焊缝金属晶相组织的晶粒度的大小,对金属材料冲击韧性(冲击功)有显著的影响。如果晶粒粗大,则冲击功数值急剧下降。
晶相组织中晶粒粗大,会增加材料晶相组织内部的缺陷和应力集中,使得裂纹以晶粒尖端为扩展源,沿着较大的晶粒之间的边界扩展,从而导致金属材料在较低的冲击能量下就发生破坏。
焊缝金属晶粒度的大小,由金属材料化学成分、熔覆金属化学成分、焊接热输入与冷却速度等主要原因决定。
以钢结构焊接生产中最常见的20mm厚度Q355钢板的121埋弧焊为例,分别选取H10Mn2焊丝与SJ101, SJ102, HJ431 三种焊剂的组合,使用较低热输入线能量(2.5KJ/mm以下)时,冲击功普遍较高(平均值50J ~100 J); 若使用较高热输入线能量(4.2KJ/mm以上)时,冲击功普遍较低(平均值10J ~ 20 J)。
分析得知,以上三种焊剂的化学成分(碱度)不同,对于熔池金属除氢效果有差异。但是这种差异,远远弱于晶粒度对冲击功影响。因为选取较高热输入线能量时,高的热输入与高焊接速度组合作用,使熔池冷却速度加快,焊缝融合处的晶粒粗大,从而导致冲击功较低。
除了晶粒度对冲击功有影响之外,材料自身的化学成分、轧制性能、焊接工艺、热处理因素对冲击功都有影响。
如上述121埋弧焊工艺过程中,如果没有严格执行焊剂预热规范,熔池中熔覆金属氢含量超标,导致焊缝中产生气孔、裂纹等缺欠,冲击韧性极差,相关案例中的冲击功值仅为1.4J,远远低于标准规定的47J的下限要求。
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