焊接热输入对低合金高强钢焊接热影响区组织性能的影响

　　将低合金高强钢ASTMA572GR.65钢（以下简称GR.65钢）用于特高压铁塔的制造不仅可以增加铁塔的整体强度，减少钢材的使用量，而且也降低工程的总造价，目前已经越来越多地在使用中。然而，该钢材淬硬倾向较大，硬度较高，焊后产生的裂纹（尤其是冷裂纹）倾向较大，从而影响了铁塔的质量。
　　
　　对于焊接热影响区的研究，诸多文献根据实际的焊接工艺参数，通过焊接热模拟机来生成焊接热影响区试样，这种方法虽然可以将焊接热影响区进行放大，以方便研究，然而也有文献指出焊接热模拟机得到的样本参数和实际焊接中得到的样本参数存在着误差。基于上述考虑，通过采用焊接实验来对GR.65钢焊接热影响区进行研究，通过在不同的预热温度（TP）条件下，研究焊接热输入（E）对其焊接热影响区组织及力学性能的影响，为GR.65钢在特高压焊接塔架焊接中裂纹的控制提供理论与实验参考。
　　
　　实验材料为热轧状态GR.65钢，尺寸为300mm×200mm×10mm，其化学成分（质量分数，%）为：0.203C，0.043Si，1.26Mn，0.006P，0.001S，0.046Nb，0.019Ni，0.012Cr，0.29Al，0.018Cu。采用45°L形坡口，坡口钝边2mm。焊接材料为Φ1.2mm的ER55-G型焊丝。焊接方式为CO2气体保护焊，焊接设备型号为YM-500KR，采用单道对接焊，焊接工艺参数见表1。焊后室温下空冷，之后进行冲击和硬度测试。
　　

试样	电流　 I/A	电压 　　 U/V	焊接速度 　　 　v/（mm·min-1）	预热温度 　　 　　TP/℃	热输入 　　 　　E/（kJ·cm-1）	冷却时间 　　 　　t8/5/s
A	196~197	20	200	110	10	12
B	196~197	20	200	15	10	8
C	390~391	40	200	110	40	216
D	390~391	40	200	15	40	127

　　　
　　GR.65钢在焊接线能量为10kJ/cm时，焊接热影响区的宽度为4mm左右，而40kJ/cm时会达到9mm左右。在不同的焊接线能量输入下，粗晶区的晶粒尺寸相差很大，线能量为40kJ/cm时粗晶区的平均晶粒尺寸几乎是10kJ/cm时的2倍。这说明GR.65钢在大线能量下对奥氏体晶粒的抑制作用是有限的，而在小线能量下，由于Nb（C,N）的钉扎作用，会对奥氏体晶粒长大产生阻碍作用。在小焊接线能量（10kJ/cm）下，焊前预热与不预热相比可以细化板条马氏体、M-A块等淬硬组织，对粗晶区韧性起有利作用；而大线能量（40kJ/cm）下，焊前预热不仅会使粗晶区组织更加粗大，而且更容易产生上贝氏体等力学性能比较差的组织，严重降低粗晶区韧性，在焊接中需要引起注意。