980钢超窄间隙熔化极混合气体保护焊研究
第36卷第5期
2006年5月
雹珲梭
Electric Welding Machine
V01．36 No．5
May 2006
⑨霞0锏趣窄蔫跨熔化极气，棒绦护焊研究
张富巨1，I＼旦霞1，张国栋1，罗金华2，郭嘉琳1，章少华1，瞿 波2
(1．武汉大学焊接研究所，湖北武汉430072；2．武昌造船厂，湖北武汉430060)
摘要：以厚板980钢为对象，进行了超窄间隙熔化极混合气体保护自动对接焊试验，并依据((JB4708—
2000钢制压力容器焊接工艺评定》国家标准，对980铜超窄间隙MAG焊接头进行了拉伸、弯曲和
冲击试验，分析了显微组织、显微硬度和宏观形貌。结果表明，接头所有技术指标均满足国家标准要求，
且焊接热影响区很窄，该区塑韧性损伤极小。
关键词：超窄间隙MAG焊；980钢；微观组织；力学性能
中图分类号：TG444*．24 文献标识码：A 文章编号：1001—2303(2006)05～0051—04
Ultra·-narrow gap gas·-shield metal arc welding of 980 Steel
ZHANG Fu-1， ．
1． 一 1， 一
，
．
1，
．
1， 2．iuBU Dan xia ZHANG Guo dong LUO Jin hu82 GUO Jia lin ZHANG Shao hua QU Bo
(1．Welding Research Institute，Wuhan University，Wuhall 430072，China；2．Wuchang shipyard，Wuhan 430060，China)
Abstract：Taking the steel 980 thick plate as example，the automatic butt welding experiment of ultra—narrow gap gas metal arc
welding was conducted．According to China standard((JB4708-2000 welding procedure qualification for steel pressure vessels》，the
tests of tensile and impact，analysis of microstmcture，microhardness and macro—visage of steel 980 ultra—narrow—gap gas metal arc
welded joint were conducted．It shows that all technical norms of the welded joint meets the national standard．The HAZ is in very
narrow width and minimal damage of plasticity and toughness damage．
Key words：ultra—narrow—gap gas metal arc welding；steel 980；mierostructure；mechanical properties
U 刖吾
窄间隙焊接作为一种高效率、低成本的焊接技
术，已经在一些大型重要结构上得到了成功应用，
如厚壁压力容器、锅炉、大型机械设备、海洋结构、
船体建造和压力管道等【Ⅷ。超窄间隙焊接是相对现
有窄间隙焊接技术而言的，一般认为大厚板(如
厚100 mm)时最大组装间隙在10 mlTl以下。以工业
应用为目的的超窄间隙GMAW技术研究始于21
世纪初(首次报道于2000年)。超窄间隙MAG焊以
其焊接线能量较低、焊接热影响区的塑韧性损伤
极小、一次焊缝组织晶粒更细、焊接残余应力与残
余变形小、焊接生产率较现有弧焊技术提高2-3倍、
焊接生产成本降低40％～80％的显著技术优势，决
定着该技术在高强钢、超高强钢、超细晶粒钢焊接
领域有着广泛的应用前景。为验证上述技术特性，
以980钢为对象，进行了超窄间隙熔化极混合气体
保护自动对接焊试验，并依据《JB4708—2000钢制
收稿日期：2006—04—14
作者简介：张富巨(195l一)，男，湖北枣阳人，教授，博士，主
要从事高效率自动化焊接技术方面的研究工作。
压力容器焊接工艺评定》国家标准，对980钢超窄
间隙MAG焊接头进行了拉伸、弯曲和冲击试验，
显微组织、显微硬度和宏观形貌分析。结果表明，
接头所有技术指标均满足国家标准要求，且焊接热
影响区很窄、该区塑韧性损伤极小。
1 超窄间隙MAG焊系统
超窄间隙MAG焊系统组成简图如图1所示，
