Page 23 - 理化检验-物理分册2022年第三期

李 岗, 等: 模拟焊后热处理温度对 Q345R 钢板焊接接头的焊接残余应力及力学性能的影响

大, 一般采用模拟焊后热处理消除部分残余应力, 但 GB / T228.1-2010 《 金属材料拉伸试验 第 1 部分 室

应力分布随之发生变化, 故研究模拟焊后热处理对 温试验方法》 标准进行拉伸试验。依据 GB / T2653-
压力容器焊接残余应力的影响显得尤为重要。 2008 《 焊接接头弯曲试验方法》 标准进行侧弯试验。

笔者以厚度 46mm 的 Q345R 钢多道焊接试板 依据 GB / T4340.1-2009 《 金属材料维氏硬度试验第
为研究对象, 分析了热处理温度对 Q345R 钢板焊接 1部分: 试验方法》 标准进行维氏硬度试验。
接头的焊接残余应力及力学性能的影响。
1 试验材料与方法

1.1 试验材料
试验材料为 Q345R 钢板, 其厚度为 46mm , 采

用埋弧自动焊接法进行焊接, 焊接参数见表 1 。将

焊 接 钢 板 锯 切 为 4 块 试 板, 尺 寸 均 为 150 mm×

250mm×46mm , 分别编号为 1~4 , 进行模拟焊后 图 1 焊接残余应力测试位置示意
热处理试验, 其工艺参数见表 2 。
2 试验结果与分析
表 1 Q 345R 钢板的焊接参数
坡口类型 焊丝 焊剂 电流 / A 电压 / V 焊接速率 /( m · h ) 2.1 模拟焊后热处理温度对试板焊接残余应力的
-1
U 形 H10MnSi 碳钢 HJ431 550 30~32 20 影响

由表 3 和图 2 可见: 试板在距热影响区 2 mm
表 2 模拟焊后热处理试验的工艺参数
左右处的焊接残余应力最大; 随着距热影响区距离
试板编号 热处理工艺参数
越近, 焊接残余应力越小, 焊缝和热影响区的焊接残
1 焊接态
余应力均超过了母材的焊接残余应力; 试板表面残

2 400 ℃×2h
余应力与距熔合线距离的关系曲线大致呈“ M ” 形。

3 520 ℃×2h
对比不同方向的焊接残余应力可知, 试板 x 方向的

4 620 ℃×2h
焊接残余应力最大为 255.9 MPa , 方向的焊接残
y
1.2 试验方法 余应力最大为 242.3 MPa , 在相同热处理工艺条件

依据 GB / T31310-2014 《 金属材料 残余应力 下, 试板 x 方向 和 y 方向的焊接残余应力相 差 不

测定 钻孔应变法》 标准, 按图 1 所示的位置进行焊 大。随着热处理温度的升高, 试板的焊接残余应力
接残余应力测试。沿垂直试板焊缝方向取截面尺寸 下降, 试板经 620 ℃×2h 模拟热处理后, 其焊接残

为 46mm×30mm 的 全 板 厚 横 向 拉 伸 试 样 , 依 据 余应力基本消除。

表 3 不同试板经模拟焊后热处理后的焊接残余应力测试结果
距熔 残余 距熔 残余 距熔 残余 距熔 残余
试板 测试 合线 应力 / MPa 试板 测试 合线 应力 / MPa 试板 测试 合线 应力 / MPa 试板 测试 合线 应力 / MPa
编号 位置 距离 / 编号 位置 距离 / 编号 位置 距离 / 编号 位置 距离 /
x 方向 y 方向 x 方向 y 方向 x 方向 y 方向 x 方向 y 方向
mm mm mm mm
-70 71.0 53.1 -70 39.8 23.9 -70 41.7 16.2 -70 45.8 17.1
-30 58.3 46.0 -30 46.1 26.7 -30 45.4 34.9 -30 27.6 18.7
焊缝 -10 105.7 67.3 焊缝 -10 79.8 63.3 焊缝 -10 70.8 48.4 焊缝 -10 55.5 33.0
左侧 -5 141.2 102.9 左侧 -5 108.1 65.7 左侧 -5 84.8 63.4 左侧 -5 47.6 24.4
-2 255.9 242.3 -2 155.1 107.2 -2 96.2 78.4 -2 70.9 35.8
0 193.9 128.9 0 130.1 77.6 0 85.6 71.6 0 54.5 50.6
1 焊缝 - 155.3 109.6 2 焊缝 - 118.5 88.3 3 焊缝 - 81.4 65.9 4 焊缝 - 77.2 46.9
0 152.3 109.2 0 123.6 113.9 0 72.5 67.3 0 48.5 43.4
2 247.7 219.0 2 184.6 145.6 2 94.9 80.6 2 59.1 51.0
焊缝 5 132.5 101.7 焊缝 5 130.6 94.5 焊缝 5 101.2 84.1 焊缝 5 49.5 44.8
右侧 10 101.5 78.9 右侧 10 94.8 71.5 右侧 10 60.9 47.5 右侧 10 39.4 34.2
30 80.0 55.7 30 41.6 13.0 30 47.4 29.6 30 41.8 28.5
70 73.5 39.1 70 83.2 42.6 70 50.9 31.1 70 29.0 14.9

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