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一种高效焊接技术添加合金粉末埋弧焊钎头

文章来源：炜盛五金网 | 2022-09-30

一种高效焊接技术——添加合金粉末埋弧焊

一种高效焊接技术——添加合金粉末埋弧焊 2011：在满足焊接接头力学性能要求的前提下，提高熔敷速率可以提高生产率。用常规的埋弧焊（SAW）焊接中厚板结构，如果提高熔敷速率，就要加大焊接线能量，其结果是焊接熔池变大，母材熔化量增加，焊缝化学成分变差，焊缝组织粗化，焊接热影响区扩大并且性能变坏。添加合金粉末的埋弧焊(submerged arc welding with alloyed metal powders，SAW-AMP）是一种能够提高熔敷速率，又不使焊接接头性能变差的高效焊接技术。基本做法是在坡口中预先铺放一层金属粉末(或金属细粒、切断的短焊丝等)，然后进行埋弧焊。国外从60年代末期至今一直在研究、开发和应用这种技术，已研究了系列合金粉末、焊剂和合金粉末添加装置，广泛用于造船、压力容器、重型机器、桥梁、建筑和海洋石油平台等领域。　　笔者用该技术焊接了Q235钢和16MnR钢，并应用于实际焊接生产。1　材料及焊接工艺 1.1　材料　　母材板厚为18 mm，试板尺寸为300 mm×500 mm，焊丝直径为4.0 mm，焊剂粒度为8～60目，合金粉末粒度为80～200目。化学成分见表1。　　表1　母材、焊丝和合金粉末的化学成分单位：%材料CSiMnSPTiNi20G0.120.230.550.0220.025<0.05<0.116MnR0.150.351.460.0240.028<0.05<0.1H08A0.050.0260.360.0100.028<0.05<0.1H10Mn20.090.0261.760.0250.020<0.05<0.1AP30.220.183.0～5.50.0250.0300.5～1.00.5～2.0AP50.210.262.0～3.50.0230.0320.5～1.00.5～2.0 1.2　焊接工艺　　对接，焊接规范见表2。焊机为MZ-1000，DCRP。V型坡口，SAW角度为60°～65°，钝边为4 mm；SAW-AMP角度为40°～45°，钝边为2 mm。表2　焊接工艺规范编号母材焊丝焊剂粉末层数电流(A)电压(V)焊接速度(mm/min)线能量(kJ/mm)0320GH08AHJ431无5500～52030～325001.6～1.70420GH08ASJ301无5500～53030～325001.6～1.75316MnRH10Mn2HJ431无6500～520325001.6～1.75416MnRH10Mn2SJ301无6500～520325001.6～1.70120GH08AHJ431AP51750383504.20220GH08ASJ301AP51700383503.95116MnRH08AHJ431AP31720383504.05216MnRH08ASJ301AP31700383503.92　试验结果及讨论 2.1　焊缝化学成分　　采用SAW和SAW-AMP技术焊接的20G、16MnR钢焊缝化学成分见表3。结果表明，用SJ301焊接的焊缝，C、Si和Mn元素增加，P含量与HJ431焊缝相当，S含量却没有减少。由于SJ301和HJ431本身的S、P含量对其焊缝中的S和P含量有相当显著的影响，而不同厂家生产的焊剂S、P含量有很大差别，故可以理解本文的成分分析结果。SAW-AMP焊缝的S含量与SAW焊缝相当，P含量显著减少，但均低于0.030%，焊缝的成分完全符合GB6654-86的要求。添加合金粉末有利于焊缝脱S和脱P。表3　焊缝的化学成分单位：%编号CSiMnSPTiNi030.060.371.200.0150.027<0.05<0.1040.100.601.510.0220.027<0.05<0.1530.090.481.850.0180.033<0.05<0.1540.130.782.200.0260.033<0.05<0.1010.150.321.170.0170.0230.0310.19020.120.450.910.0230.0240.0310.18510.150.451.630.0170.0270.0250.27520.160.601.850.0200.0290.0340.21 2.2　焊缝和HAZ的显微组织　　SAW的线能量一般为1.6 kJ/mm，焊接18 mm厚的钢板需要5～6道焊满，未经再热的焊缝组织细小，针状铁素体较多，先共析铁素体少且窄，柱状晶方向性不明显，HAZ粗晶区晶粒尺寸较小。如果采用大线能量，线能量达到3.6 kJ/mm，18 mm厚的钢板2道即可焊满，但是焊缝组织粗大，几乎无针状铁素体，先共析铁素体宽，HAZ粗晶区晶粒尺寸较大，有较多的魏氏组织。　　用大线能量、SAW-AMP技术，18 mm厚的钢板一道就可焊满，但是，合金粉末的成分对焊缝抗裂性和组织有显著影响。合金粉末中Mn、Ti等合金元素含量非常少，其成本较低，但焊接过程中电弧燃烧不稳定，焊道忽宽忽窄，焊缝组织中几乎没有针状铁素体，先共析铁素体连成一片，焊缝与HAZ在熔合区明显分开。采用含有较少Mn、Ti元素的合金粉末焊接，焊缝中针状铁素体细小且多，先共析铁素体较少，焊缝的柱状晶不明显，但是，焊缝成分有偏析，出现裂纹。调整合金粉末的成分，使之含有适当的Mn、Ti等合金元素，获得AP3和AP5粉末，配用H08A焊丝，分别焊接16MnR和20G，焊缝针状铁素体多且细小，先共析铁素体变窄且断续分布，先共析铁素体晶粒细小且量少。结果表明，在埋弧焊缝中添加适当成分的合金粉末，改善了焊缝的微观组织；HAZ粗晶区的珠光体增加，魏氏组织减少，HAZ微观组织并未由于线能量增大而恶化，说明SAW-AMP对线能量适应性强。 2.3　焊接接头力学性能　　按JB4708-92进行拉伸和标准Charpy V型缺口试样冲击试验。表4的试验结果表明，采用SAW-AMP技术焊接的接头力学性能完全满足要求，其中用SJ301焊剂的接头力学性能更好。