2021年第1
期（总199
期
）CFHI**************一重技术
摘要：使用搅拌摩擦焊方案焊接12mm厚7A09H112铝合金，获得成形良好、无缺陷的焊接接头。对焊接接头
进行微观组织及力学性能测试分析。结果表明：热机影响区晶粒出现扭曲畸变，靠近母材区域的晶粒较粗大，而
靠近焊缝区域的晶粒较为细小；焊接接头的平均抗拉强度为221MPa，达到母材的88%，平均屈服强度为149MPa，达到母材的96%。焊缝金属屈服强度达到409MPa，抗拉强度达到491MPa，均远大于母材本身的屈服强度
和抗拉强度，具有优异的力学性能。焊接接头硬度分布呈现"W"型，但整体低于母材区，硬度最低值出现在热
影响区及热机影响区。
关键词：7A09H112；搅拌摩擦焊；显微组织；力学性能
中图分类号：TG453.9文献标识码：B文章编号：1673-3355（2021）01-0008-04
AnalysisonMicrostructureandMechanicalPropertiesofFSWWeldson7A09H112Aluminium
AlloyMaterialsZhaoJia,LiuWancun,GuSongwei,YuHaidong
Abstract:12mmthick7A09H112aluminiumalloyplatesjointedbythemeansofFrictionStirWeldingTechnique(FSW)havedefect-freeweldswithgoodshape.Theanalysisofthemicrostructureandmechanicalpropertiesoftheweldsreveals
thatthegrainsinthermo-mechanicallyzone(TMAZ)distortandthegrainsneartothebasemetalgrowlargerwhilethe
高频焊缝组织及缺陷分析
本文结合生产实际论述了ERW 焊接时输入热量、挤压力、焊接速度对熔合线宽度热影响区宽度、流线上升角的影响，对焊缝缺陷脆性断口、灰斑、夹杂物提出了见解，另外介绍了母材缺陷分层、夹杂物、带状组织对ERW 焊缝的危害性。
ERW 焊管具有成本低、生产效率高等优点，已成为石油、天然气以及煤炭输送主要选用管，随着ERW 焊管质量的提高有许多国家已用于套管和钻管方面。为确保ERW 焊管的质量，各国都利用本国资源泉，从冶金质量和所轧制工艺提高焊管钢钟等级，采用各种焊接方式来保证焊缝质量，以满足钢管在高压防腐等方面的需求。由于高频焊接时热量集中，焊缝很窄，再加上没有填充金属，要使接头的强度和韧性高于母材，达到设计要求，所以改麻改善高频焊接接头这个薄弱环节，提高强度和韧性是研究的中心。
1 高频焊缝金相组织
高频焊缝的宏观组织是由腰鼓形、熔合线和金属流线组成。
1．1 腰鼓形
腰鼓形实际上是高频焊缝的热影响区。它可以判定焊接规范的大小、要腰鼓形的宽窄焊接时输入热量大小有关，一般认变输入热量大小有关，一般认为输入热量愈大，腰鼓形愈窄，输入量愈小，腰鼓形愈窄，当输入热量一定时焊接速度愈慢，腰鼓形变窄，速度愈快，腰鼓愈窄。图1 是理想的腰鼓形。合理的腰鼓形为带钢厚度中心部分的热影响区宽度是板厚的四分之一到三分之一，它是用来控制输入量大小的判据。图2是较宽的腰鼓形。
1．2 亮线
亮线也称熔合线焊合线，它是焊接时被加热到高温时脱碳，表面的炭被烧损或者是富炭的液相被挤出。熔合线的宽窄是烛接时输入热量大小和成型挤压量的大小重要指标，是影
响焊管质量的重要因素。熔合线的宽窄世界各国没有统一的标准，一般为内近控标准，例如新日铁规定0.02-0.2mm,川崎要求小于0.1mm，原联邦德国规定0.02-0.12mm。我国资料介绍在0.02-0.11mm。有人认为熔合线小于0.02mm时是输入量不足或挤压量太大而产生，见图3，当热量不足时，蚕食状铁素体一般细小，熔合线模糊不清晰。挤压力过大时，流线上升角度大，当熔合线宽度大于0.12mm时，如图4所示，说明输入热量大或者焊接速度慢，脱炭愈严重，使焊缝强度下降，这时的片状铁素体和片状珠光体及魏氏组织较粗大。
