王泰等：KTIG焊接中厚板的工艺窗口改进 767· 样，所以在整个热影响区的组织并不是均匀的，在 200 靠近母材的区域，发生不完全重结品，也就是只有 一部分的组织发生了相变重结晶过程得到细小的 180 Heat Weld zone 铁素体和珠光体；而靠近熔合区的区域由于处于 160 affected 过热区，奥氏体晶粒急剧长大，就会得到一些粗大 Base zone material 的魏氏组织：在这两个区域的中间是完全重结晶 140 Path for hardness Weld/Base 区，得到的组织是细小的铁素体和珠光体.由于组 measurement /material 120 织的不均匀，得到的焊接接头的性能在这个区域 -14-12-10-8-6-4-2 也不均匀 Distance from the welded joint center/mm 图9焊接接头显微硬度 Fig.9 Microhardness of welded joint 500 400 300 Weld Base material 200 100 图8热影响区微观组织 0 20 30 40 Fig.8 Microstructure of heat-affected zone Strain/% 图10焊接接头应力-应变曲线 2.3显微硬度分析 Fig.10 Stress-strain curve of welded joints 显微硬度的分布状态可以反映出焊接接头各 个区域的硬度变化规律，为了研究不同焊接电流 和母材的应力-应变曲线可以得出结论：Q235母 下得到的焊接接头中的硬度分布情况，利用显微 材的韧性和抗拉强度均强于焊接接头，如图10所 硬度计对其硬度分布进行了测试，实验中硬度的 示.这说明不同焊接电流下得到的焊接接头均是 测量路径是横穿母材、热影响区、熔合区和焊缝 在热影响区处发生了断裂.断裂位置之所以发生 的一条直线.在进行显微硬度的测量时，施加的载 在热影响区处，是由于焊接过程中热影响区的组 荷为1000g,保压时间为15s.研究结果表明：不同 织不均匀，并且产生了少量的魏氏组织 焊接电流下得到的焊接接头硬度分布呈现出一致 3结论 的分布，均是在熔合区处取的最大值，焊缝处的硬 度值其次，母材本身的硬度值最低.从图9中可以 本论文首次采用在工件背部铺加保护焊剂的 看出，Q235低碳钢母材的硬度大约在160HV,焊 方法，实现了K-TIG焊接8mm厚的Q235低碳钢 缝中心处的硬度约为180HV,熔合区处的硬度值 焊接电流工艺窗口的增大，并得到了如下结论： 最大约为200HV.而且在不同的焊接电流下焊接 (1)在K-TIG焊接8mm厚的Q235低碳钢厚 接头的硬度值呈现出一样的规律，均为：熔合区> 板时，在不开坡口的情况下，通过在工件背部铺加 焊缝区>母材，在大电流的K-TIG焊接过程中，焊 保护焊剂的方法可以有效地提高焊接的窗口范 接接头不同位置所经历的温度循环曲线不一致， 围，并且可以极大地提高焊接过程的稳定性 因而引起了不同区域的硬度值的不同， (2)在430A至480A的焊接电流范围内，K- 2.4接头拉伸性能分析 TIG焊接8mm厚的Q235均可以单面焊双面成 对不同的焊接电流下得到的焊接接头进行了 形，且正面的成形和背部的成形良好，随着焊接过 拉伸实验，结果发现不同焊接电流下焊接接头的 程中焊接电流的增大焊接工件背部的熔宽也会有 断裂位置基本相似，如图10所示.之后对Q235母 略微的增加.焊接电流对焊接接头的组织影响主 材在相同条件下进行了拉伸实验，通过焊接接头 要是对焊缝区的影响，当焊接电流变大时，焊缝中样，所以在整个热影响区的组织并不是均匀的，在 靠近母材的区域，发生不完全重结晶，也就是只有 一部分的组织发生了相变重结晶过程得到细小的 铁素体和珠光体；而靠近熔合区的区域由于处于 过热区，奥氏体晶粒急剧长大，就会得到一些粗大 的魏氏组织；在这两个区域的中间是完全重结晶 区，得到的组织是细小的铁素体和珠光体. 由于组 织的不均匀，得到的焊接接头的性能在这个区域 也不均匀. 2.3    显微硬度分析 显微硬度的分布状态可以反映出焊接接头各 个区域的硬度变化规律，为了研究不同焊接电流 下得到的焊接接头中的硬度分布情况，利用显微 硬度计对其硬度分布进行了测试，实验中硬度的 测量路径是横穿母材、热影响区、熔合区和焊缝 的一条直线. 在进行显微硬度的测量时，施加的载 荷为 1000 g，保压时间为 15 s. 研究结果表明：不同 焊接电流下得到的焊接接头硬度分布呈现出一致 的分布，均是在熔合区处取的最大值，焊缝处的硬 度值其次，母材本身的硬度值最低. 从图 9 中可以 看出，Q235 低碳钢母材的硬度大约在 160 HV，焊 缝中心处的硬度约为 180 HV，熔合区处的硬度值 最大约为 200 HV. 而且在不同的焊接电流下焊接 接头的硬度值呈现出一样的规律，均为：熔合区> 焊缝区>母材. 在大电流的 K-TIG 焊接过程中，焊 接接头不同位置所经历的温度循环曲线不一致， 因而引起了不同区域的硬度值的不同[5, 14] . 2.4    接头拉伸性能分析 对不同的焊接电流下得到的焊接接头进行了 拉伸实验，结果发现不同焊接电流下焊接接头的 断裂位置基本相似，如图 10 所示. 之后对 Q235 母 材在相同条件下进行了拉伸实验，通过焊接接头 和母材的应力−应变曲线可以得出结论：Q235 母 材的韧性和抗拉强度均强于焊接接头，如图 10 所 示. 这说明不同焊接电流下得到的焊接接头均是 在热影响区处发生了断裂. 断裂位置之所以发生 在热影响区处，是由于焊接过程中热影响区的组 织不均匀，并且产生了少量的魏氏组织. 3    结论 本论文首次采用在工件背部铺加保护焊剂的 方法，实现了 K-TIG 焊接 8 mm 厚的 Q235 低碳钢 焊接电流工艺窗口的增大，并得到了如下结论： （1）在 K-TIG 焊接 8 mm 厚的 Q235 低碳钢厚 板时，在不开坡口的情况下，通过在工件背部铺加 保护焊剂的方法可以有效地提高焊接的窗口范 围，并且可以极大地提高焊接过程的稳定性. （2）在 430 A 至 480 A 的焊接电流范围内，K￾TIG 焊接 8 mm 厚的 Q235 均可以单面焊双面成 形，且正面的成形和背部的成形良好，随着焊接过 程中焊接电流的增大焊接工件背部的熔宽也会有 略微的增加. 焊接电流对焊接接头的组织影响主 要是对焊缝区的影响，当焊接电流变大时，焊缝中 50 μm 图 8    热影响区微观组织 Fig.8    Microstructure of heat-affected zone −6 Distance from the welded joint center/mm −12 −10 −8 Base material Base material Path for hardness measurement Heat affected zone Weld zone Weld Fusion zone −14 120 140 160 180 Vickers hardness, HV 200 −4 −2 0 图 9    焊接接头显微硬度 Fig.9    Microhardness of welded joint 500 400 300 Strain/% Stress/MPa 200 0 10 20 Weld 430 A 440 A 450 A 460 A 470 A 480 A Base material 30 40 100 图 10    焊接接头应力−应变曲线 Fig.10    Stress−strain curve of welded joints 王    泰等： K-TIG 焊接中厚板的工艺窗口改进 · 767 ·