混合气体保护焊对焊缝金属组织与性能的影响于彦东，杨亚君（哈尔滨科学技术大学）（哈尔滨电表 仪器厂）摘要通过改变Ａｒ／ＣＯ＿２
混合气体配比，对Ａ３，１６Ｍｎ钢焊缝金属组织与性能的 影响进行了研究，并得出相应的一些规律。关键词Ａｒ／ＣＯ＿２混合气体保护焊，焊缝机械性能 ，金属组织分类号ＴＧ４４４．７７ＴＧ１１３．１混合气体配比为８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ＿２ 时称为富氩混合气体。用富氩混合体作为保护气体，无论是焊接工艺性，还是焊接接头机械性能， 均不亚于熔化极氩弧焊，但富氩混合气体中氩气比例很高，与二氧化碳保护焊相比，大大提高了焊 接成本，如用来焊接不锈钢或高合金结构钢还具有一定的经济件，而焊接Ａ３和１６Ｍｎ等结构钢 、就不甚合理，为了既能提高焊接质量，又能将混合气体成本降到最低，应选用合适的混合配比． 本文采用不同混合气体配比、不同焊接工艺参数，对Ａ３和１６Ｍｎ钢进行了一系列焊接试验，得 出了Ａｒ／ＣＯ＿２混合比对焊缝机械性能和金属组织影响的有关规律。１试验装置和方法１．１ 试验装置和材料选用试验装置包括ＣＰＺＸ—５００型半自动气体保护焊机，自动行走小车，ＱＰ —１型气体配比器，ＬＺＢ—１０型转子流量计，Ａｒ和ＣＯ＿２气瓶。试验材料为１４ｍｍ厚的 低碳钢Ａ３和１６ｍｍ厚的低合金钢１６Ｍｎ，焊丝选用镀铜的Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ，直径１．２ ｍｍ，Ａ３，１６Ｍｎ和焊丝的化学成分见表１．试板尺寸为４００ｍｍ×１００ｍｍ，每块都要 加工成３０°坡口，将两块试板对接形成６０°坡口。背面垫板厚４ｍｍ；宽３０ｍｍ，垫板在点 固之前表面要除锈。１．２焊接工艺参数的选择及焊接过程选用适合全位置焊接的短路过渡的工艺 参数，焊接接头性能试板，焊接电流为２０Ａ，电弧电压为２２Ｖ气体流量为１．６ｍ￣３／ｈ， 焊接速度为２５０～３５０ｍｍ／ｍｉｎ混合气体选用８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ＿２，７０％Ａｒ ＋３０％ＣＯ＿２，６Ｏ％Ａｒ＋４０％ＣＯ＿２，５０％Ａｒ＋５Ｏ％ＣＯ＿２，４Ｏ％Ａｒ＋ ６０％ＣＯ＿２，２０％Ａｒ＋８０％ＣＯ＿２，１００％ＣＯ＿２７种不同配比．每道焊完都要 清渣，层间温度控制在２００℃以下。每块试板大约焊７～８道，３～４层，底层焊接速度稍快， 表层稍慢。１．３试样截取及试验方法将上述试验试板按图１所示截取。每块试板上取接头拉伸和 弯曲试样各３个，其余均为冲击试样，拉伸和弯曲试验按ＧＢ２６５１－８１《焊接接头拉伸试验 法》和ＧＢ２６５３－８１《焊接接头弯曲及压扁试验法》规定进行，冲击试验按ＧＢ２６５０－ ８１《焊接接头冲击试验法》进行。冲击试验温度分别为：常温，Ｏ℃，－２０℃，－４０℃每一 温度的冲击功取３个冲击试样的平均值。２试验结果及分析时混合气体７种配比，Ａ３和１６Ｍｎ 两种母材对接焊接接头进行性能试验，焊后先进行外观检查，对认为有缺陷的试板进行Ｘ射线无损 检验。外观检查表明：焊缝表面均匀一致、无咬边、气孔、夹渣等缺陷，Ｘ射线探伤结果均达Ⅱ级 片，然后取样进行机械性能试验。２．１气体配比对焊接接头拉伸和弯曲的影响试验后，拉伸试样 绝大多数断于母材，弯曲试样大多数弯到１８０°无裂纹，只个别试样因有小缺陷而断于焊缝、开 裂，可见，混合气体配比对Ａ３钢和１６Ｍｎ钢接头抗拉强度和冷弯性能影响不大。２．２气体配 比对焊缝金属冲击韧性的影响试验结果表明：对于Ａ３钢，同一温度下，随氩气含量的增加，冲击 韧性有明显增加（见图２），而１６Ｍｎ钢对冲击韧性的影响并不显著，原因是，混合气体配比不 同，焊缝金属化学成分发生了变化。