆裂过程。因此比常规焊机的焊接飞溅明显减少，焊缝成形美观，焊接质量优良。

5.1.2结构特点

（1）溶滴短路瞬间电流上升率（di/dt）通过面板上旋钮无级可调，焊接飞溅明显减少，焊缝成形美观，焊接质量好。

（2）焊接结束时，焊丝端部无焊接小球，再次引弧容易，引弧方便。

（3）焊机有/无填弧坑，两种功能选择，填弧电流、电压可在面板上无级调节。

（4）焊接电流、电压在遥控器上调节，焊工在其手旁即可调节，使用十分方便。

（5）焊机具有多种保护：有过电压、缺相、过热、次级短路、开机、关机等保护功能，使焊机有较高的可靠性。

（6）焊机具有网路电压自动补偿功能，在较恶劣的网路电压（±15%）下工作，仍可保证焊接质量。

（7）该焊机与一般焊机相比，还具有重量轻、效率高等特点。

5.1.3主要技术参数

试验用CO2气体保护焊焊机型号为NBC-350的主要技术参数如下表4。

表4　NBC-350的主要技术参数

5.2试验过程

硬度试验采用HV-50A型维氏硬度机，由山东莱州试验机总厂生产，于2003年12月出厂，该试验机较先进，技术含量较高，其加载和卸载过程是一个自动的过程，因此在试验过程中减少了一些人为因素造成的误差，使试验结果更加接近真实值。

试样断面经研磨后进行腐蚀，以显示出熔合线，然后按图6所示，画一条与熔合线相切且平行于试板轧制表面的直线，在切点（O点）两侧各定9个点作为硬度测定点，每点的间距为0.5 mm，并在室温下测定。

图6　焊接热影响区最高硬度试验点分布图

6　试验结果及分析

6.1试验结果

负荷为294kN（30kgf），加载时间为15s，测试HAZ的最高硬度，1号CO2气体保护焊焊接预热试样的HAZ区的硬度值见表5，其硬度分布见图7。

表5　 1号气体保护焊焊接不预热试样的HAZ区的硬度值

图7　 1号CO2气体保护焊焊接不预热试样的HAZ区硬度分布曲线图

2号CO2气体保护焊焊接方法预热试样的HAZ区的硬度值见表6，硬度分布见图8。

表62　号气体保护焊焊接预热试样的HAZ区的硬度值

6.2试验结果及分析

热影响区最高硬度试验结果见表7。

试样的最高硬度分别为1号—340 HV、2号—318 HV，从而可知不预热的试样的最高硬度值比预热试样的最高硬度值要高。这是因为试样通过预热后，使热影响区的冷却速度减少了，从而减少了冷裂纹倾向，使得不预热的试样的硬度高于预热的试样。

图8　 2号气体保护焊焊接预热试样的HAZ区的硬度分布曲线图

表7　热影响区最高硬度试验结果

7　结语

焊接热影响区的最高硬度值分别为：预热CO2气体保护焊试样318 HV、不预热CO2气体保护焊试样340 HV。由试验结果可知，不预热的试样最高硬度值比预热试样的最高硬度值高，但考虑到实际工作条件和工作环境，建议采用预热温度为100～150℃对钢板预热后焊接，以此提高压力管道、蜗壳的焊接质量。

［1］王祖滨，宋青.世纪之交看低合金高强度钢的发展［J］.钢铁，2001，36（9）：66-70.

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［7］王永达，谢仕柜.低合金钢焊接基本数据手册［M］.北京：冶金工业出版，1998.

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TG457.1

A

1672-5387（2016）09-0010-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.004

2016-04-15

李凤伦（1980-），男，工程师，从事水电站金属结构制作及机电安装工程安全、技术质量管理工作。