Page 103 - 机械工程材料2025年第三期

郭广飞，等：热输入对低温高锰钢焊接接头组织和性能的影响

黑白相间的带状组织，晶粒大小不均，尺寸分布在 司研发的CHW-SMn埋弧焊丝，直径为3.2 mm，配
20~60 μm；焊材为四川大西洋焊接材料股份有限公 套CHF610焊剂。 母材及焊材的化学成分如表1所示。

表1 母材及焊材的化学成分
Table 1 Chemical composition of base material and welding material

质量分数/%
材料
C Si Mn Ni Cr P S Cu Ti V Nb Fe
Q400GMDR高锰钢 0.42 0.23 24.20 0.05 3.12 0.009 0.004 0.41 0.004 0.03 0.014 余
CHW‒SMn埋弧焊丝 0.32 0.45 22.18 3.30 3.10 0.021 0.030 余

焊接前对母材待焊区域进行打磨，直至露出金
属光泽，用丙酮清洗油污，备用。采用MZ-1000R型
埋弧焊焊机进行多层多道焊接，坡口形式及焊接顺序
见图2， 热输入分别为12.0，16.0，20.0 kJ · cm −1 ，对应
的焊接电流、焊接电压和焊接速度组合见表2，层间
温度为80 ℃。
图 3 拉伸试样的形状与尺寸
Fig. 3 Shape and size of tensile specimen
SEM观察拉伸断口形貌。以焊缝为中心截取尺
寸为 210 mm×40 mm×20 mm的弯曲试样，按照
GB/T 2653—2008《焊接接头弯曲试验方法》，采
用SHT4505 型弯曲试验机进行弯曲试验，支辊
距离为 123 mm，压头直径为 80 mm，下压速度为
20 mm · min −1 。按照GB/T 229—2020《金属材料
夏比摆锤冲击试验方法》，采用JBD-300A型低温
图 2 焊接坡口形式及焊接顺序 冲击试验机在−196 ℃下进行夏比摆锤冲击试验，
Fig. 2 Welding groove form and welding sequence
采用尺寸为 55 mm×10 mm×10 mm 的夏比V型
表2 焊接工艺参数 缺口冲击试样，夏比V型缺口轴线垂直于母材表面，
Table 2 Welding process parameters
缺口开在焊缝中心位置；采用SEM观察冲击断口
热输入/ 焊接速度/
焊接电流/A 焊接电压/V 形貌。上述试验均测3个平行试样取平均值。按照
（kJ · cm −1 ） （cm · min −1 ）
GB/T 2654—2008《焊接接头硬度试验方法》，采
12.0 380 29 55
用DVK-1S型维氏硬度计测试表面显微硬度，载荷
16.0 400 30 45
为 1.96 N，保载时间为 10 s，从焊缝中心向母材方
20.0 400 30 36
向每隔0.5 mm取点测试，相同距离处测3个点取平
观察焊缝，确认外观质量合格后进行无损检测， 均值。
在探伤合格的接头上按照NB/T 47016—2023《承
2 试验结果与讨论
压设备产品焊接试件的力学性能检验》要求进行取
样，试样经打磨抛光，用体积分数4%硝酸乙醇溶液 2.1 显微组织
腐蚀后，采用MV6000型光学显微镜观察显微组织， 由图4可知， 不同热输入下焊接接头的焊缝组织
并对晶粒尺寸进行统计。采用ZEISS SUPRA 40型 均为柱状晶+析出相。 当热输入为12.0 kJ · cm −1 时，
扫描电子显微镜（SEM） 观察微观形貌，并用附带的 析出相细小，主要呈球状弥散分布在奥氏体晶界处；
能谱仪（EDS） 进行微区成分分析。 当热输入为16.0 kJ · cm −1 时，近熔合线附近焊缝区
以焊缝为中心制取如图3所示的拉伸试样，按 的析出相颗粒较大；当热输入为20.0 kJ · cm −1 时，
照GB/T 2651—2023《焊接及 相关工艺 试验方 焊缝及热影响区均出现白色析出相。
法 拉伸试验》，在DDL500 型电子万能拉伸试验机 由图5可知：经过多重焊接热循环，热影响区粗
上进行拉伸试验，拉伸速度为 2 mm · min − 1 ；采用 晶区晶粒与母材相比明显长大，并且随着热输入增
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