采用ER50-6焊絲對4 mm厚Q690D高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接，研究了焊接間隙（0.75，1.00，1.25，1.50 mm）對焊接接頭組織及性能的影響。
結(jié)果表明：隨著焊接間隙的增加，焊縫背面的余高和熔寬不斷增加，焊接間隙1.00，1.25 mm下焊縫成形質(zhì)量良好，焊接間隙0.75 mm下焊縫背面出現(xiàn)未焊透缺陷，焊接間隙1.50 mm下出現(xiàn)焊瘤、焊渣等缺陷。
不同焊接間隙下接頭均由焊縫、熱影響區(qū)和母材區(qū)組成，熱影響區(qū)分為粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)；隨著焊接間隙的增大，焊縫的動態(tài)再結(jié)晶程度先減弱后增強(qiáng)，幾何必須位錯密度平均值先增大后減小，大角度晶粒占比先降后增再降；焊接間隙1.50 mm下的動態(tài)再結(jié)晶程度最高，幾何必須位錯密度最低，焊接間隙1.25 mm下的大角度晶粒占比最大。
不同焊接間隙下熱影響區(qū)細(xì)晶區(qū)的硬度最高，焊縫的硬度最低；隨著焊接間隙的增大，熱影響區(qū)細(xì)晶區(qū)和焊縫的硬度均先升后降，接頭的殘余拉應(yīng)力增大，接頭抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率均先升后降。
最佳焊接間隙為1.25 mm，此時接頭熱影響區(qū)細(xì)晶區(qū)和焊縫的硬度最高，拉伸性能最好，斷后伸長率為10.4％，抗拉強(qiáng)度為697.1 MPa，達(dá)到母材的90％以上，拉伸斷口由大量韌窩組成，呈韌性斷裂特征。
論文標(biāo)題：
焊接間隙對Q690D高強(qiáng)度鋼CO2氣體保護(hù)焊接頭組織和性能的影響
01研究背景
Q690D高強(qiáng)度鋼常用于制造挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)和其他工程機(jī)械的結(jié)構(gòu)件，如車架、動臂、斗齒等，與傳統(tǒng)低碳鋼和高強(qiáng)度鋼相比，其最大優(yōu)勢在于兼具高強(qiáng)度和高韌性。
在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件中，鋼板的焊接結(jié)構(gòu)件占比達(dá)到50％以上，應(yīng)用較多的焊接方法為氣體保護(hù)焊接，該方法具有成本低、生產(chǎn)效率高、操作簡單、焊縫抗裂能力強(qiáng)等優(yōu)勢。
目前，有關(guān)Q690D高強(qiáng)度鋼焊接工藝的研究主要集中在焊接電流、熱輸入和保護(hù)氣體流量等常規(guī)焊接參數(shù)對接頭組織和性能影響方面。ZHANG等研究發(fā)現(xiàn)，Q690高強(qiáng)度鋼熱影響區(qū)的顯微組織由板條馬氏體和粒狀貝氏體組成，隨著焊接峰值溫度升高，接頭沖擊韌性降低。QI等研究發(fā)現(xiàn)，隨著焊接熱輸入增加，Q690D鋼板焊接熱影響區(qū)的板條貝氏體減少，粒狀貝氏體增多。劉五兵等研究發(fā)現(xiàn)，20 mm厚Q690D鋼板氣體保護(hù)焊焊縫組織主要由粒狀貝氏體、針狀鐵素體和先共析鐵素體組成。劉晟等研究發(fā)現(xiàn)，焊接電流和保護(hù)氣體流量顯著影響Q690D高強(qiáng)度鋼板氣體保護(hù)焊接質(zhì)量。
研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)暮附娱g隙可以使熱影響區(qū)的溫度分布更加均勻，減少晶粒的異常長大，從而提高焊接接頭的力學(xué)性能。然而，目前未見焊接間隙對Q690D高強(qiáng)度鋼CO2氣體保護(hù)焊接接頭組織和性能影響的研究報道。
因此，作者以厚度4 mm的Q690D高強(qiáng)度鋼板作為研究對象，在不同焊接間隙下對其進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊接，研究了不同焊接間隙下焊接接頭的顯微組織和力學(xué)性能，以期為Q690D高強(qiáng)度鋼的焊接工藝制定提供試驗參考。
02研究亮點
1 試樣制備與試驗方法
