保护气体对焊接飞溅的影响

　　摘要：自20世纪50年代气体保护焊发明后，CO2气体保护焊以其高效的特性，得到了各行业的广泛应用，尤其是机车行业，内燃机车车体的焊接有90的焊接时应用CO2气体保护焊完成的。但是焊接飞溅物一直是CO2气体保护焊难以解决的问题。如果在内燃机车燃油箱的制造完成后，燃油箱内残留焊接飞溅物，将导致内燃机车的击破。焊接技术人员一直致力于降低焊接飞溅物的研究。笔者从改变焊接保护气体的角度研究降低焊接飞溅物，分析在保护气体中加入O2对焊接飞溅物及焊缝性能的影响。
　　关键词：气体；焊接飞溅；焊接
　　一、焊接接头金相组织及其分析
　　经观察宏观形貌无论是选用气体A还是气体B，焊接接头层次清晰，成型优良，从焊缝端面宏观形貌观察，接头融合良好，无气孔、夹渣和裂纹等缺陷。
　　观察焊接接头微观组织无论选用气体A还是气体B，焊缝金属组织呈明显的柱状晶形态，主要由数量较多的先共析铁素体、一定数量的针状铁素体和粒状贝氏体组成。晶粒区晶粒较为粗大，其组织特征为，较多的先共析铁素体，侧板条铁素体、珠光体和粒状贝氏体。该区域晶粒粗大是由于焊接过程中加热温度高，金属处于过热状态，一些高熔点化合物熔入奥氏体，因此奥氏体晶粒发生长大，冷却后主要得到粗大的铁素体和珠光体，甚至在热输入过高或高温停留时间长时出现魏氏体组织。细晶区主要由细晶铁素体和珠光体组成。
　　二、焊接接头机械性能试验结果及分析
　　（一）焊接接头硬度试验结果及分析
　　通过焊接接头硬度HV10的测试结果得出，比较接头各区域的硬度及其分布规律可发现，接头的硬度峰值在HAZ高进熔合线的部位，HAZ的平均硬度较高，其次是焊缝，母材的平均硬度值最低；从硬度均值比较分析发现，接头面层的硬度大于底层的硬度，这是由于底层焊缝受到后续焊接余热作用的原因。无论是选用气体A还是气体B，焊接接头各区的硬度值相差不大，硬度值峰值出现在近熔合线附近，满足ISO156141标准允许的最大硬度值得要求，焊接性能良好。
　　（二）焊接接头拉伸试验结果及分析
　　参照ISO41362011钢熔化焊接头拉伸试验标准规定〔2〕，加工拉伸试样，在WESW600B液压式万能试验机上测定接头的抗拉强度。观察拉伸试验样件得到，试件断裂前有较为明显的塑性变形，断裂位置在远离焊缝的母材处，与拉伸轴呈45，是典型的切断型断裂，断口宏观形貌有明显的纤维区、放射区和剪切唇，剪切唇表面光滑。拉伸试验结果表明，气体A和气体B，拉伸试样的断裂位置均为远离焊缝的母材，所以在静载条件下，焊接接头不是薄弱环节。
　　（三）焊接接头弯曲试验结果及分析
　　参照ISO51732009焊接接头弯曲试验标准规定〔3〕，在WESW600B液压式万能试验机上进行弯曲试验，评定焊缝的塑性，弯曲试样包括2个正弯试样和2个背弯试样。
　　焊接接头试样弯曲试验结果表明。无论气体A还是气体B，试样的弯曲角度达到180时，在弯曲受拉面无裂纹，焊缝均呈现了良好的塑性。
　　注：T合格，弯曲180时受拉面无裂纹或有在任何方向上小于3mm长的裂纹
　　（四）焊接接头冲击试验结果及分析
　　用JXB300型冲击试验机，参照ISO90162008焊接接头冲击试验方法标准的规定〔4〕，进行接头2种状态40冲击功的测定，分析了焊接接头冲击韧性的影响因素。冲击试样取焊缝、熔合区、热影响区和母材4个部位，焊缝、熔合区和热影响区V型缺口位置、尺寸。
　　焊接接头冲击试验结果表明。选用气体A和气体B进行焊接，焊接接头40的冲击功均大于Q345E钢母材规定的容许值47J。
　　三、结论
　　（一）用二元气体和三元气体进行焊接试验及评定，焊接接头熔合良好，无焊接缺陷，在焊接成型方面，相对于传统的富氩二元混合气（80Ar20CO2），用富氧的三元混合保护气体（ArCO2O2）进行焊接，焊缝表面成型较为平滑、美观。
　　（二）在多层焊工艺条件下，焊接接头的组织是不均匀的：面层的组织呈较为粗大的柱状晶形态，多为铁素体（先共析铁素体、针状铁素体、侧板条铁素体）和少量粒状贝氏体组织，底层焊缝为较为细小、均匀的块状铁素体和珠光体组织；熔合区和过热区组织主要为先共析铁素体、较多的珠光体和一定量的粒状贝氏体。
　　（三）无论使用二元气体，还是选用三元气体，焊接接头的静载拉伸试样均断裂在远离焊缝的母材处，呈典型的切断特性，为塑性断裂，；焊接接头塑性良好，正弯和背弯角度均达到180，没出现任何裂纹。
　　（四）无论使用三元混合保护气，还是使用二元混合保护气，焊接接头的硬度相差不大，硬度值HV10均满足ISO156141标准的要求，焊接性能良好。
　　（五）焊接热影响区HAZ的冲击功值明显高于焊缝金属WM，表明焊接接头中HAZ的韧性较好；三元气焊缝金属的低温（40）冲击韧性略高于二元气焊缝金属的低温冲击韧。
　　参考文献：
　　〔1〕ENISO156141。金属材料焊接工艺规程及评定第一部分：钢的电弧焊和气焊、镍及镍合金的电弧焊〔S〕，2004。
　　〔2〕ENISO4136。钢熔化焊接头拉伸试验〔S〕，2011。
　　〔3〕ENISO5173。焊接接头弯曲试验〔S〕，2009。
　　〔4〕ENISO9016。焊接接头冲击试验方法〔S〕，2008。