低合金高強鋼焊接缺陷原因分析

倪鐵英,陶永康,易 勇

(四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測研究院,四川成都 610041)

低合金高強鋼焊接缺陷原因分析

倪鐵英,陶永康,易 勇

(四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測研究院,四川成都 610041)

采用化學成分分析、力學性能測試、沖擊試驗、低倍、金相檢驗、超聲波探傷等方法對某工程中焊接低合金高強度鋼板時批量出現(xiàn)焊接缺陷的原因進行了分析。結(jié)果表明,缺陷出現(xiàn)的原因為母材中存在較大尺寸低熔點的非金屬夾雜物,在焊接時熱影響區(qū)母材中的夾雜物受熱熔化,導致出現(xiàn)孔洞,在探傷時被檢出。

理化檢驗;焊接缺陷;低合金高強鋼

1 引言

某工程在焊接一批材質(zhì)為Q345D的低合金高強度鋼板時,超聲波探傷大批量發(fā)現(xiàn)焊接接頭區(qū)域存在缺陷,缺陷性質(zhì)不明,位于熱影響區(qū)附近,但母材鋼板探傷未發(fā)現(xiàn)缺陷。焊接方法為埋弧焊,母材板厚22 mm,焊絲牌號H10Mn2,焊絲規(guī)格?4.0 mm,焊劑牌號JQ.SJ101。以前在焊接此種鋼板時未出現(xiàn)過如此情況,因此采用各種理化檢驗方法對出現(xiàn)缺陷的原因進行了分析。

2 分析方法

采用一件以前焊接的無缺陷的試板,兩件此次焊接出現(xiàn)問題的試板,采用對比分析的方法。

用TIME1130型超聲波探傷儀確定缺陷區(qū)域;用SPECTROTEST型直讀光譜儀測定熔敷金屬化學成分;用WEW-600C型微機屏顯萬能試驗機測定試板的焊接拉伸性能;用JB-300B型沖擊試驗機,測定試板在-20℃時焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的沖擊吸收功;用熱酸浸腐蝕檢驗法檢測缺陷區(qū)的低倍組織;用Axiovert 40 MAT型金相顯微鏡檢測缺陷區(qū)顯微組織。

3 結(jié)果和討論

3.1 化學成分分析及結(jié)果

化學成分分析結(jié)果(見表1)顯示,與未出現(xiàn)缺陷的試板相比,缺陷試板熔敷金屬的化學成分無明顯差異,即缺陷出現(xiàn)的原因與焊材無關(guān)。

表1 熔敷金屬化學成分

3.2 拉伸和沖擊試驗結(jié)果與分析

焊接接頭拉伸和沖擊試驗結(jié)果見表2和表3。結(jié)果顯示,缺陷試板和無缺陷試板的檢測結(jié)果無明顯差異,拉伸試驗斷裂位置均在母材處,抗拉強度和沖擊吸收功均滿足焊接工藝評定的相關(guān)要求,說明焊接工藝良好,即缺陷出現(xiàn)不是由于焊接工藝不當導致的。

表2 焊接接頭拉伸試驗結(jié)果

表3 沖擊試驗結(jié)果

3.3 低倍檢驗結(jié)果與分析

低倍檢驗結(jié)果見圖1～圖3,結(jié)果顯示,缺陷試板的酸浸低倍檢驗試面上在熱影響區(qū)存在孔洞,但孔洞是由于疏松受熱酸浸后形成的還是母材本身的孔洞無法判定,因此進行了微觀金相檢驗。

圖1 無缺陷試板 低倍組織

3.4 金相檢驗結(jié)果與分析

金相檢驗結(jié)果見圖4～圖8,缺陷試板的試樣在拋光態(tài)下檢驗,發(fā)現(xiàn)存在孔洞,孔洞深度較淺,能看到夾雜物痕跡,腐蝕后檢驗,孔洞周圍金相組織相同,無異常組織。同一試板上的母材取樣檢驗,未發(fā)現(xiàn)孔洞,但發(fā)現(xiàn)有較大尺寸的非金屬夾雜。

圖2 缺陷試板1#低倍組織

圖3 缺陷試板2#低倍組織

圖4 缺陷試板1#拋光態(tài)

圖5 缺陷試板2#拋光態(tài)

圖6 缺陷試板1#4%硝酸酒精腐蝕

圖7 缺陷試板2#4%硝酸酒精腐蝕

圖8 母材 拋光態(tài)

4 綜合分析及結(jié)論

綜上所述,缺陷出現(xiàn)的原因為母材中存在較大尺寸的非金屬夾雜物,從其形態(tài)呈長條形、在金相顯微鏡下顏色呈灰黑色可辨別是硫化物夾雜[1],其熔點較低,在焊接時熱影響區(qū)母材中的夾雜物受熱熔化,導致出現(xiàn)孔洞。通常夾雜物的曲率半徑越小,引起的應力集中越嚴重,在多變應力作用下,裂紋優(yōu)先在垂直于拉應力方向的夾雜物尖角處萌生,裂紋擴展速率也比球狀夾雜物快得多[2]。在焊接產(chǎn)生的應力作用下[3],熱影響區(qū)母材中的孔洞進一步擴大,導致在探傷時被檢出。

[1] 董履仁,劉新華,等.鋼中大型非金屬夾雜物[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1991.

[2] 關(guān)鳳純.中板用連鑄坯夾雜物行為研究[D].北京:北京科技大學,2001.

[3] 賈貴忱,吳執(zhí)中,呂純杰,等.單面埋弧焊雙面成形的焊接缺陷及防止措施[J].焊接,1995(8):21-22.

Welding Defects Analysis of Low Alloy High Strength Steel

NI Tieying,TAO Yongkang,YI Yong

(Sichuan Province Academy of Industrial Environmental Monitoring, Chengdu 610041,Sichuan,China)

By means of chemical compositions analysis,mechanical property test,impact test,macroscopic examination,metallographic examination and ultrasonic flaw detection,formation reasons of the welding batch defects which were found when welding low alloy high strength steel in a project were analyzed in this paper.The results show that the causes of the defect are larger and low melting point non-metallic inclusion existed in base metal,the inclusions in the base metal of the heat affected zone are melted by heat during welding result in holes appearance which were detected by nondestructive testing.

physical and chemical inspection,welding defect,low alloy high strength steel

TG441.7

A

1001-5108(2017)02-0025-03

倪鐵英,工程師,主要從事冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗方面的工作。