从表２看到：随着氩气含量的降低，焊缝金属中含氧量增加， 含碳量也增加，Ｓｉ，Ｍｎ元素含量降低。因为随着氩气含量的降低，电弧的氧化性气氛增加，因 而焊缝金属含氧量增加，Ｓｉ，Ｍｎ烧损，由于氧在焊缝金属的溶解度小，几乎全部以氧化物形式 存在，如ＭｎＯ，ＳｉＯ＿２等，并且往往形成复合的氧化物或硅酸盐，这些非金属夹杂物越多， 焊缝金属的冲击韧性越差。由图２可见，混合气体的氩气含量越小，即氧化性越强，则冲击韧性越 差，当氩气含量在２Ｏ％时，已基本不起作用。另外，从焊缝的金相组织来看，随着氩气含量的增 加，细小的针状铁素体增加，晶粒较细．而粒状贝氏体减少，如图３所示。保护气体中氩气含量低 于２０％或纯ＣＯ＿２焊时，细小针状铁素体减小，贝氏体增加。针状铁素体的综合机械性能良好 ，而粒状贝氏体机械性能不好，因为针状铁素体晶粒间位错密度较好，互相间没有明确的位向。以 夹杂物为核心．呈放射状生长，而不出现板条组织，因此。韧性随着针状铁素体含量的增加而提高 ，而粒状贝氏体组织中，由于在马氏体——奥氏体组织中碳浓度高，尤其是贝氏体分布在晶界附近 ，起着应力集中源的作用，它的界面易形成微裂纹，而成为焊缝金属中脆性断裂的萌发处，因此粒 状贝氏体多，使冲击韧性变差。从断裂途径分析：针状铁素体韧性高的原因是裂纹的扩展，是消耗 能量的过程，针状铁素体的晶界为大角度晶界，每个晶界都对裂纹扩展起阻碍作用，由于晶粒细， 晶界多，晶粒中的位错密度较高，相互间没有明确的位向，所以纹裂扩展途径非常曲折，扩展需要 更多的能量，则表现为较好的韧性，裂纹在粒状贝氏体中扩展时，路径平直，受到的阻力小，扩展 需要的能量少，则表现出较差的韧性。所以，随着氩气含量的增多，抑制了粒状贝氏体的长大，而 细小的针状铁素体增加，组织细化，从而提高了焊缝金属的冲击韧性。３结束语采用Ａｒ＋ＣＯ＿ ２混合气体保护焊焊接Ａ３，１６Ｍｎ钢，焊接接头拉伸、冷弯性能均不低于母材、与ＣＯ＿２焊 接时相似，而焊缝冲击韧性却明显优于ＣＯ＿２焊接，尤其是对于Ａ３钢，随着混合气体中氩气比 例增加，冲击韧性明显提高，但氩气含量需达到一定值时，才有效果，本试验条件下，氩气比例应 大于２０％。参考文献｜｜１ＷａｎｇＳｈｙｉ—ｃｈｉｎＭａｔｅｒＳｃｉａｎｄＥｎｇ１９９ １，１４５Ａ（１）：８７～９４２许立坤等，低碳Ｍｎ－Ｎｂ－Ｔｉ钢中的粒状贝氏体组织，机 械工程材料，１９９０，（５）ＥｆｆｅｃｔｏｆＳｈｉｅｌｄｉｎｇＧａｓＭｉｘｔｕｒｅｏｎ ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＷｅｌｄＭｅｔａｌ￥ＹｕＹ ａｎｄｏｎｇ；ＹａｎｇＹａｊｕｎＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｈａｓｓｔｕｄｉ ｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｈａｎｇｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆＡｒ／ＣＯ＿２ｇａｓｍｉ ｘｔｕｒｅｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＷｅｌｄｅｄｍ ｅｔａｌｏｆＡ３ａｎｄ１６Ｍｎｓｔｅｅｌ，Ｔｈｅｂａｓｉｃｌａｗｏｆｒｅｌｅｖａｎｃｅ ｈａｓｂｅｅｎｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ＫｅｖｗｏｒｄｓＡｒ／ＣＯ＿２ｇａｓｍｉｘｔｕｒｅ ，ｗｅｌｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ混合气体保护焊对焊缝金属组织与性能的 影响@于彦东，杨亚君$哈尔滨科学技术大学,哈尔滨电表仪器厂Ａｒ／ＣＯ＿２混合气体保护焊 ，焊缝机械性能，金属组织通过改变Ａｒ／ＣＯ＿２混合气体配比，对Ａ３，１６Ｍｎ钢焊缝金属 组织与性能的影响进行了研究，并得出相应的一些规律。