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高强度钢焊接中焊缝组织结构对冲击性能的影响钢材作为一种重要的结构材料，在各个领域都扮演着重要的角色。
在一些特殊的应用中，要求钢材具备高强度和优良的冲击性能，而焊接是常见的加工方式之一。
然而，焊接过程中焊缝的组织结构对钢材的冲击性能有一定影响。
本文旨在探讨高强度钢焊接中焊缝组织结构对冲击性能的具体影响。
1. 引言高强度钢材作为结构材料，在汽车制造、建筑工程等领域具有广泛应用。
然而，在焊接过程中，由于高温和快速冷却等因素的影响，焊缝区的组织结构会发生变化。
这些变化可能会对材料的性能产生重要影响，特别是对冲击性能的影响。
2. 焊接中焊缝组织结构的变化在焊接过程中，由于局部高温和热循环的作用，钢材的晶粒结构会发生变化，焊缝区形成了新的组织结构。
一般来说，焊缝区的组织结构与母材区有所不同，其中包括晶粒的尺寸、晶界的形貌以及氧化物夹杂物的分布等参数的变化。
3. 焊缝组织结构对冲击性能的影响焊缝组织结构的变化对材料的性能产生了一定影响，特别是对冲击性能的影响。
研究表明，在一些情况下，焊缝区的组织结构与母材区相比，会导致冲击性能的下降。
这可能是因为焊缝区的组织结构存在缺陷，如晶粒长大、晶界变得不连续等。
4. 如何改善焊缝区组织结构为了提高焊缝区的组织结构并提升冲击性能，可以采取一些措施。
首先，合理选择焊接工艺参数，以使焊缝区的温度梯度和冷却速度保持在合适的范围内，避免出现局部的过热或过快冷却现象。
其次，可以采用预热和后热处理等方法，通过加热和退火过程来优化组织结构，减少焊缝区的缺陷。
5. 实例分析以某种高强度钢材的焊接为例进行实例分析。
通过对焊接过程中不同工艺参数的变化以及焊缝区组织结构的分析，最终得出了一种最佳的焊接工艺参数，以达到最优的组织结构和冲击性能。
6. 结论高强度钢焊接中，焊缝的组织结构对冲击性能具有重要影响。
研究表明，焊缝区的组织结构变化可能导致冲击性能下降。
因此，在焊接过程中，需要合理选择工艺参数，并采取措施来改善焊缝区的组织结构，以提高钢材的冲击性能。
HFW焊缝组织结构对强韧性的影响
崔延;聂向晖;李云龙;赵文轸
【期刊名称】《焊管》
【年(卷),期】2011(034)011
【摘要】以X60级HFW焊管作为研究对象,分析了焊接区域的显微组织特点;通过测量焊接区域结构参数与力学性能,提出焊接工艺应当保证焊缝熔合线宽度控制在0.05～0.2 mm内.在820℃,870℃和980℃正火后,焊接区域组织粗大,冲击韧性偏低；920℃左右正火后焊缝区域组织细化,力学性能大大提升,通过对比发现在900～930℃的温度区间下进行正火可使HFW焊管焊接区域的组织与力学性能均达到最好.
