摘要：文章针对Q235钢管焊接接头进行了组织性能分析，确定了Q235钢管对接接头焊条电弧焊的实验方案，并对焊接接头显微组织与力学性能进行分析，研究了低碳钢焊接接头显微组织与材料力学性能的关系。研究结果表明，Q235钢管具有优良的焊接性和优秀的力学性能，适用于大多数常规工作条件；在合理的焊接工艺方案指导下，可获得高质量的焊接接头；Q235钢管母材的显微组织为铁素体和少量珠光体，热影响区中的正火区越靠近焊缝一侧晶粒尺寸越大，过热区在焊接热循环作用下奥氏体过度长大，碳原子来不及析出形成马氏体，焊缝区主要是板条马氏体和少量珠光体；焊缝区硬度平均值245HV，母材硬度平均值165HV。在焊接热循环作用下，焊缝及热影响区晶粒变得粗大，得到了大量马氏体组织和一部分魏氏组织；母材平均冲击功79.67J，焊接接头平均冲击功71.30J，在一定程度上来说，减小较少的韧性而提高较多的强度对整体是有利的；焊接接头抗拉强度为570MPa，延伸率为21%；而母材的抗拉强度为385MPa，延伸率为38%。焊接接头与母材相比中出现了板条马氏体和珠光体，提高了抗拉强度，降低了塑性；母材的主要物相为Fe，焊接接头的主要物相是Fe、CaCO3、SiO2、MnO2、CuCl2等。

　　关键词：Q235；焊接接头；微观组织；力学性能

　　低碳钢是碳含量低于0.25%的碳素钢，广泛应用于工业生产中。常见低碳钢有Q235钢、16Mn钢等，其中Q235钢的碳含量约为0.12%~0.20%，具有良好的塑韧性、优秀的拉伸强度和焊接特性，其生产成本低、产量大、综合利用性能好。而Q235钢焊接接头与母材的微观组织往往有一定差异，其使用过程中发生腐蚀、开裂等破坏性缺陷往往发生在焊接接头区域。因此，针对Q235钢管焊接接头组织性能研究显得尤为必要。

　　国内外研究表明对低碳钢Q235的焊接有手工电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊、搅拌摩擦焊、激光焊接等方法都可以获得良好的焊接接头。通过对各种工艺文献分析，总结适合低碳钢的焊接工艺方案，以期得到性能良好的焊缝，并且探究焊接过程中缺陷产生的原因及影响因素。对于显微组织的研究，国内外都有较为成熟的研究，但对于低碳钢焊接接头与母材的显微组织对比研究缺乏系统性的归纳和分析。因此，文章主要通过实验探究适宜工艺方案下，Q235钢管焊接接头组织性能与母材差异，以及焊接工艺对组织性能的影响。

　　1焊接试验

　　1.1试验材料及焊接方法

　　试验用集输管道常用低碳钢管Q235(Φ150×10mm），其化学成分及力学性能见表1、表2。采用SMAW焊接方法，选用E4303(Φ3.2mm）焊条，其化学成分见表1。

　　1.2焊接工艺及要求

　　焊接坡口应严格按照规定尺寸、形式采用机加工方法进行加工。接头及坡口形式如图1，对口间隙2.0~3.0mm，坡口角度55°~65°。

　　采用手工组对方式，将试件水平固定在焊接工作台上，采用上向焊。焊接过程中，环境湿度58%~61%RH，要求错边不大于1.0mm，余高不大于2.0mm，局部不超过2.5mm，且长度不大于50mm，焊缝层数3~4层，盖面焊缝宽度比坡口每侧增加0.5~2.0mm。焊接工艺参数如表3所示。

　　2焊接接头组织性能分析

　　2.1金相组织分析

　　图2分别是母材、热影响区、焊缝金相组织图，可以看出母材大部分组织为铁素体；热影响区中的正火区越靠近焊缝一侧晶粒尺寸越大，过热区在焊接热循环作用下奥氏体过度长大，碳原子来不及析出形成马氏体；焊缝区主要是板条马氏体和少量珠光体。

