SHAP400热轧钢焊接接头性能

1、SHAP400 热轧钢焊接接头性能SAHP400 热轧钢具有较高的强度、 良好焊接性及综合性能等， 常用于制造汽车大梁、 车轮等 汽车结构件。车架是汽车承载的受力支架，相当于骨骼对于人体一样，完整并有序连接的骨 骼才能满足人们的正常运动需求，同理车架的完整和满足一定的刚度、强度等力学性能要求 才能使汽车正常服役。车架的好坏影响着汽车的使用性能、安全性能以及汽车能否稳定的运 行。近些年 SUV 车以其优越的承载性能和综合实用性能，越来越受到广大民众的欢迎，所以 现代的消费需求对汽车的综合使用性能提出了更高的要求。 常见的 SUV 车及轻卡的车架由两 侧的两根槽型纵梁及七根横梁焊接而成，车架的焊接

2、有几百处焊接接头，焊接在车架的连接 过程中起着相当重要的作用。SAHP400热轧钢作为汽车车架材料对于焊接技术有着非常关键的作用。而C02焊因具有良好的焊接性、可控性及合理的经济效益性等特点，满足现代生产的要求。另外，与传统 的手工电弧焊等焊接方法相比，具有焊接速度快、经济性好、节省成本等优点，是焊接车架 构件的理想方法。SAHP400 热轧钢采用 C02 焊工艺方面前期已做了相关研究，但较理想接头强度下的焊缝组 织及性能尚不明确。为此，本文通过研究SAHP400热轧钢C02焊接头显微组织结构及性能， 为 SAHP400 热轧钢实际车架构件焊接生产提供理论指导。1 试验材料与方法试验材料选用汽

3、车结构用的 SAHP400热轧钢，尺寸为150mm 100mm 3mm。其化学成 分如表 1 所示。焊丝型号ER50-6,直径1.2mm焊丝化学成分如表2所示。焊接设备为日本松下公司生产的 C02 气体保护焊机器人，机器人型号为 YA-1 UAR81 C02。最大搬运质量18kg，最大工作距离1796mm。焊接电源型号为 YD-350FR。焊前采用酒精清洗材料表面，并用丙酮清洗去除材料杂质，以保证焊接面光滑整洁。焊接时保护气体CO2流量保持18L/min不变，电流极性为直流反接，焊接电压为380V。焊后观察焊缝表面成形，并制备金相试样。制备金相后采用4%的硝酸酒精溶液腐蚀焊缝。采用MR5000

4、 的金相显微镜观察焊缝显微组织结构。采用设备为 WDW-100 型万能拉伸试验机进 行拉伸，测试接头抗拉强度。通过 WT-401MVD 型显微硬度计测量焊缝截面显微硬度。采用 扫描电镜观察焊缝断口形貌。采用能谱测试分析焊缝化学成分。根据前期试验，焊接速度变化范围为5065cm/min;焊接电流在170180A范围内变化 时，发现当焊接电流为175A，焊接速度为50cm/min时，接头抗拉强度最高，可以达到471MPa。2 试验结果与分析2.1 接头的微观组织特征图1所示是焊接电流为175A，焊接速度为50cm/min时焊缝不同区域组织。图1 (a)、(b) 和(c)分别为焊缝母材显微组织、细晶

5、区组织以及熔合区组织。从图1 (a)、(b)和(c) 可以看出，SAHP400热轧钢母材为白色铁素体和少量黑色珠光体，而接头热影响区的细晶区晶粒明显细化，由原来的粒状铁素体变为针状铁素体。熔合区晶粒明显粗大。由于熔 合区靠近焊缝，温度较高，部分晶粒明显长大，形成长条状铁素体。图1 (d)、(0和(f)分别为 SHAP400 热轧钢焊缝顶部区域显微组织、焊缝中心区组织以及焊缝底部组织。由图 1(d) 可看出，焊缝顶部区域铁素体明显长大，呈等轴树枝晶向下生长。由于焊缝顶部区域加热速度最快，在一定的高温停留时间下，晶粒逐渐长大，且向下生长。由图1 (e)焊缝中心区域组织可看出，焊缝中心晶粒明显长大，

