太 原 理 工 大 学 学 位 论 文
比较图3-2（a）和（b）可以看出，由于接头形式不同，搭接接头拘束度大于对接接头，相应要求热输入较大，接头冷却速度较慢，因此（b）图中Tp曲线向右平移，t8/5min和t8/5max曲线稍向上移动。从图3-3也可以看出，搭接接头热输入的变化对t8/5影响要大的多。
4030201000.511.522.5Heat input (KJ/mm)butt jointlap jointt8/5 (s) 图3－3不同接头形式热输入对t8/5的原影响 Fig.3-3 Effect of CET on t8/5 of different joints
综合以上分析，确定WELDOX960高强钢的焊接试验工艺参数如下： 焊接电流：220～240/A；电弧电压：26～28/V；
冷却方式：焊后75℃保温3小时或者直接空冷；焊后不需要热处理。 其它工艺参数见表3－2。
表3－2 WELDOX960高强钢理论焊接工艺参数
Tab. 3-2 Theoretical parameters of WELDOX960
接头形式 对接接头 搭接接头
预热温度/℃ 50～150 60～150
热输入/（KJ/mm） 0.9～1.3 1.2～2.25
-29-
层间温度/℃ 80～105 80～200
太 原 理 工 大 学 学 位 论 文
3.1.5焊接材料的选择
母材WELDOX960属于低合金高强钢，板厚δ为12mm，其成分及性能见表3-1。焊接低合金高强钢时，焊材的选择不是要求具有与母材同样的强度，而是应从“等韧性”的原则选择焊条。所以选择焊接材料强度等级略低于母材金属的强度，即“低强匹配”。对于低合金高强钢，适当降低焊缝强度可以降低接头拘束应力从而减轻熔合区的负担，有利于降低根部裂纹的生成倾向。
基于以上的分析，WELDOX960高强钢焊接材料的选择在首先满足焊缝强度的前提下，尽量降低焊材的强度，同时考虑到现有的焊接设备，施工条件，经济效益，五四零九厂选用Ar(80%)+CO2(20%)混合气体保护焊，焊接材料选用瑞典OERLIKON公司生产的实芯焊丝ED-FK1000，规格φ1.2mm。焊接材料与钢板构成了低强度匹配。焊丝的化学成分及机械性能分别见表3-3、3-4。
表3-3 ED-FK1000的化学成分
Tab. 3-3 Chemical composition of ED-FK 1000
元素 含量(wt%)
C 0.10
Si 0.80
Mn 1.80
Cr 0.30
Mo 0.50
Ni 2.20
表3-4 ED-FK 1000机械性能
Tab. 3-4 Mechanical properties of ED-FK 1000
屈服强度 Rs (N/mm2) 拉伸强度 Rm (N/mm2) 延 伸 率（L0=5d0） 冲击功(Akv)(ISO-V)
标准值 ≥885 ≥940 ≥14% RT
-30-
实测值 965 1010 13.0% ≥70
太 原 理 工 大 学 学 位 论 文
-20℃
≥47
3.1.6 试验设备及仪器
试验用OTC DYNA AUTO XC500型焊机；焊接电源采用直流反接；保护气体Ar（80%）+ CO2(20%)；测温仪为SWK-2型。
3.2焊接性试验的目的及内容
1. 焊接性试验的目的：
1）确定材料的焊接性，揭示焊接中容易出现的问题，为改进或选用该材料提供依据。
2）研制和开发新型的焊接材料。
3）制定焊接工艺。包括确定焊接方法、焊接材料、焊接参数、焊接工艺措施（如焊前预热，焊后后热等），以便在经过焊接工艺评定试验评定合格后，应用于焊接产品结构的制造。
4）利用焊接性试验方法对初步拟订的参数进行检验和调整。 抗裂性试验确定热输入的下限。因为当焊接热输入减小时，由于焊接接头的冷却速度增大，容易形成淬硬组织而产生冷裂纹；采用夏比V型缺口冲击试验确定热输入的上限。当热输入增大时，由于焊接接头的过热容易导致热影响区粗晶脆化；当为防止产生冷裂纹测出的热输入下限高于为防止接头脆化测出的热输入上限时，考虑采取焊前预热，焊后缓冷等工艺措施。 2.焊接性试验的内容
焊接性试验主要包括基础试验、工艺焊接性试验和使用焊接性试验。 1) 基础试验：母材的化学成分分析，母材的力学性能试验（拉伸，弯曲，冲击），母材缺陷检验。该试验有利于掌握母材的基本情况，以便
-31-
太 原 理 工 大 学 学 位 论 文
进行焊接性分析。
2) 工艺焊接性试验：焊接裂纹敏感性试验，焊接接头金相试验，焊接接头硬度试验，焊接接头无损检验。该试验是针对接头的结合性能，用以鉴定焊接接头产生各种工艺缺陷的敏感性。
3) 使用焊接性试验：焊缝和焊接接头力学性能试验，焊接接头韧性试验，特殊要求试验。该试验是针对焊接接头的使用性能进行的，用以鉴定焊接接头的性能是否满产品的要求。
3.3 WELDOX960高强钢抗裂性试验结果及分析
评定钢材的冷裂性，确定防止冷裂产生的最低预热温度和热输入下限，对于保证高强钢焊接质量及使用性能至关重要。冷裂评定试验常采用斜Y型坡口试验（小铁研试验）、热影响区最高硬度试验和搭接接头（CTS）焊接裂纹试验。
3.3.1斜Y型坡口焊接裂纹试验
斜Y型坡口焊接裂纹试验(Test of Y-groove cracking test)，通常称为“小铁研裂纹试验”，是一种在工程中运用非常广泛的试验方法，适合于研究碳素钢和低合金钢热影响区的冷裂敏感性以及焊条和母材组合的冷裂倾向，也可以作为制定焊接工艺参数的方法之一。通过不同的规范判断钢材的冷裂敏感性，或者在同一规范下改变预热温度，根据裂纹率确定预热温度的下限和焊接热输入的范围。 1. 试验条件及试验结果
本试验参照GB4675.1-84《焊接性试验 斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》评定WELDOX960高强钢的冷裂倾向[18]。如图3-4制备和组装试件，试验焊缝与拘束焊缝都选用ED-FK 1000 MAG焊丝进行焊接。首先焊接
-32-
太 原 理 工 大 学 学 位 论 文
拘束焊缝，采用双面焊接，焊后在空气中自然冷却12小时后开始焊接试验焊缝。 焊前首先用丙酮擦干坡口，然后进行试验焊缝的焊接。试验焊缝采用单道焊。根据3.2.2的分析，选取试验焊缝分别在室温（15℃）和预热50℃、75℃、100℃条件下进行焊接。焊接完成后，置于通风的地方空冷48小时后对试验焊缝进行裂纹的检测和解剖。焊接工艺参数见表3-5。 200ABrestrictive seam试验焊缝 拘束焊接拘束焊接test seam1508060δδ/2BA δ/2δ 图3-4斜Y型坡口焊接裂纹试验试样尺寸及坡口形状 Fig.3-4 Test piece of Y-groove cracking test 表3-5斜Y型坡口试验试验工艺参数及试验结果 Tab. 3-5 Parameters and result of Y-groove cracking test 编号 1# 2# 3# 4# 5#
预热温度/℃
15 50 75 75 100
焊接电流/A
240 240 240 240 240
-33-
电弧电压/V
27 27 27 27 27
热输入/（KJ/mm）
1.32 1.28 1.76 1.28 1.34