焊接参数对409L热轧板拼焊接头组织的影响.pdf
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1、总第2 11期2023年第8 期试(实)验研究焊接参数对40 9 L热轧板拼焊接头组织的影响邹庆华(山西太钢不锈钢股份有限公司,山西太原0 3 0 0 0 3)摘要:使用太钢不锈冷轧厂的焊接机组对10 mm厚的40 9 L热轧板进行了焊接试验,将坡口间隙分别设置为1mm、2mm、3 m m、4m m,焊接参数随之微调,焊后对焊接接头进行金相组织分析。结果表明:坡口间隙从1mm调整至4mm,焊接参数变化不大,热输入增加了约17%。这四组焊接参数的焊接HAz宽度差别不大,高热输入下焊接HAZ的晶粒粗化程度略有增加;坡口间隙为1mm时,焊缝下半部分出现了未熔合缺陷,会严重影响焊接接头的力学性能,导致
2、过线时开裂,甚至发生断带事故。关键词:铁素体;不锈钢;厚板;焊接中图分类号:TG115.6*20引言409L铁素体不锈钢为第二代铁素体不锈钢,名义成分w(cr)=11%,属低铬铁素体不锈钢,具有良好的成形性、经济性、耐蚀性和抗氧化性,常用于汽车排气系统。有很多文献1-5 研究了40 9 L铁素体不锈钢的焊接性能,但大多数均为应用端的薄板制管焊接6-8 以及失效分析研究9 。由于钢厂是连续生产线,需要对前后两卷焊接相连,所以40 9 L焊接接头的质量将影响钢卷过线的安全性。本文以太钢冷轧厂焊接机组为试验设备,讨论了不同坡口间隙对厚度为10 mm的40 9 L焊接接头组织的影响,为厚规格铁素体不锈
3、钢焊接接头的过线能力提升提供理论基础。1试验材料与方法试验材料为10 mm厚的40 9 L热轧态钢板,材料金相组织如图1所示,成分如表1所示。从图1可见,409L热轧态组织呈长条状。现场焊接方式为4台焊枪同时焊接,其中2 台焊枪为一组,前后放置,间隔100mm,焊缝经两道填满。一组焊枪焊接前半段,另一组焊枪焊接后半段,焊接示意图如图2 所示。本试验主要考虑焊接坡口间隙对40 9 L热轧板拼焊接头组编号坡口间隙/mm焊枪1112233442试验结果与讨论图3 一图6 为焊接接头宏观照片。由图3 一图6可见,随着焊接坡口间隙的增加,焊缝宽度逐渐增加。对焊缝组织进行观察,均可清晰地看出接头由上下两收
4、稿日期:2 0 2 3-0 3-2 2基金项目:山西省重点研发计划(2 0 19 0 3 D121092)作者简介:邹庆华(19 8 3 一),男,山东聊城人,毕业于天津大学,硕士,工程师,主要从事不锈钢生产技术管理工作。山西冶金Shanxi Metallurgy文献标识码:A织的影响,坡口间隙分别取1 4mm,焊接参数随之小幅调整,具体如表2 所示。焊接材料为1.6mm的ER309L实心焊丝,焊接保护气体为Ar和体积分数为2%的O2,流量为15L/min。焊后对焊接接头进行金相组织分析。图140 9 L不锈钢热轧态金相组织表140 9 L的化学成分w(c)/%w(si)/%w(Mn)/w(P
5、)/%w(s)/%0.0080.403焊接方向图2 焊接示意图表2 焊接参数送丝速度/(m/min)焊枪2焊枪386.086.086.586.5Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.002文章编号:16 7 2-1152 2 0 2 3)0 8-0 0 0 3-0 2w(Ni)/W(Ti)/%0.1990.02212钢板焊接电压/V焊枪4焊枪186.086.086.586.5w(Cr)/0.00111.4140.055焊接方向焊速/(m/min)焊枪2焊枪333.03133.03134.73134.731道焊缝组成,下面焊缝可见细小