6、且呈等轴晶状，同时焊缝中心也有少量黑色珠光 体。而焊缝底部区域由于散热速度较快，侧板条铁素体含量明显增多。这是由于焊接热循环的冷却条件对奥氏体晶界析出晶界铁素体的量有较大影响，在其他条件一定时，焊缝底部温 度相对于焊缝中心区域要低，且散热快。使得高温停留时间减少，同时使冷却速度加快，晶 粒来不及长大，从而形成更多的侧板条铁素体。由此可见，SHAP400热轧钢接头主要由粒状铁素体、侧板条状铁素体、长条状铁素体、 珠光体以及少量的针状铁素体组成。焊缝顶部晶粒由上向下生长，焊缝中心晶粒明显长大， 形成等轴晶；焊缝底部区域为侧板条铁素体。(JMmr0.141 E0L031.-12ft2Wt%MiFir

7、GmODHW 11? J5W.gr.13DJH$ 1It aLvtft rtt KhWwMi llr2.2 焊接接头显微硬度分析图2为焊接电流175A，焊接速度50cm/min时，母材、焊缝及热影响区的接头显微硬度 值。从图2中可看出，SAHP400热轧钢母材平均显微硬度值大约为 170HV;热影响区平均显 微硬度值约为220HV;焊缝平均显微硬度值约为262HV。由此可见，焊缝显微硬度值高于母 材和热影响区。母材瘗廊响页 岀灘上图2 nH.烬縫及綴影响区接 翌幕口 et由接头显微组织可知，焊缝显微组织主要为侧板条铁素体、针状铁素体、长条状铁素体 以及珠光体，且焊缝顶部铁素体呈树枝晶生长。焊缝

8、组织较母材明显细化。另外，不同形态 的铁素体在焊缝中生长方向不一，晶界更加致密。而晶粒细化和致密的晶界导致焊缝硬度值 提高。热影响区虽然有细晶区，但细晶区为热影响区的一小部分，且部分晶粒在热的作用下 发生溶解，晶界致密度要低于焊缝区，所以热影响区硬度低于焊缝区组织。由于母材中晶粒 分布均匀，且位错减少，硬度要低于热影响区。2.3 接头拉伸断口分析图3所示工艺参数为焊接电流175A，焊接速度50cm/min时的SAHP400热轧钢接头拉 伸断口。图4为图3的M区放大及分区。由图3及图4 (a)可看出接头断口不平整，呈 45 角断裂。图4 (b)为图4(a)的A区放大。从图中可看出，断口区为蜂窝状

9、，且有明显的 撕裂痕迹。图4 (c)和图4 (d)分别为图4 (b)中B区和C区放大，从图中可看出，断口 端面呈现韧窝状，韧窝较大，均匀分布整个区域，呈韧性断裂，说明断口处韧性较好。由图 4 (c)可看出，韧窝里面能够清晰的看到颗粒状物质，对其进行能谱测试，测试结果如图5所示。结果发现该颗粒状含有 C、O和Fe三种元素，其中C原子含量为19.08%, O原子量 为24.25%, Fe含量为56.67%。原始SAHP400热轧钢母材和ER50-6焊丝中没有O元素存在， 且C含量V 0.14%，而断口处C元素和O元素明显增加。分析认为，在焊接过程中CO2会与 ER50-6焊丝中Si等元素会发生如下冶金反应：Si+CO2=SiO2+C形成的SiO2和C,使得焊缝中O和C增多。在拉伸过程中硬质相 SiO2分布在焊缝的 内部，当接头受到拉力作用，这些相的存在会阻碍位移的进行，拉力进一步加大，粒子相周 围会出现一些微小的裂纹。随着裂纹的延展和聚集，在拉力的作用下弥散粒子四周与周围分 开产生韧窝。(討断【I形貌;(bA区放大;(c)B区放人；(dC区放大 图4接头断口形貌及分区3 结束语3.1 SHAP400热轧钢焊接接头主要由粒状铁素体、侧板条状铁素体、长条状铁素体、珠光体以及少量 的针状铁素体组成。焊缝顶部长条状铁素体