Page 68 - 理化检验-物理分册2024年第七期

王越宇：焊接钢管弯曲测试试样断裂原因

表1 焊缝和母材的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
C Si Mn P S Nb V Al Ti Cr Ni Mo Cu N
母材实
0.14 0.38 1.54 0.013 0.014 <0.01 <0.01 0.02 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.006
测值
焊缝实
0.16 0.41 1.34 0.014 0.016 <0.01 <0.01 0.02 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.006
测值
标准值 ≤0.16 ≤0.60 ≤1.70 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.05 ≤0.12 ≤0.02 ≤0.05 ≤0.30 ≤0.80 ≤0.20 ≤0.55 ≤0.025
1.2 力学性能测试 样热影响区和焊缝处均未见气孔、夹杂物和裂纹等
在断裂试样上取横向拉伸试样，分别在断裂试 缺陷。
样的焊缝和热影响区处取冲击试样，在未断裂试样 在断裂试样和未断裂试样母材和焊缝周围切取
上取横向拉伸试样，分别在未断裂试样的焊缝和热 试样，用体积分数为4%的硝酸乙醇溶液腐蚀试样，
影响区处取冲击试样，按照EN 10025-4—2004的要 将试样置于光学显微镜下观察，结果如图4所示。由
求对试样进行拉伸试验及－20 ℃冲击试验，结果如 图4可知： 断裂试样和未断裂试样母材的组织都是铁
表2所示。由表2可知：断裂试样热影响区有一组试 素体+珠光体，但是断裂试样热影响区附近存在大
样的冲击吸收能量低于标准要求；在拉伸试验后，未 量的马氏体，马氏体是奥氏体通过无扩散型相变转
断裂试样均断裂在母材处，且未断裂试样的抗拉强 变成的亚稳定相，马氏体会使材料产生淬火应力，从
度均大于断裂试样。 而导致材料发生变形开裂。
表2 断裂试样和未断裂试样的力学性能测试结果 1.4 扫描电镜(SEM)及能谱分析
断裂试样断口处的SEM形貌如图 5 所示。由
抗拉强度/ 焊缝冲击吸收 热影响区冲击
项目 图5可知：试样断口处可见解理断裂特征形貌，断口
MPa 能量/J 吸收能量/J
590，585， 附近可见夹杂物，断口处可见明显的河流状纹路，呈
断裂试样实测值 226，244，220 52，46，54 [2]
585，590 脆性断裂特征 。
640，620， 利用能谱仪对断口处的非金属夹杂物进行分
未断裂试样实测值 124，133，134 101，100，125
625，630
析，结果如图6所示。由图6可知：非金属夹杂物的
标准值 540~720 ≥47 ≥47
主要成分为氧化物。
在断裂试样和未断裂试样的焊接接头处取样， 2 综合分析
对试样进行维氏硬度测试，取样位置如图2所示，测
根据上述理化检验结果可知：弯曲试样的断裂
试结果如表3所示。由表3可知：断裂试样和未断裂
原因是焊接保温工艺参数控制不当，造成材料中出
试样在母材处的硬度几乎一致，而断裂试样和未断
现大量马氏体以及非金属夹杂物。由于在焊接时伴
裂试样在焊缝和热影响区处的硬度有较大差异。
随着高热量的输入，因此在焊接完成后，一定要注意
温度的控制和保温处理，温度控制不当会使材料热
影响区附近产生马氏体，导致热影响区的硬度升高，
韧性下降。非金属夹杂物会降低钢的塑性、韧性及
疲劳极限。非金属夹杂物会使钢材形成热加工纤维
组织与带状组织，使材料具有各向异性，并降低材料
图 2 维氏硬度测试取样位置示意 [3]
的冲击韧性 。夹杂物与金属的弹性、塑性、热膨胀
1.3 金相检验 系数等均存在差异，不同形态的夹杂物混杂在金属
按照ISO 15614-1：2017 《金属材料焊接工艺规 内部，破坏了金属的连续性和完整性，影响了加工零
范和鉴定 焊接工艺试验 第1部分：钢的电弧焊和气 件的表面质量，缩短了加工工具的使用寿命。
焊与镍及镍合金的电弧焊》的要求，分别对断裂试样 弯曲试样断口处存在大量的非金属夹杂物，在
和未断裂试样进行腐蚀，腐蚀后试样的宏观形貌如 进行母材检验的时候，未出现类似情况，因此推断非
图3所示。由图3可知：腐蚀后断裂试样和未断裂试 金属夹杂物是在焊接时外来引入的。通过与工厂技

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