【总页数】5页(P5-9)
【作者】崔延;聂向晖;李云龙;赵文轸
【作者单位】西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,西安,710049;西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,西安,710049;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;中国石油集团石油管工程技术研究院,西安,710065;西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,西安,710049
【正文语种】中文
【中图分类】TG407
【相关文献】
1.HFW焊管焊缝冲击韧性影响因素分析及改进措施 [J], 杨中娜;庄传晶;蒋晓斌;金磊
2.热处理工艺对HFW焊缝显微组织和力学性能的影响 [J], 林里
3.管线钢化学成分及组织对HFW钢管焊缝性能的影响 [J], 杨明秦;路广平;朱斌燕
4.HFW石油套管焊缝冲击韧性影响因素分析 [J], 茹成章;王新虎
5.热输入量对熔化极气体保护焊焊缝强韧性的影响 [J], 李为卫;李嘉良;梁明华;何小东;杨耀彬
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《焊接工艺参数对三种管线钢焊接热影响区组织及韧性的影响》篇一摘要：本文针对三种不同材质的管线钢，通过调整焊接工艺参数，研究其对焊接热影响区组织及韧性的影响。
通过实验分析，探讨了不同焊接参数下，焊接热影响区的组织变化规律及对韧性的影响机制，为优化管线钢焊接工艺提供理论依据。
一、引言管线钢作为石油、天然气等能源输送的重要材料，其焊接质量直接关系到管道的安全运行。
焊接工艺参数是影响焊接质量的关键因素之一。
本文选取三种具有代表性的管线钢，通过调整焊接电流、电压、焊接速度等工艺参数，研究其对焊接热影响区组织及韧性的影响。
二、实验材料与方法1. 实验材料实验选用三种不同成分的管线钢，分别标记为S1、S2、S3。
2. 实验方法（1）制备焊接试样，确保试样的尺寸、形状一致。
（2）采用不同的焊接工艺参数进行焊接，记录电流、电压、焊接速度等参数。
（3）对焊缝及热影响区进行金相组织观察，分析组织变化。
（4）进行韧性测试，包括冲击韧性、拉伸韧性等。
三、焊接工艺参数对组织的影响1. 焊接电流的影响随着焊接电流的增大，焊缝及热影响区的晶粒尺寸增大，晶界处元素偏析现象加剧。
对于S1、S2、S3三种管线钢，适宜的焊接电流范围有所不同，需根据具体材料进行调整。
2. 焊接电压的影响电压的增加会导致电弧的稳定性增强，有助于提高焊缝的质量。
然而，过高的电压可能导致熔池温度过高，造成组织粗化。
3. 焊接速度的影响焊接速度过快会导致焊缝冷却速度加快，晶粒细化，但可能造成未焊透等缺陷；而速度过慢则会导致晶粒粗大，降低焊缝性能。
因此，需要选择合适的焊接速度以获得良好的焊缝组织。
四、焊接工艺参数对韧性的影响1. 冲击韧性的变化随着焊接工艺参数的调整，焊缝及热影响区的冲击韧性呈现不同的变化趋势。
适宜的工艺参数可以获得较高的冲击韧性，提高管道的安全性能。
2. 拉伸韧性的变化拉伸韧性是衡量焊缝承受拉伸载荷能力的重要指标。
合适的焊接工艺参数可以获得较高的拉伸韧性，减少裂纹等缺陷的产生。