包括弧焊电源、自动控制器、气瓶、焊接小车、超窄
间隙焊炬、送丝机构、自动跟踪装置和焊接轨道系
统。基于超窄间隙的坡口面角度极小，焊炬与坡口
侧壁问的距离极小，传统的跟踪技术和单一传感方
式的跟踪技术将完全不适应超窄间隙条件下的跟
踪精度和响应速度要求。该系统具有倾角、平面回
转、横向居中、焊炬高度4个自由度的跟踪功能，且
不同的自由度采用不同的传感方式和控制策略。横
向居中和高度跟踪采用自适应控制方式【3】。集成送
气、送丝、导电、循环水冷和绝缘功能于一体的超窄
间隙焊炬可以伸人到焊接坡口内。弧焊电源为逆变
脉冲MIG／MAG系统。
万方数据
研究与设计 雹珲拽 第36卷
I一气瓶；2一控制器；3一电源；4一送丝机构；5一小车
6一轨道；7一焊炬；8一跟踪传感器；9一焊件。
图1超窄间隙MAG焊系统
Fig．1 Ultra—narrow-gap GMAW system
2超窄间隙MAG焊工艺
试件厚度为50 mm，采用对称和不对称双U型
坡口，如图2所示。对称坡口作业时，前2-3层最好
交替进行，也可以2台焊机同时焊接(立焊或横焊
位置时)。不对称坡口作业时，先焊正面打底焊层，之
后焊反面封底焊层(兼反面盖面焊层)。极小的坡口面
角主要用于横向收缩量的补偿。
a不对称双U型坡 b对称双U型坡口
图2 UNG—GMAW坡口几何形状
Fig．2 Groove geometry of UNG-GMAW process
选用与980钢性能基本匹配的WHH一75焊
丝，直径1．2 mlTl。母材(BM)和焊丝的化学成分和机械
性能如表1、表2所示。
表l BM和WHH一75焊丝的化学成分
Tablel Chemical compositions of BM and WHH-75 wire％
种类 ∞(C) co(Si) ∞《Mn) 矗|'∞
980钢0．09～0．13 0．18～0．31 0．54-0．60 0．011
WHH一75 ≤0．14 0．20～O．35 1．02～1．50 ≤O．35
种类 ∞(s) 60(Ni) 一出㈤ 甜(Uo)i。j
980钢0．010 4．40～4．54 0．53—0．68 0．36～0．44
WHH-75 ≤0 35 2．2】～2．6 0．46～0．65 0．42。0．68
表2 BM和WHH一75焊丝在室温下的机械性能
Table2 Mechanical properties of BM and GH-80wires at
room temperature
采用单层单道式的多层熔敷方法。保护气体是
妒(Ar)80％+妒(C0：)20％混和气体；直流反极性。
焊接工艺参数如表3所示。
表3超窄间隙MAG焊接工艺参数
Table3 Parameter of UNG—GMAW conditions
封底焊道DCRP 205-210 23-26 4，4 18 13Ar+
填充焊道DCRP 180—200 24～26 4．2～4．4 1 8 3C02
3 超窄间隙MAG焊接头宏观分析
图3a是经过腐蚀和抛光之后的焊缝横截面，
加上反面封底焊层共9层(封底1层，正面填充8
层)；图3b为双面焊接，共11层，一面6层，另一面5
层。从图3b可以看出，热影响区的宽度约为2 mm，
这比传统弧焊方法的焊接热影响区宽度要小得多。
焊缝宽度约7．2-7．5 mm，焊层厚度4．5-5．6 mm。
a单面焊接
b双面焊接
图3焊接接头形貌
Fig．3 Apperance of weld joint
4焊接接头的显微组织
焊接接头的微观组织主要取决于焊接热循环。
图4是母材显微组织，从图中可以看到有明显的索
万方数据
砑究与设计 张富巨等：980钢超窄间隙熔化极气体保护焊研究 第5期
氏体组织【4l。图5是正火区和不完全正火区的微观
组织，可以看到，前者是索氏体组织，而后者是索氏
体和屈氏体混合组织。正火区极细的索氏体组织说
明了该区加热过程中得到的奥氏体晶粒也极细。过
热区组织如图6所示，它以上贝氏体组织为主，有
少量粒状贝氏体；该照片中隐约可见奥氏体晶界，
与母材组织相比，奥氏体晶粒并没有明显长大。对传
统技术而言，焊接热循环对该区的微观组织影响
最大，尤以晶粒粗化最为突出。但在超窄间隙MAG
焊条件下，由于采用的焊接线能量较低，冷却速度
高，过热区在奥氏体化温度以上的停留时间很短，
所以奥氏体晶粒长大倾向受到强烈抑制，从而导致
了本工艺条件下的过热区粗晶脆化倾向低。图7是
焊缝金属的显微组织，以互相交错的针状铁素体细
针组织为主。
图4 980钢母材的微观组织
Fig．4 Microstructure of steel 980
a正火区组织
图6 980钢过热区组织