现代制造技术与装备1202019第6期 总第271期
焊接过程中的温度分布不均，容易导致产生焊接残余
应力。焊接残余应力超过屈服强度时，焊接工件产生变形；
当超过该温度下的抗拉强度时，产生裂纹。目前采用有限
元法能够准确计算和预测焊后残余应力及分布，加拿大的Chididc等人分析了超声冲击处理对厚板焊接残余应力的影
响；汪建华等分析了焊接热循环及残余应力的研究现状，
并结合现有研究基础，给出了改进数值模拟计算精度的可
行方法。
残余应力的测试方法及装备日趋成熟，主要包括盲孔
法、X射线方法、中子衍射法以及压痕法等。J Mathar在1934年首先提出盲孔法测量残余应力，后经长期不断改进
和完善，目前已成为广泛应用的残余应力测量方法之一。
本文基于焊接过程中的热传导基本定律及热弹塑性理论，
模拟Q345R焊接过程中的温度场分布特性；并以此为载荷，
计算大型金属装备的焊接残余应力及分布特性，为金属材
料焊接提供理论依据，具有较强的实际工程应用价值。
1 焊接材料及力学特性
材料为Q345R，由两块100mm×100mm×6mm的材
料对接焊；焊接面进行切割处理，得到90°坡口；底部留
有钝边，采用两道焊进行焊接。坡口尺寸如图1所示。
图1 焊接接头示意图选取焊条直径为3.2mm，第一道焊选取焊接电流为110A，第二道焊选取焊接电流为120A；焊接电压一般取
20～30V。首先采用TIG打底焊，并采用相应的气体置换
工艺，将焊缝附近的气体用纯氩气进行置换后焊接；打底
层全部焊接完成后，再焊接盖面层。Q345R的化学成分如表1所示；焊接材料J507的化学成分如表2所示；Q345R
材料的热力学性能如表3所示。
表1 Q345R钢的化学成分元素CSiMnCrMoNiPS含量/%0.20.2470.6040.0520.0060.061≤0.0250.04表2 J507焊条化学成分表成分CSiMnPS质量分/%≤0.120.41.3≤0.04≤0.035表3 Q345R热力学性能参数表温度/℃201002003005007001000传热性（W/（m·℃）53514844363333密度/（kg/m3）7850785078507850785078107810比热容/（J/kg·℃）4614825235576787007002 焊接温度场模拟
焊接电流的大小对焊接接头性能及组织的影响
前 言
埋弧焊是目前工业生产中常用的焊接方法, 由于其
焊缝成形美观、焊接效率较高、节约焊接材料、劳动强度低等优点而
广泛应用于锅炉压力容器生产制造行业。但在实际生产过程中，许多
单位往往通过增大埋弧焊焊接电流来提高生产效率。为此本文通过埋
弧焊在不同焊接电流下对Q345R 钢焊接接头力学性能及组织的影响
分析，来说明焊接电流对对压力容器焊接接头安全性的影响。
1 实验材料及试板准备
试验母材为正火态Q345R钢板，厚度为40mm, 制备焊接试板S1
和S2，其化学成分见表1；显微组织为珠光体（P）+铁素体（F），
见图1。
实验采用的坡口型式为V形，见图2。
埋 弧 焊焊丝为EM13K（Φ4.0mm），
焊剂为CHF101，
试板S1焊接电流为550~600A，
试板S2焊接电流为650~700A，
具体焊接工艺参数见表2。
反面采用碳弧气刨清根，清除未焊透等焊接缺陷，使用打磨机磨掉刨
槽内外的渗碳及氧化层。焊后热处理工艺为（610±10）℃×4hr， 装
炉温度≤400℃，升降温速度≤55℃/hr，试板随炉冷至400℃以下出
炉空冷。
2 实验结果与分析
2.1 焊缝区化学成分检测
焊缝区化学成分按《GB/T4336-2002碳素钢和中低
合金钢火花源原子发射光谱法分析方法》进行，焊缝金属化学成分检
测结果见表3。