提高HFW焊缝低温夏比冲击韧性的研究左兰兰;侯学勤【摘要】通过对焊缝夏比冲击试验样本的研究,分析了造成焊缝冲击韧性不符合GB/T 9711-2011标准要求的原因.研究结果表明,焊缝中存在的Mn和Si氧化物夹杂及不适当的热处理是造成HFW焊缝低温冲击韧性不合的主要原因.除此之外,焊缝的焊接质量也是影响韧性的重要因素.同样试验温度下,提高焊缝质量就可以提高焊缝的冲击韧性.应根据实际生产情况,分析造成韧性不合的原因,从源头上解决问题,才是提高HFW焊缝低温冲击韧性的有效方法.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2014(037)001【总页数】4页(P58-61)【关键词】HFW;焊缝;氧化物夹杂;热处理工艺【作者】左兰兰;侯学勤【作者单位】中石化石油工程机械有限公司沙市钢管厂,湖北荆州434001;北京航空材料研究院,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TG4070 前言近年来，市场对HFW焊管的品质要求越来越高，其中HFW焊缝的低温冲击韧性成为衡量产品质量的核心指标之一。
实际生产中影响焊缝冲击韧性的因素很多，国内外有很多制管厂在这一方面做了大量的研究工作，对于提高焊缝的低温韧性提供了宝贵的经验［1-6］。
笔者在借鉴前人研究的基础上，从实际生产中发现的问题着手，重点分析了造成焊缝夏比冲击功偏低的原因，从而针对性地进行改进，以指导实际生产。
1 试验材料及方法1.1 试验材料本研究的试验样本均取自于国内某钢厂生产的X60热轧管线钢带生产的高频焊管，规格为φ 406.4mm×10.3mm，生产速度为16m/min，焊缝热处理采用在线正火处理。
X60热轧管线钢的化学成分见表1。
表1 X60热轧管线钢的化学成分 %1.2 试验设备用NI750F型冲击试验机对样本进行夏比冲击试验，用CS3100扫描电镜和INCA 能谱仪观察分析冲击断口的形貌和成分，用YAW200-YB型压扁试验机对钢管焊缝进行压扁试验，用GX41型光学显微镜观察样本的显微组织。
2019年 第6期热加工41Q235B 钢FSW 接头显微组织及力学性能分析■谷松伟，赵佳，于海东摘要：通过对厚度为8mm 的Q235B 钢进行搅拌摩擦焊接，并对其显微组织及力学性能分析讨论。
结果表明，Q235B 钢FSW 接头的焊核区、热机影响区和热影响区都存在再结晶组织，与母材相比，组织有所细化；焊核区、热机影响区、热影响区的硬度值都高于母材，其中焊核区最高为235.1HV ；接头抗拉强度为485MPa ，屈服强度为325MPa ，略低于母材，试样断裂的位置均在靠近热影响区的母材上。
关键词：搅拌摩擦焊；Q235B ；显微组织；力学性能搅拌摩擦焊（F S W ）是一种新型备受瞩目的塑性固相连接技术，其最初用于铝、镁等低熔点合金的连接。
目前，搅拌摩擦焊已实现全铝合金焊接。
与传统熔化焊相比，搅拌摩擦焊具有如下优点：①由于焊接净能量输入小，焊后工件变形小、残余应力低。
②焊缝组织细小，无气孔及元素烧损。
③消除了氢脆及应力腐蚀裂纹。
④焊接接头力学性能优良。
⑤降低对焊接操作者焊接技术水平的依赖。
⑥焊接过程不用填充焊丝、焊剂，降低消耗，节约能源。
⑦不受焊接位置限制，能够实现任意位置，任意方向的焊接。
⑧设备投资小，焊接能耗低，焊接过程简单，易实现自动化，可提高生产效率，减少设备运行成本。
⑨过程绿色环保，无烟尘、辐射电磁冲击等污染。
经过二十几年的发展，搅拌摩擦焊可焊接材料领域正由低熔点合金向高熔点合金发展，且越来越多的研究表明钢搅拌摩擦焊的可行性。
钢是工业上应用最为广泛的金属材料，研究钢的搅拌摩擦焊技术具有重要的实际应用价值，已引起众多研究人员的关注。
