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對(duì)Q690D低合金高強(qiáng)鋼熔化極氣體保護(hù)電弧焊（GMAW）十字接頭角焊縫進(jìn)行非熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（TIG）熔修，研究了熔修距離（熱源中心至焊趾的距離，2，1，0，— 1 mm）和熔修電流（150，170，190，210 A）對(duì)熔修后焊趾形狀和接頭疲勞性能的影響。結(jié)果表明：在熔修電流150A條件下，當(dāng)熔修距離為0時(shí)，熔修焊縫完全覆蓋原始焊趾，焊趾曲率半徑較大，母材與焊縫過(guò)渡平緩；當(dāng)熔修距離為2，1mm時(shí)，原始焊趾無(wú)法得到熔修；當(dāng)熔修距離為—1mm時(shí)，熔修焊縫中形成凹陷。在熔修距離為0 條件下，不同電流下熔修后焊趾的曲率半徑均大于原始焊趾，過(guò)渡角均低于原始焊趾，隨著熔修電流的增加，曲率半徑先減后增再減，過(guò)渡角先增后降，150A熔修電流下的曲率半徑最大，過(guò)渡角最?。?70，190，210A熔修電流下熔修接頭的疲勞裂紋源位置由原始焊趾變?yōu)槿坌藓缚p和熔修熔合區(qū)，150A熔修電流下接頭未發(fā)生疲勞開(kāi)裂；熔修后接頭的疲勞壽命高于原始接頭，且隨著熔修電流的增加，接頭的疲勞壽命先降后升再降，150A熔修電流下接頭的疲勞壽命最高。

01研究背景

工程機(jī)械領(lǐng)域的加強(qiáng)筋板、復(fù)雜框架等高強(qiáng)鋼 焊接結(jié)構(gòu)常采用角焊縫接頭。與對(duì)接焊縫相比，角焊縫的幾何形狀更為靈活，其焊趾處的形狀突變 和組織突變會(huì)加劇應(yīng)力集中，導(dǎo)致構(gòu)件更易于發(fā)生疲勞開(kāi)裂。因此，有必要選取合適的焊趾修整工藝及參數(shù)來(lái)有效提升角焊縫接頭的強(qiáng)度和服役時(shí)間。

目前，提高角焊縫接頭疲勞強(qiáng)度和壽命的方法主要包括非熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（TIG）熔修、機(jī)加打磨、沖擊強(qiáng)化和焊后熱處理等。與其他方法相比，TIG 熔修具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成 本低、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。在TIG熔修時(shí)TIG焊炬將焊趾處的焊縫金屬重新熔化，以消除熔渣、楔塊、咬邊等焊接缺陷，改善焊趾外形，使焊縫與母材之間形成平滑過(guò)渡，從而減少應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度。TIG 熔修工藝參數(shù)包括電弧電壓、熔修電 流、熔修距離（熱源中心至焊趾的距離）、焊槍傾斜角度、預(yù)熱溫度、焊接速度、氣體流量等。IIW 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)電弧電壓、焊槍傾斜角度、預(yù)熱溫度、焊接速度、氣體流量等參數(shù)作出了明確規(guī)定，但是未對(duì)熔修距離和熔修電流作出規(guī)定。因此，作者以工程機(jī)械常用Q690D低合金高強(qiáng)鋼熔化極氣體保護(hù)電弧焊（GMAW）十字接頭為研究對(duì)象，在不同熔修距離和熔修電流下采用TIG熔修工藝對(duì)十字接頭角焊縫進(jìn)行熔修，研究了熔修距離和電流對(duì)角焊縫焊趾形狀以及接頭疲勞性能的影響，以期為填補(bǔ)熔修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)空白，指導(dǎo)Q690D高強(qiáng)鋼接頭工藝優(yōu)化提供試驗(yàn)參考。

02研究亮點(diǎn)

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

本章節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容如下：

1. 試驗(yàn)材料：16mm厚Q690D低合金高強(qiáng)鋼板，采用GMAW焊接十字接頭，腹板開(kāi)45°坡口，焊絲為ER76-G（直徑1.4mm），并列出焊絲化學(xué)成分。