6、晶粒,上面焊缝组织为粗大的奥氏体枝晶。这是由于下面焊缝在焊接过程中位于前面,电弧以穿透板厚并熔化两侧母材为主,所以会有大量的母材成分熔入下面焊缝中,导致焊缝0.223焊枪434.03134.03134.63134.6310.410.410.340.34山西冶金E-mail:第46 卷中铬镍当量比增加,根据德龙图可知,焊缝有一部分是铁素体或马氏体。而上面焊缝在前道熔池的后方,以填充为主,所以仍维持相当高的镍当量,故焊缝为典型的粗大奥氏体枝晶组织。mm5mm5mm图3 焊接接头宏观照片图4焊接接头宏观照片(间隙=1 mm)(间隙=2 mm)5.mm5mm图5焊接接头宏观照片图6 焊接接头宏观照片(
7、间隙=3 mm)(间隙=4 mm)图7 一图10 为焊接HAZ的全景金相照片,图7一图10 中的黑色虚线为HAZ界限,界限的母材一侧为轧态的长条状组织,界限的HAZ一侧为轧态条带经焊接热循环加热而形成的退火等轴晶组织,部分靠近焊接熔合线的区域由于受热严重,等轴晶组织发生长大。对比图7 一图10,可见HAz宽度差别不大,但图9和图10 中HAZ晶粒粗化程度稍大于图7 和图8。这是由于四组焊接参数中的送丝速度(即焊接电流)和焊接电压几乎相同,差别仅在于焊接速度。为了将较大坡口间隙填满,3 号和4号的焊接速度相比于1号和2 号降低了约17%,这导致了焊接热输人增加了约17%,从而导致晶粒粗化略显严重
8、10 。值得注意的是,图7 中左侧焊缝熔合线下半部分出现了未熔合缺陷,这将严重影响焊接接头的力学性能,很可能在钢带过线时出现开裂甚至断带事故。未熔合缺陷出现的原因很可能是由于坡口间隙过小,电弧具有电阻(导电距离)最短原则,没有穿透至坡口根部,导致根部母材没有熔化,熔池只是流到此处,并没有与母材形成冶金结合。1mm图7 焊接HAZ全景金相图8 焊接HAZ全景金相(间隙=1 mm)(间隙=2 mm)Lmm图9 焊接HAZ全景金相图10 焊接HAZ全景金相(间隙=3 mm)(间隙=4 mm)3结论1)坡口间隙从1mm增加至4mm,焊接参数变化不大,热输入增加了约17%。2)坡口间隙为1mm、2 m
9、m、3 m m、4m m这四组焊接参数的焊接HAz宽度差别不大,高热输人下焊接HAz的晶粒粗化程度略有增加。3)坡口间隙为1mm时,焊缝下半部分出现了未熔合缺陷,会严重影响焊接接头的力学性能,可能会导致过线时开裂甚至发生断带事故。参考文献1周杰.43 0 铁素体不锈钢薄板CMT 焊接工艺研究D.天津:天津大学,2 0 19.2张彦睿,柳阳.铁素体不锈钢焊接热影响区的组织与冲击韧性研究J.热加工工艺,2 0 2 3,52(1):144-146.3DING M,LIU S S,ZHENG Y,et al.TIG-MIG hybrid welding offerritic stainless ste
10、els and magnesium alloys with Cu interlayer ofdifferent thickness J.Materials&Design,2015,88:375-383.4VIDYARTHY R S,DWIVEDI D K,VASUDEVAN M.Influence ofM-TIG and A-TIG Welding Process on Microstructure and MechanicalBehavior of 409 Ferritic Stainless SteelJ.Journal of MaterialsEngineering and Perfor
11、mance,2017,26(3):1391-1403.5赵贞贞,郭永环,赵建业,等.热输人和退火保温时间对 40 9 L铁素体不锈钢TIG焊接接头过热区晶粒尺寸的影响J.机械工程材料,2 0 2 0,44(1):2 9-3 2.6LAKSHMINARAYANAN A K,BALASUBRAMANIAN V.Evaluationof Microstructure and Mechanical Properties of Laser Beam WeldedAISI 409M Grade Ferritic Stainless SteelJJ.Journal of Iron and SteelRese
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