Toumpis A 等人采用FSW 方法对6mm 厚的DH36钢实施了对焊，焊缝性能良好；兰州大学王希靖等人对不锈钢进行了搅拌摩擦焊工艺研究，在适合的工艺参数下获得了良好的焊接接头。
Q235钢由于含碳适中，综合性能好，强度、塑性和加工性等得到较好配合，广泛应用于钢结构、桥梁、车辆、锅炉、容器和船舶中，本文选择8mm 厚的Q235B 碳素结构钢为研究对象，采用合理的工艺参数进行搅拌摩擦焊焊接，并分析和讨论接头的显微组织和力学性能，为在实际产品中推广应用提供可靠的依据。
HFW的工艺研究【摘要】HFW钢管在近几年应用上有了大量的进步，这个与管网支线需要、钻井需要及HFW钢管的生产速度快、外观质量好、焊缝质量达到要求有关，但是壁厚、材质均不高，此次针对￠356×14材质X65矿浆运输管线，结合制管工艺、加强成型、焊接及焊后在线热处理的质量控制，满足矿浆管线对HFW 焊管的高要求。
【关键词】HFW钢管；焊缝质量；成型；焊接；热处理1.HFW钢管主要介绍（1）HFW钢管成型方式用很多种，由于技术在不断的更新，目前NAKATA 设计的FFX成型方法，深得业内人士好评，此次￠356×14矿浆管线的生产应用的就是NAKATA的轧机。
HFW钢管的焊接工艺是采用高频电流产生的集肤效应原理把就卷板边缘进行加热至熔融状态，在通过机械挤压方法进行焊接。
高频焊接示意图（见图1）。
（2）HFW钢管主要质量指标——焊缝冲击韧性。
通过HFW钢管的工艺生产的焊缝中心会出现一条白色熔合线、熔合线两侧的热影响区会产生由中部向内外表面方向延伸的金属流线，熔合线、金属流线、腰鼓的数值能既能对焊缝质量提前做出判断也能为生产提供依据。
如图2，影响焊缝冲击韧性的主要因素有：原料的理化性能、原料的晶粒度及非金属夹杂物、焊缝热处理条件、成型条件、焊接条件。
2.￠356×14调试过程2.1首先进行卷板检验（见表1、表2、表3）。
（1）金相实验：晶粒度11级、无夹杂物、无偏析。
原料检验合格、投料生产。
2.2调试过程（见表4）：2.2.1初步调型要求将焊缝调整对称，使内外毛刺大小一样。
达到工艺要求的挤压量，做金相实验如图3。
从金相分析，上面腰鼓较宽，腰鼓中心不对称，内流线角度偏大，由此可判断在焊接的时候，板边呈V型，需调整挤压辊上辊，使在两板边在焊接时平行接触，并且将错边消除。
同时微调挤压辊侧辊，保证外观质量。
调整后图片（见图4）。
初步调型完成，加上在线热处理，进行第一次工艺评定实验，实结果（见表5、表6）。
摘要：以X60级HFW焊管作为研究对象，分析了焊接区域的显微组织特点；通过测量焊接区域结构参数与力学性能，提出焊接工艺应当保证焊缝熔合线宽度控制在
0.05~0.2 mm内。
在820℃，870℃和980℃正火后，焊接区域组织粗大，冲击韧性偏低；920℃左右正火后焊缝区域组织细化，力学性能大大提升，通过对比发现在
900~930℃的温度区间下进行正火可使HFW焊管焊接区域的组织与力学性能均达到最好。
0 前言
HFW焊管具有成本低，生产效率高，外型美观等优点，作为石油开采中的套管及油管、石油天然气输送管和配气管等被广泛使用。
国内引进HFW焊管生产技术较早，但在消化吸收与创新等方面还有不足，生产过程中存在质量控制标准不明确、焊缝强度与冲击韧性偏低、耐腐蚀性能不稳定等问题，致使其在国内长输管线上的使用受到了限制。
HFW焊管的焊缝和热影响区是整个焊管的薄弱环节和危险区域，其强韧性决定了整个焊管的强韧性。
通过对HFW焊管焊缝及热影响区强韧性的专题研究，一方面可以清楚制约焊缝及热影响区强韧性的因素，从理论上提出改善办法；另一方面可以更加明确制管工艺与产品性能之间的关系，既能在生产过程中更好实现质量控制，还能在焊管的服役过程中实现风险规避和充分利用。