１ＷａｎｇＳｈｙｉ—ｃｈｉｎＭａｔｅ ｒＳｃｉａｎｄＥｎｇ１９９１，１４５Ａ（１）：８７～９４２许立坤等，低碳Ｍｎ－Ｎｂ－Ｔ ｉ钢中的粒状贝氏体组织，机械工程材料，１９９０，（５）每个晶界都对裂纹扩展起阻碍作用， 由于晶粒细，晶界多，晶粒中的位错密度较高，相互间没有明确的位向，所以纹裂扩展途径非常曲 折，扩展需要更多的能量，则表现为较好的韧性，裂纹在粒状贝氏体中扩展时，路径平直，受到的 阻力小，扩展需要的能量少，则表现出较差的韧性。所以，随着氩气含量的增多，抑制了粒状贝氏 体的长大，而细小的针状铁素体增加，组织细化，从而提高了焊缝金属的冲击韧性。３结束语采用 Ａｒ＋ＣＯ＿２混合气体保护焊焊接Ａ３，１６Ｍｎ钢，焊接接头拉伸、冷弯性能均不低于母材、 与ＣＯ＿２焊接时相似，而焊缝冲击韧性却明显优于ＣＯ＿２焊接，尤其是对于Ａ３钢，随着混合 气体中氩气比例增加，冲击韧性明显提高，但氩气含量需达到一定值时，才有效果，本试验条件下 ，氩气比例应大于２０％。参考文献｜｜１ＷａｎｇＳｈｙｉ—ｃｈｉｎＭａｔｅｒＳｃｉａｎｄ Ｅｎｇ１９９１，１４５Ａ（１）：８７～９４２许立坤等，低碳Ｍｎ－Ｎｂ－Ｔｉ钢中的粒状贝 氏体组织，机械工程材料，１９９０，（５）ＥｆｆｅｃｔｏｆＳｈｉｅｌｄｉｎｇＧａｓＭｉｘ ｔｕｒｅｏｎＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＷｅｌｄＭｅｔ ａｌ￥ＹｕＹａｎｄｏｎｇ；ＹａｎｇＹａｊｕｎＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｈａ ｓｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｈａｎｇｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆＡｒ／ＣＯ＿ ２ｇａｓｍｉｘｔｕｒｅｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＷ ｅｌｄｅｄｍｅｔａｌｏｆＡ３ａｎｄ１６Ｍｎｓｔｅｅｌ，Ｔｈｅｂａｓｉｃｌａｗｏｆｒｅｌ ｅｖａｎｃｅｈａｓｂｅｅｎｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ＫｅｖｗｏｒｄｓＡｒ／ＣＯ＿２ｇａｓｍ ｉｘｔｕｒｅ，ｗｅｌｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ混合气体保护焊对焊缝金属 组织与性能的影响@于彦东，杨亚君$哈尔滨科学技术大学,哈尔滨电表仪器厂Ａｒ／ＣＯ＿２混 合气体保护焊，焊缝机械性能，金属组织通过改变Ａｒ／ＣＯ＿２混合气体配比，对Ａ３，１６Ｍｎ钢焊缝金属组织与性能的影响进行了研究，并得出相应的一些规律。１ＷａｎｇＳｈｙｉ—ｃｈｉｎＭａｔｅｒＳｃｉａｎｄＥｎｇ１９９１，１４５Ａ（１）：８７～９４２许立坤等，低碳Ｍｎ－Ｎｂ－Ｔｉ钢中的粒状贝氏体组织，机械工程材料，１９９０，（５）
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