Fig．6 Microstructure of over—heated zone
图7 980钢焊缝金属组织
Fig．7 Mierostructure of weld metal
5焊接接头的力学性能
根据国家标准GB／T228—2002，GB／T232—1999
和GB胞29—1994，对980钢超窄间隙MAG焊接头
的力学性能进行了评定。拉伸试验表明，焊接接头的
平均抗拉强度为930 MPa。所有试件的断裂位置都是
在远离焊缝的母材部分，如图8所示，而且距焊接
熔合线的平均距离达到了24 mm。这说明焊缝区的
抗拉强度要高于母材。
图8 9踟钢超窄间隙MAG焊接头拉伸试件
Fig．8 Tensile specimen of steel 980 ultra-narrow-gap gas
metal arc welded joint
b不完全正火区组织 弯曲试验是在环境温度4℃下完成，弯心直径
图5 980钢正火区和不完全正火微观组织d=4a，弯曲角度0=180。时，面弯和背弯试件的拉伸
Fig．5 Microstructureofnormalizing zone andhalf-normalizing 面均未见任何裂纹(见图9)，表明焊接接头的塑性
万方数据
砩究与设计 重珲执 第36卷
指标符合标准要求。
图9 980钢超窄间隙MAG焊接头弯曲试件
Fig．9 Bending specimen of steel 980 UlWa-Narrow-Gap gas
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冲击试验结果表明，4℃试验温度下，热影响区 Fig．10暑墨l警慧：釜慧譬裹ld joint
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罢些当鍪j竺j．17篓身兰耋苎篓尝鬯2錾皇堂卺 “?荡孑孟曩茗；磊笨蒿蕞MAG焊技术下的焊接
墨矍墨翌垡相哆拿，．竺磬耋P隙MAG焊条件下的焊 接头I巍菇蒿釜栗i鼻；茹装，无≤薹磊。衫妄：嚣荔
接热循环对母材的损伤很小。 响区笨，过热区菇花葙蔽化磺向箍祗。，氨影Ⅱ高甚冲
图上看，尽管“驼峰’'显著，但峰值硬度不在近缝的 口1嚣三是===竺l AofrcWwelelddinginganudsinArgc
M20焊工艺技术，用于超高强的980钢焊接，有效 p1筹MFu出-jul,AZrcWeHANGldiGn90uo-f98don。g．端芝：
万方数据
980钢超窄间隙熔化极气体保护焊研究
作者： 张富巨， 卜旦霞， 张国栋， 罗金华， 郭嘉琳， 章少华， 瞿波， ZHANG Fu-ju， BU
Dan-xia， ZHANG Guo-dong， LUO Jin-hua， GUO Jia-lin， ZHANG Shao-hua， QU Bo
作者单位： 张富巨,卜旦霞,张国栋,郭嘉琳,章少华,ZHANG Fu-ju,BU Dan-xia,ZHANG Guo-dong,GUO
Jia-lin,ZHANG Shao-hua(武汉大学,焊接研究所,湖北,武汉,430072)， 罗金华,瞿波,LUO
Jin-hua,QU Bo(武昌造船厂,湖北,武汉,430060)
刊名： 电焊机
英文刊名： ELECTRIC WELDING MACHINE
年，卷(期)： 2006，36(5)
引用次数： 2次
参考文献(4条)
1.Nakamura T.Hiraoka K Ultra narrow GMAW process with newly developed wire melting control system
2001(6)
2.KANG Y H.NAS J Characteristics of Welding and Arc Signal in Narrow Groove Gas Metal Arc Welding
Using Electromagnetic Arc Oscillation 2003(5)
3.张富巨.王朋 窄间隙焊接技术极其新进展 1999(8)
4.ZHANG Fu-ju.ZHANG Guo-dong Study of Ultra-narrowgap Gas Metal Arc Welding of 980 Steel 2005
相似文献(0条)
引证文献(2条)
1.张富巨.王燕.张国栋.王玉涛 超细晶粒钢低热输入CO2气体保护焊接头行为分析[期刊论文]-焊接学报 2008(02)
2.赵博.范成磊.杨春利.孙清洁 窄间隙GMAW的研究进展[期刊论文]-焊接 2008(02)
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