1 试验材料本试验选用的HFW焊管为X60钢级，直径508 mm，壁厚9.5 mm，其化学成分见表1，力学性能见表2。
从样管上截取图1所示的部分，用来加工试验过程中所需试样，包括板状拉伸试样、V形缺口冲击试样以及金相试样等。
试样在马弗炉中进行正火，以模拟生产线上的热处理过程；拉伸试验在INSTRON 1341电液伺服拉伸试验机上进行；显微组织分析在XJP-6A金相显微镜上进行。
2 试验结果及分析
2.1 母材、焊缝及热影响区的显微组织图2为母材、焊缝及热影响区的金相显微组织。
X60钢的w（C）=0.08%，是少珠光体的微合金控轧钢，组织为极少数量的珠光体与占绝对多数量的铁素体。
由于在冶炼和轧制过程中采用微合金化与控轧控冷，所以晶粒细小均匀，并伴有一定的带状组织。
从图2（a）可以看出母材的显微组织主要是等轴细小的多边形铁素体，并伴有少许珠光体，晶粒度为11.5级。
焊缝熔合线组织粗大，以相互交错的针状铁素体为主，其晶粒比母材和热影响区都大很多，晶粒度为10级，如图2（b）所示。
而对于热影响区而言，不同位置的晶粒度是有差异的，靠近熔合线的部位，晶粒稍显粗大，如图2（c）所示，但仍小于焊缝熔合线晶粒尺寸；在离熔合线较远的部位，晶粒越来越细，接近母材组织，甚至在腰鼓形边缘部位观察到的晶粒尺寸小于母材，如图2（d）所示。
高频电阻焊的焊接升温很快，焊缝熔合部位处于过热状态，晶粒极易变大，并且温度越高奥氏体晶粒长的越快，越趋于形成粗大的奥氏体晶粒。
从焊缝到母材方向，热影响区可以划分成为粗晶区、正火区、不完全正火区和回火区［1］，热影响区的晶粒尺寸沿此方向先增大后逐渐变小。
2.2焊接区域结构参数与力学性能之间的关系
HFW焊管焊接区域的结构参数主要包括腰鼓形、熔合线、金属流线和中心距，如图3所示［2］。
对加工好的冲击试样和拉伸试样进行结构参数的测量，并与强韧性试验结果对照，结果见表3。
从表3可知抗拉强度比较低的试样为L03，L05和L08，其中L03和L08表现出强度和韧性都较差的特点。
对于L08而言，熔合线宽度达到0.39 mm，为试样中最宽的，可能是焊接过程加热时间太长而致，这会导致氧化物夹杂聚集，成为裂纹源。
熔合线过宽或过窄都会使得焊缝性能下降。
当熔合线太宽时，表明焊接过程中加热时间太长（即焊接速度太慢）或焊接线热量太高，致使焊缝严重脱碳，组织粗大；另一方面，也会伴随氧化物杂质的聚集，可能成为焊缝开裂的裂纹源，这对其性能极为不利。
当熔合线较窄时（低于0.05mm），表明焊接时挤压力过大或线能量不足，同时伴随着金属流线角很大。
熔合线较窄时，线能量不足导致的低温焊接会使金属结合强度大受影响，脆性显著增加，焊缝强度也比较低，这种情况应尽量避免。
目前，对熔合线宽窄度的控制，世界各国还没有统一规定，一般为企业的内控标准。
譬如，日本新日铁规定熔合线宽度为0.02~0.2mm，日本川崎为
0.07~0.13mm，德国规定为0.02~0.12mm，韩国PSP公司则要求控制在
0.05~0.3mm。
我国焊管行业曾有人认为，将熔合线宽度控制在0.02~0.11 mm最合适［3］。
严格控制熔合线宽度对于焊接质量尤为重要。
结合前文测试数据以及文献中的介绍，建议熔合线宽度（特指几何中心线处的宽度值fn）在0.05~0.2 mm之间比较合适，内外壁熔合线宽度（fi与fo）以0.25~0.4 mm之间为佳。
至于金属流线夹角，以在50°~65°之间为宜。
2.3 焊后正火对于焊接区域显微组织的影响
焊缝热处理是HFW焊管生产过程中一个非常重要的工序，经过热处理，焊接时形成的硬化组织会得到适当改善。