　　2.2力学性能分析

　　2.2.1抗拉强度

　　拉伸试验依据GB/T 2651—2008《焊接接头拉伸试验方法》与GB/T 228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，制备对应的焊接接头拉伸试样，试样总长度为200mm，中间平行长度80mm，加持端宽度为37mm，加持端与平行长度之间的过渡弧的半径为25mm，拉伸速率为0.005mm/s。

　　拉伸试验结果如表4所示，焊缝平均抗拉强度为570MPa，延伸率为21%；热影响区的抗拉强度为385MPa，延伸率为38%。焊缝的抗拉强度高于热影响区的抗拉强度，而焊缝的延伸率低于热影响区的延伸率。

　　2.2.2冲击韧性

　　冲击试验依据GB 2650—2008《接接头冲击试验方法》进行，将试样制成55mm×10mm×10mm的U型缺口试样，缺口宽度2mm，槽深2mm，底部为半径为1mm的过渡圆弧，缺口位置分别开在热影响区和焊缝区中心线，进行对比分析，每组测试3次取平均值作为结果。

　　图3为焊接接头冲击试样断口形貌，可以看出焊接接头产生的断裂方式为韧性断裂，冲击功如表5所示，焊缝冲击功平均值低于热影响区，分析原因是焊缝形成的马氏体强度硬度提高，塑性韧性降低。板条状马氏体有很高的强度和硬度，较好的韧性。因此，在一定程度上来说，焊缝韧性略减小而提高较多的强度对整体是有利的。

　　2.2.3硬度测试

　　硬度测试依据GB/T 2654—2008《焊接接头硬度试验方法》进行，5HV-50A型维氏硬度计，加载为5Kgf（HV5），实验力保持时间为15s，硬度测试点，分别在焊缝区、热影响区取10个点。

　　测试结果如图4所示，焊缝区硬度平均值245HV，热影响区硬度平均值165HV。焊缝区附近由于后焊层对前面焊层的热循环作用，晶粒变得粗大，组织为马氏体组织和珠光体、铁素体组织，故硬度较大。焊缝比热影响区平均硬度高出80HV是由于部分马氏体的作用，微观组织的差异可以得出宏观性能的差异，由此可以看出，马氏体组织对焊接接头的强度影响较大。

　　2.3 XRD物相分析

　　为了分析焊接接头的物相成分，对热影响区、焊缝区进行了XRD分析，分析结果如图5所示。图5（a）为热影响区的XRD分析图，可以看出主要物相为Fe，而其他物相波峰太小，可以忽略不计。通过XRD分析，说明实验所用Q235钢杂质少，是优异的实验分析对象。图5（b）为焊缝区的XRD分析图，可以看出主要物相包括Fe、CaCO3、SiO2、MnO2、CuCl2等，在焊接过程中，焊条药皮在电弧热作用下，药皮熔化，大部分药皮上浮形成渣壳，从而保护焊缝熔池；同时药皮中的Ca、Mn、Si等元素起到冶金作用，使焊缝有更好的综合性能和良好的外观。但是由于熔池冷却速度快，一部分元素来不及析出，滞留在焊缝中，成为CaCO3、SiO2、MnO2、CuCl2等杂质固溶体。

　　3结语

　　文章通过对低碳钢管Q235(Φ150×10mm）进行焊条电弧焊焊接实验，对焊接接头组织性能进行了测试分析，得到以下结论：

　　（1）Q235钢母材的显微组织为铁素体和少量珠光体；热影响区中的正火区越靠近焊缝一侧晶粒尺寸越大，过热区在焊接热循环作用下奥氏体过度长大，碳原子来不及析出形成马氏体；焊缝区主要是板条马氏体和少量珠光体。

　　（2）焊缝区硬度平均值245HV，母材硬度平均值165HV。在焊接热循环作用下，焊缝及热影响区晶粒变得粗大，得到了大量马氏体组织和一部分魏氏组织。

　　（3）母材平均冲击功79.67J，焊接接头平均冲击功71.30J，焊接接头抗拉强度为570MPa，延伸率为21%；而母材的抗拉强度为385MPa，延伸率为38%。焊接接头与母材相比出现了板条马氏体和珠光体，提高了抗拉强度，降低了塑性。

        参考文献：

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