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1、H10Mn2焊丝最佳焊接工艺规范的研究摘要：通过H10Mn2焊丝焊缝金属系列温度的示波冲击韧性试验，分析其在发生弹塑性变形、起裂、甚至断裂过程中弹塑性功和撕裂功分别在总功中所占的比例，说明其强韧性特征.通过H10Mn2焊丝不同焊接线能量多层焊条件下焊缝组织的热模拟，说明其组织转变情况及其对强韧性的影响.从而进一步研究14HnNbq钢的焊缝金属的强韧性机理，说明合金元素和焊缝组织对H10Mn2焊丝焊缝金属强韧性的影响.通过以上试验，寻找改善H10Mn2焊丝焊缝金属强韧性的途径和寻求缝金属强韧性的最佳匹配.关键词：H10Mn2焊丝焊缝金属；针状铁素体；显微组织；热模拟；强韧性分类号：TG454；T
2、G457.13Research on Optimum Welding Technology of the H10Mn2 Welding WireWen Jialing(Wuhan Transportation University,Wuhan 430063)Wang Qingfeng(Technical Center of Wuhan Iron Steel Company，Wuhan 430080)Abstract：In this paper,the instrumented charpy impact tests are carried out under various test temp
3、eratures on the H10Mn2 weld metals,analyzed the elastic and ductile work and tear works percentage in the total work when it takes place elastic deflection,started frecture and even ductile fracture and explained strength and toughness property characteristics.By thermos-simulation test with differe
4、nt welding energy on the welding microstructure under various seams,explained its condition of microstructure transition effect on strength and toughness.A further study of H10Mn2 weld metals properties of strength and toughness is made.The usage of alloy is described.Key words：H10Mn2 weld metals; a
5、cicular ferrite; microstructure; thermos-simulation; properties of strength and toughness0引言随着科学技术不断发展对各种钢材使用性能要求不断提高，特别是低合金高强钢的应用范围急剧扩大，低合金高强钢广泛应用于制造各种重要的焊接结构，如压力容器、海上采油平台、大型桥梁、重型机械、高层建筑、长距离输油输气管、船舶等.因此对焊缝金属的综合机械性能特别是防止裂纹、低温韧性和抵抗脆断的能力提出了越来越高的要求.所以有必要对焊缝金属的强韧性及相匹配低合金高强钢焊接材料深入进行研究.本文采用热模拟的方法用工业试制的H10
6、Mn2焊丝配合SJ101焊剂，以相应的焊接线能量施焊，测试焊缝金属的CCT曲线，对焊缝金属强韧性进行研究.通过H10Mn2和14MnNbq桥梁钢在不同焊接线能量多层焊条件下的焊缝金属焊接热模拟试验，说明其组织转变情况及其对强韧性的影响.从而确定H10Mn2焊丝的最佳焊接工艺规范.1试验用焊丝和焊剂的基本情况焊丝和焊剂的基本情况：H10Mn2焊丝（C-Mn系低合金焊丝与H08Mn2E焊丝相比，焊丝中S，P等杂质量稍高，而含量Si，Mn与H08Mn2E相当).SJ101焊剂.（锦州焊条厂采用引进生产线生产的中等碱度的烧结焊剂碱度系数在17左右，该焊剂的综合性能优良.）焊丝的成分见表1，焊丝-焊剂组
7、合的熔敷金属的化学成分见表2.表1试验焊丝的化学成分质量分数(%)焊丝牌号CSiMnSPH10Mn20.090.041.820.0050.011表2焊丝-焊剂组合熔敷金属的化学成分质量分数(%)焊丝焊剂组合CSiMnSPOH10Mn2+SJ1010.0690.291.630.005 80.0190.0442不同线能量下连续冷却过程中的组织转变特征及性能试验21H10Mn2焊缝金属CCT曲线的测试211试样准备CCT曲线测试用试板尺寸为500 mm150 mm25 mm，采用的焊接材料为大工业试制H10Mn2焊丝配合SJ101焊剂，焊接线能量见表3.焊后取样，热模拟试样尺寸为680mm.表3CC
8、T测试用试板埋弧焊对接试验工艺参数焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/cm.min1线能量/kJ.cm1环境温度/环境湿度(%)焊接道次630313336307017212焊接热循环膨胀曲线测试和定量金相分析试样经历的焊接热循环过程中温度与时间的对应关系采用Rykalin2-D公式1进行计算，选取的热循环参数为：加热速度200 /s，最高加热温度1 350 ，并分别模拟采用系列焊接线能量焊接时的热循环过程，不同线能量及对应的T8/5等参数见表4.焊接的热循环曲线如图3. 表4焊接热循环过程参数及试验结果编号线能量/kJ.cm1)T8/5/s冷速/.s-1PF%AF%HV1146490.3799.