本试验结合生产中的实际情况，分别选取820℃，870℃，920℃，950℃和980℃5个温度，每个温度下的试样在马弗炉中进行正火热处理，以模拟生产过程中的在线热处理，保温时间为5 min。
图4为5种不同正火温度下焊接区域金相显微组织的对比。
可以看出，焊接区域经过正火之后，金属流线已经不存在，熔合线与热影响区的组织近于一致。
焊接区域在820℃正火以后，可以观察到大块的多边形或准多边形铁素体，没有实现组织均匀化，这是因为820℃的正火温度低于X60钢的AC3温度，故而焊接区域处在双相区间，加热过程中，碳原子向奥氏体中富集，贫碳的铁素体不断长大，从而出现宽的铁素体带［4］。
870℃正火，处在奥氏体单相区与双相区的临界地带，正火所得组织与820℃正火结果相似，组织更大一些。
920℃和950℃正火温度高于相变点温度，经过正火，焊缝与热影响区组织完全均匀，以多边形铁素体为主，并伴随少许的珠光体，但950℃正火后铁素体晶粒已明显表现出粗大化趋势。
980℃正火以后的焊接区域铁素体晶粒变得十分粗大，多边形铁素体间含有珠光体，组织不很均匀，说明该正火温度对于HFW焊缝及热影响区而言过高。
在线焊缝热处理与试样在热处理炉中整体加热不同，在线焊缝热处理有两个特点：一方面，它是通过中高频感应加热，加热速度快，管壁厚度方向的温度不均匀［5］；另一方面，它是采用局部加热，冷却速度很快，在热处理温度下生成的γ晶粒少，因而加热温度可适当高一些。
2.4正火对焊接区域力学性能的影响
2.4.1拉伸强度
对焊接区域分别进行820℃，870℃，920℃，950℃和980℃温度下的正火热处理，然后再测试各试样的拉伸强度，结果如图5所示。
由图5可见，随着正火温度的提高，焊缝的抗拉强度会逐渐下降，但在920℃的正火温度下处理时，由断裂位置可知此时焊缝强度与母材强度相当。
2.4.2冲击韧性
试样热处理前后的冲击功的变化对比如图6所示。
由图可见，经过正火热处理，焊缝及热影响区的冲击韧性大大改善，提升非常显著。
因此，对于HFW焊缝及热影响区而言，焊接之后的再次正火热处理对于改善其性能极为重要。
试样冲击功与正火温度的关系曲线如图7所示。
由图可见，正火温度对于焊缝的冲击韧性影响非常大。
在820~920℃，韧性随正火温度升高而呈上升趋势；超过
920℃，冲击韧性随正火温度升高而下降。
当正火温度太低时，如820℃，焊接区域组织并未得到改善，相应韧性也未得到提升；当正火温度太高至980℃时，铁素体晶粒严重粗化，韧性显著降低。
只有经过合适温度的正火处理，焊缝韧性才会大幅提升，经过900~930℃之间的正火后，焊缝会获得优良的冲击韧性。
这与显微组织的分析结果是一致的。
3 结论
（1）焊缝熔合线处晶粒粗大，为交错的针状铁素体；热影响区的晶粒尺寸从熔合线到母材方向先增大后逐渐变小；母材的显微组织以等轴细小的多边形铁素体为主，伴有少许珠光体。
（2）对于X60级准508 mm×9.5 mm HFW焊管焊缝而言，熔合线宽度（fn）控制在0.05~0.2 mm之间较合适，内外壁熔合线宽度（fi与fo）以在0.25~0.4 mm之间为佳，金属流线夹角在50°~65°之间为宜。
（3）热处理之前，焊缝熔合线与热影响区区分明显，晶粒尺寸有较大差异；而在热处理之后，焊缝熔合线与热影响区组织形貌趋于近似或一致，金属流线消失，晶粒尺寸相近。
（4）焊接区域的抗拉强度随正火温度升高而下降，且在920℃左右的正火热处理后，与母材基本相等。
（5）正火热处理后的焊缝及热影响区，冲击韧性大大提高，正火温度在900~930℃之间时，X60级HFW焊管焊接区域的冲击韧性达到最高。