2. 焊接工藝參數(shù)： 

GMAW打底焊：電弧電壓27V、電流350A、速度350mm/min。

填充及蓋面焊：電弧電壓28V、電流400A、速度350mm/min，層間溫度60~200℃。

3. TIG熔修工藝：按IIW標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定參數(shù)（電壓12~15V、速度100mm/min等），采用參數(shù)解耦方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)：

 固定電流150A，調(diào)整熔修距離（2,1,0,-1mm）優(yōu)化焊趾形貌； 

最優(yōu)距離下，研究不同電流（150~210A）對(duì)焊趾組織及疲勞性能的影響。

4. 檢測(cè)方法： 

金相試樣制備：觀察焊趾宏觀形貌（體視顯微鏡），測(cè)量曲率半徑（三點(diǎn)畫(huà)弧法）和過(guò)渡角（4次平均）。 

顯微組織分析：FeCl腐蝕后通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察。 

疲勞試驗(yàn)：拉-拉加載（最大應(yīng)力300MPa，頻率100Hz，應(yīng)力比0.23），循環(huán)至斷裂或10^7次，每組3次取平均。

5. 關(guān)鍵圖示說(shuō)明：涉及焊趾曲率半徑/過(guò)渡角示意圖及疲勞試樣尺寸標(biāo)注（文中未展示具體圖示）。

不同熔修距離下熔修角焊縫焊趾處的宏觀組織 ( 熔修電流150A)

原始接頭焊趾和不同電流熔修焊趾的曲率半徑和過(guò)渡角

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

本章節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容如下：

1. 熔修距離優(yōu)化：熔修距離為0 mm時(shí)效果最佳：完全覆蓋原始焊趾，曲率半徑大，母材與焊縫過(guò)渡平緩；其他距離（2.1 mm未重熔，-1 mm形成凹陷）均不理想。

2. 熔修電流影響

焊趾形狀：150 A電流下曲率半徑最大、過(guò)渡角最小，離散程度低；其他電流（170/190/210 A）效果次之。 

顯微組織：150-190 A時(shí)生成少量馬氏體（冷卻快）；210 A時(shí)熱輸入高，組織為貝氏體+鐵素體，無(wú)馬氏體。 

3. 疲勞性能提升- 150 A熔修后疲勞壽命最高（10^7周次未斷裂），其他電流較原始接頭提升2.4-8.6倍。 - 疲勞壽命與曲率半徑正相關(guān)，與過(guò)渡角負(fù)相關(guān)；熔修后裂紋源轉(zhuǎn)移至熔合區(qū)（原始接頭集中于焊趾）。 

4. 斷裂分析- 原始接頭因焊趾應(yīng)力集中全部在焊趾斷裂；熔修后裂紋源分散于熔修焊縫/熔合區(qū)，應(yīng)力集中顯著緩解。 

原始接頭焊縫和不同電流熔修焊縫的顯微組織

原始接頭和不同電流熔修接頭的疲勞壽命以及典型疲勞裂紋形貌

03研究結(jié)論

（1）當(dāng)熔修距離為0時(shí)，TIG熔修焊縫完全覆蓋原始十字接頭焊趾，焊趾曲率半徑較大，母材與焊縫過(guò)渡平緩；當(dāng)熔修距離為2，1mm時(shí)，原始焊縫焊趾無(wú)法得到熔修；當(dāng)熔修距離為—1mm時(shí)，熔修焊縫中形成凹陷。

（2）在熔修距離為0條件下，不同電流熔修后焊趾的曲率半徑均大于原始焊趾，隨著熔修電流的增加，曲率半徑先減后增再減，150A熔修電流下的曲率半徑最大；焊趾的過(guò)渡角均低于原始焊趾，隨著熔修電流的增加，過(guò)渡角先增后降，150A熔修電流下的過(guò)渡角最小。

（3）170，190，210A熔修電流下熔修接頭的疲勞裂紋源位置由原始接頭的焊趾變?yōu)槿坌藓缚p和熔修熔合區(qū)，150A熔修電流下接頭未發(fā)生疲勞開(kāi)裂。熔修后接頭的疲勞壽命高于原始接頭，且隨著熔修電流的增加，熔修接頭的疲勞壽命先降后升再降，150A熔修電流下的疲勞壽命最高，循環(huán)107周次后試樣均未斷裂；熔修接頭的疲勞性能與焊趾曲率半徑呈正相關(guān)，與過(guò)渡角基本呈負(fù)相關(guān)。