9、6325022012.5247.6592.352383302810.611.4388.5722844050615.8684.1422355078422.5577.45213660112324762047802001.527.4772.532028100313128.5471.4619991204510.794.115.89170图2中AF代表针状铁素体，PF代表先共析铁素体，它包括了晶界铁素体和侧板条铁素体.图1CCT测试用焊接热循环曲线图2H10Mn2焊缝金属CCT曲线图3焊缝金属硬度与AF%的关系22金相结果及讨论试验后对试样作定量金相和硬度分析.试验结果见表3和表4，按要求检测组织定量分
10、析，分析参数为AREA%（面积百分比）.试样编号、检测结果、对应参数及平均值见表4，焊接线能量反映焊接过程中热量输入大小，它不仅影响焊缝金属的冶金过程，组织转变，且还影响焊接热影响区的组织变化行为，根据表3和表4分析可以看到，9个试样中组织都是铁素体加贝氏体，采用14 kJ/cm焊接线能量时，焊缝金属组织是先共析铁素体加99.63%的针状铁素体和贝氏体，组织细小均匀；40 kJ/cm焊接线能量时，焊缝金属组织是先共析铁素体加84.14%的针状铁素体和贝氏体;120 kJ/cm焊接线能量时,焊缝金属组织是先共析铁素体加5.89%的针状铁素体和贝氏体,而且组织粗大.但是随着冷却速度降低和焊接线能量
11、增加，虽然铁素体的面积百分比总体上有不断增加趋势，由20.344%增加到43.106%,可是AF%(针状铁素体)的含量不断呈下降趋势,由99.63%下降到5.89%,而且硬度值也不断下降.这说明焊接线能量、冷却时间和冷却速度对焊缝金属组织和韧性有很大的影响，针状铁素体是一种强度高、韧性好的组织.随着冷却速度降低（T8/5增大）先共析铁素体增加，而针状铁素体减少，M-A组织减少，碳化物增多，使其硬度和韧性都降低.这说明组织软化并不总是能提高韧性的，而且冷却速度减慢，奥氏体晶粒较粗大其奥氏体化转变后的组织也必然粗大，从中可以看到晶粒尺寸对韧性也有重要的影响.这就说明焊接线能量增加使焊缝金属中的针状
12、铁素体含量减少，组织粗化是焊缝金属韧性降低的主要原因.针状铁素体是一种硬度较高、韧性好的组织.表5试样组织组成与面积百分比试样编号焊接线能量/kJ.cm1组织AREA%0114铁素体加贝氏体20.344 4(铁素体)0220铁素体加贝氏体22.847 2(铁素体)0330铁素体加贝氏体25.660 5(铁素体)0440铁素体加贝氏体26.449 8(铁素体)0550铁素体加贝氏体27.864 1(铁素体)0660铁素体加贝氏体26.372 9(铁素体)0780铁素体加贝氏体40.365 6(铁素体)08100铁素体加贝氏体41.692 0(铁素体)09120铁素体加贝氏体43.106 1(铁素
13、体)23H10Mn2焊丝工艺适应范围的讨论H10Mn2焊缝金属在多道焊连续冷却过程中的组织转变从得到的热循环曲线和定量金相分析来看，在模拟不同线能量的焊接过程时，H10Mn2焊缝金属在连续冷却过程中大致只存在两类基本组织的转变，即先共析铁素体（包括晶界铁素体和侧板条铁素体）和针状铁素体.先共析铁素体转变在前，针状铁素体转变在后.随焊接线能量的增大，针状铁素体在焊缝中所占的比例逐渐减少，先共析铁素体量逐渐增多，但线能量从14 kJ/cm至100 kJ/cm的范围内，针状铁素体的百分比均在70%以上.当焊接线能量增大到120 kJ/cm时，焊缝组织晶粒突然粗化，晶内出现粗大的魏氏体铁素体(Widm
14、anstatten Ferrite).因此，从获得焊缝组织适宜的比例角度，H10Mn2焊缝金属适应的焊接线能量范围为100kJ/cm.2 4H10Mn2焊缝金属不同线能量下的硬（强）度H10Mn2焊缝金属的硬度与焊接线能量的关系见6表，当模拟焊接线能量小于30 kJ/cm时，焊缝金属的硬度较高，当线能量大于100 kJ/cm时，焊缝金属的硬度偏低，当线能量在30至80 kJ/cm范围内，焊缝金属的硬度变化不大，平均值为206HV.且从H10Mn2焊缝金属的硬度与焊缝组织的关系（见图3）可以看出，硬度随针状铁素体的百分比下降而降低，当针状铁素体百分比大于70%时，二者呈近似的线性关系.因此从焊缝
15、强度与母材匹配的角度考虑，H10Mn2焊缝金属适应的线能量范围为30至80 kJ/cm.表6焊接线能量与相对应的硬度值焊接线/kJ.cm114203040506080100120HV102452352202142061961901821682 5H10Mn2焊丝焊缝金属冲击韧性示波冲击韧性试验按GB/T299-94规定的要求进行2，试验系列温度分别为：20，0，-20，-40，-50，-60，-80 .当H10Mn2焊丝对接焊缝所服役的环境温度降到-40 以下时，试样能承受的最大弯曲负载随温度下降而提高，且吸收的弹塑性功几乎维持在35J左右的水平，说明H10Mn2焊缝金属在室温至-40 的温度
16、范围内抗裂纹形成的能力不随温度的下降而降低.试样的弹塑性功Ei(J)、撕裂功Ep(J)、和冲击功Et(J)等示波冲击韧性参量，从室温到-40 的试验温度范围内均维持一定的变化趋势，只是在-40 以下，变化趋势才发生改变，这一事实说明H10Mn2焊缝金属的韧脆转点应在略低于-40的温度.3结论1） H10Mn2焊缝金属在模拟线能量为14至100 kJ/cm范围内，针状铁素体所占的百分比均大于70%，但从焊缝金属强韧性与母材匹配的角度来看，H10Mn2焊丝合适的焊接线能量范围为30至80 kJ/cm.2） H10Mn2焊缝金属在室温到-40 的温度范围内抗裂纹形成的能力不随着温度的下降而降低.3） H10Mn2焊缝金属的韧脆转变点在略低于-40 的温度.4） H10Mn2焊丝配合14MnNbq钢焊接形成的焊缝金属具有良好的焊接性能和优良的抗裂性能并具有较高的综合力学性能.