焊接接头的力学性能
出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第489页（3612字）
1．高强度结构钢
手弧焊和气体保护焊条件下，HQ60钢和HQ70钢焊缝金属和焊接接头的力学性能见表2－3－42。
表2－3－42 HQ60钢焊缝金属和焊接接头的力学性能［6，8］
注：表中数据为焊后状态的试验平均值。
焊接试板厚度为20mm，焊接接头处开单面V形坡口。手弧焊时采用的E6015H、E7015G焊条，直径为4mm；气体保护焊采用的GHS－60N、GHS－70焊丝，直径为1．6mm，采用80%Ar+20%CO2混合气体保护。焊缝金属面弯(D=3a)180°未裂，板厚20mm和40mm的焊接接头面弯(D=3a)180°均未裂。
无论是手弧焊还是气体保护焊，HQ60钢焊缝组织均为针状铁素体+块状铁素体(有少量先共析铁素体)；焊接热影响区是下贝氏体+低碳板条马氏体。对焊缝及热影响区的冲击断口进行了分析，发现焊缝和热影响区均为韧窝状断口，具有良好的塑韧性。
在室温下HQ60钢焊接接头保持了较高的冲击韧性，时效敏感系数约40%；在－20℃以下时，时效敏感系数明显提高，可达60%～80%。应注意的是，HQ60钢有一定的回火脆性，特别是在300℃附近，第一类回火脆性较为明显。因此，应避免在250～450℃第一类回火脆性区进行回火处理。
HQ70钢焊接热影响区具有较明显的再热脆化倾向，其敏感温度区间为600～650℃。对HQ70钢实际焊接接头焊后经过600～650℃消除应力处理后的硬度测量，也显示出焊接热影响区粗晶区有二次硬化现象。因此，HQ70钢焊接结构制造中需要进行焊后热处理时，在选择温度时应避开600～650℃的敏感温度区间。
14MnMoNbB钢手弧焊和埋弧焊焊缝金属和焊接接头的力学性能见表2－3－43。焊后状态的热影响区冲击试样缺口开在熔合区外0．5mm处。
表2－3－43 14MnMoNbB钢焊缝金属和焊接接头的力学性能
注：表中数据为焊后状态的试验平均值，焊丝直径4mm。
HQ80C钢气体保护焊(MAG)焊接接头的力学性能见表2－3－44。焊丝(GHQ－80)直径1．6mm，采用80%Ar+20%CO2混合气体保护多层焊，试板厚度20mm，焊接线能量20kJ／cm，层间温度约100℃。HQ80C钢气体保护焊焊缝及热影响区各部位的硬度见表2－3－45。
表2－3－44 HQ80C钢气保焊(MAG)焊接接头的力学性能
注：括号中的数据为试验平均值。
表2－3－45 HQ80C钢气体保护焊焊接接头各部位硬度值
注：CGHAZ为热影响区粗晶区，FGHAZ为热影响区细晶区。
2．高强度耐磨钢
HQ100钢焊缝金属和焊接接头的力学性能见表2－3－46。
表2－3－46 HQ100钢焊缝金属和焊接接头的力学性能
手工电弧焊和气体保护焊条件下，HQ100钢焊接接头的力学性能见表2－3－47，采用的是厚度20mm的调质钢板，试板尺寸为400mm×400mm×20mm，对接接头处开60°单面V形坡口。手弧焊时采用E9516(J956)焊条，直流反接，预热和层间温度为100℃，焊接线能量为17．2kJ／cm。气体保护焊用GHQ－100焊丝，80%Ar+20%CO2气体保护，焊接线能量为16．4kJ／cm，预热和层间温度为100℃。
表2－3－47 HQ100钢手弧焊和气保焊焊接接头区的力学性能
注：括号中的数据为试验平均值。
低碳调质高强度耐磨钢焊接中，为了保证焊接区的抗裂性和韧性要求，有时不得不牺牲一些强度而保证工艺焊接性。这种情况下可以选用“低强匹配”焊接材料在不预热条件下进行焊接。但是，采用“低强匹配”焊材获得的焊缝金属强韧性如何，可否满足使用要求，必须通过实验来进行考察。
低碳调质高强度耐磨钢焊缝金属有害的脆化元素是S、P、N、O、H，必须加以限制。强度级别越高的焊缝，对这些杂质的限制越要严格。铁素体化元素对焊缝韧性有不利影响，除了Mo在很窄的含量范围内(约0．3%～0．5%)有较好的作用外，其余铁素体化元素均在强化焊缝的同时恶化韧性，V、Ti、Nb的作用最明显。奥氏体化元素中C对韧性最为不利，Mn、Ni则在相当大的含量范围内有利于改善焊缝韧性。
HQ130+QJ63高强钢焊接接头区域的硬度分布见图2－3－1，表明HQ130钢侧和QJ63钢侧的热影响区均存在淬硬区和软化区。但热影响区软化区的硬度仍高于焊缝金属的硬度(因焊缝采用“低强匹配”焊材)。
图2－3－1 HQ130+QJ63高强钢焊接区域硬度分布［6］
3．高强度高韧性钢
不同热处理制度下12Ni3CrMoV钢焊缝金属的力学性能见表2－3－48。与正火状态相比，调质状态下焊缝金属的塑性和韧性明显提高，并且随着回火温度的提高，强度性能下降，塑性韧性逐渐提高。正火+回火处理对焊缝金属韧性影响不大，仍处在很低的水平上。12Ni3CrMoV钢焊态下的焊缝组织为粒状贝氏体和针状铁素体的混合组织。
表2－3－48 12Ni3CrMoV钢不同热处理制度下焊缝金属的力学性能
与12Ni3CrMoV钢相对比，10Ni5CrMoV钢在抗拉强度增加约200MPa的前提下，冲击转变特性仍保持与12Ni3CrMoV钢相一致，显示出良好的强韧性匹配。即使是80mm厚板，其韧脆转变特性仍保持与35mm厚的12Ni3CrMoV钢相当，充分显示了10Ni5CrMoV钢良好的厚板适应性。10Ni5CrMoV钢具有很低的脆性转变温度，16～80mm厚度各种规格钢板脆性转变温度均小于－40℃，零脆性转变温度均小于－120℃。
10Ni5CrMoV钢插销试样断口观察结果见表2－3－49。不预热焊接时，不论焊条经过350℃或450℃烘干，断口均以结晶状为主，包括氢致准解理断口和沿晶断口等；预热50℃时，断口中绝大部分为纤维状断口，即韧窝状断口，只有少量结晶状断口。
表2－3－49 10Ni5CrMoV钢插销试样断口观察结果［6］
采用J840焊条，在焊接线能量为15～18kJ／cm，预热温度100～130℃条件下，10Ni5CrMoV钢焊缝金属的力学性能试验结果列于表2－3－50。
表2－3－50 10Ni5CrMoV钢焊缝金属的力学性能试验结果
注：括号中的数据是试验平均值。
10Ni5CrMoV钢是焊接性能良好的低碳调质高强度高韧性钢，主要用于船舶、压力容器和海军舰艇制造。从应用情况看，这种钢焊接的技术重点是提高焊缝和热影响区的韧性和抗裂性能，以保证焊接结构的安全性。从焊材角度，提高韧性的主要措施有采用真空冶炼的焊芯、降低硫、磷、氧、氮、氢等杂质含量，选用06MnNi3CrMo系焊缝成分；改善焊缝抗裂性的主要措施是采用超低氢焊条，降低熔敷金属中的扩散氢含量。