本章節(jié)重點介紹了焊接試驗的材料、設(shè)備、參數(shù)及分析方法。母材為Q690D鋼板，焊絲為ER50-6，采用CO?氣體保護(hù)焊，焊接間隙設(shè)置0.75~1.50 mm四個梯度。制備了金相、XRD、EBSD、硬度和拉伸試樣，使用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電鏡等設(shè)備對接頭的顯微組織、物相、微觀結(jié)構(gòu)、硬度分布、殘余應(yīng)力和拉伸性能進(jìn)行系統(tǒng)表征，所有試驗均遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
2 試驗結(jié)果與討論
本章節(jié)重點研究了焊接間隙對Q690D鋼CO?氣體保護(hù)焊接頭的影響。隨著焊接間隙增大，焊縫背面余高和熔寬增加；1.00~1.25 mm間隙下焊縫成形質(zhì)量最佳，0.75 mm間隙出現(xiàn)未焊透缺陷，1.50 mm間隙產(chǎn)生焊瘤等缺陷。接頭組織分為焊縫區(qū)（板條馬氏體+針狀鐵素體）、熱影響區(qū)（粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)）和母材區(qū)。EBSD分析表明，1.25 mm間隙下熱影響區(qū)動態(tài)再結(jié)晶占比最低（粗晶區(qū)10.5%，細(xì)晶區(qū)7.9%），不完全重結(jié)晶區(qū)最高（51.1%）。焊縫硬度最低（約275 HV），熱影響細(xì)晶區(qū)硬度最高（約 307HV）。焊接間隙1.25 mm時接頭性能最優(yōu)：抗拉強(qiáng)度697.1 MPa，斷后伸長率10.4%，殘余應(yīng)力174 MPa，斷口呈現(xiàn)韌性斷裂特征。間隙過大或過小均會導(dǎo)致力學(xué)性能下降。
不同焊接間隙下接頭背面的宏觀形貌
焊接間隙1.50 mm下接頭焊縫的EBSD分析結(jié)果
03結(jié)束語
（1） 隨著焊接間隙增大，焊縫背面的余高和熔寬增加，焊接間隙1.00，1.25 mm下焊縫成形質(zhì)量良好，焊接間隙0.75 mm下焊縫背面出現(xiàn)未焊透缺陷，焊接間隙1.50 mm下出現(xiàn)焊瘤、焊渣等缺陷。接頭由焊縫、熱影響區(qū)和母材區(qū)組成，熱影響區(qū)分為粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)；焊縫主要由針狀鐵素體和板條馬氏體組成，熱影響區(qū)粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)均主要由晶粒尺寸不同的馬氏體組成，不完全重結(jié)晶區(qū)由鐵素體和粒狀貝氏體組成。
（2） 不同焊接間隙下熱影響區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)相似，不完全重結(jié)晶區(qū)的動態(tài)再結(jié)晶晶粒以等軸晶為主，動態(tài)再結(jié)晶占比最高，熱影響區(qū)粗晶區(qū)的幾何必須位錯密度最高，熱影響區(qū)粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)的小角度晶粒占比較高。隨著焊接間隙增加，焊縫的動態(tài)再結(jié)晶程度先減弱后增強(qiáng)，幾何必須位錯密度平均值先增大后減小，大角度晶粒占比先降后增再降；焊接間隙1.50 mm下焊縫的動態(tài)再結(jié)晶程度最高，幾何必須位錯密度最低，焊接間隙1.25 mm下的大角度晶粒占比最大。
（3）不同焊接間隙下接頭熱影響區(qū)細(xì)晶區(qū)的硬度最高，焊縫的硬度最低；隨著焊接間隙的增加，熱影響區(qū)細(xì)晶區(qū)和焊縫的硬度均先升后降，接頭的殘余拉應(yīng)力增大，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率均先升后降。最佳焊接間隙為1.25 mm，此時接頭細(xì)晶區(qū)和焊縫的硬度最高，斷后伸長率為10.4％，抗拉強(qiáng)度為697.1 MPa，達(dá)到母材的90％以上。
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