6252超高强钢与Q550G焊工艺与应力变形控制研究.pdf

摘要

摘要

6252超高强由于具有极高的强度、硬度以及晶粒尺寸极细的特点，在军

用防护、提高汽车防护等级、实现汽车轻量化领域具有广阔的应用前景，但也

因其具备这些特性，使得其在焊后冷却中常伴随着翘曲变形和残余拉应力。本

文在分析国内外超高强钢板连接方法、组织与性能的基础上，以研究6252超

高强钢与Q550D高强钢焊接工艺为目的，在进行了可焊性研究、不同焊丝填

充下焊接接头组织及性能研究的基础上，通过仿真计算和实际测试研究了焊缝

区域的残余应力分布，同时分析了超声去应力处理对焊缝两侧残余应力的影响

和采用盖面层分段焊接的可行性，研究了超生态焊缝的组织及部分力学性能的

变化。

以4.5mm厚的6252超高强钢板和Q550D高强钢板为材料，制备60°V

型坡口，进行了异种高强钢打底层及盖面层的工艺研究。研究表明，由于两钢

板的热导率、晶粒尺寸以及线膨胀系数相差极大，在焊接过程中容易出现对接

间隙变化以及变形风险，严重时还会导致末端焊穿。对打底层及盖面层进行工

艺试验，优化焊接参数：打底焊焊接功率4000W，送丝速度7.5m·min-1，焊

速0.4m·min-1，对接间隙0.7mm；盖面层施焊功率3500W，焊速0.35m·min-

1。焊道布置方面，两道焊缝设置下改善了焊接裂纹萌生并极大减少焊接变形，

打底焊层高于两侧母材平齐时有利于盖面层的熔敷。

本研究选择ER70S-G、ER120S-G以及ER140S-G三种铁素体高强钢焊丝

进行异种钢的焊接实验。对三种焊丝填充形成焊接接头组织进行差异研究。随

着焊丝中促进下贝氏体转变元素的增加，在焊缝区下贝氏体所占区域显著上升，

且在6252超高强钢一侧熔合线附近板条马氏体的晶粒尺寸也显著增加。焊缝

横截面水平方向上元素分布较均匀。

对比三种焊丝填充下焊接接头显微硬度，焊丝种类对两侧母材硬度影响不

大，硬度峰值均出现在6252侧熔合线附近板条马氏体含量较高的区域，三种

焊丝对应焊缝区硬度均超过Q550D母材硬度，另外盖面焊硬度高于打底焊，

焊缝区硬度随焊丝强度增加而增加。拉伸测试结果显示，整体接头试样断裂位

置均处于母材位置，焊缝强度随焊丝强度增加而增加。低温冲击试验表明，采

用ER140S-G焊丝可以在焊缝区获得更低的韧-脆转变温度，Q550D侧热影响

区在低温下表现为明显的脆断。

通过计算机模拟以及盲孔法测试对比焊缝位置残余应力，焊缝两侧以纵向

-I-

摘要

拉应力为主。经超声冲击拉应力被抵消获得压应力，且Q550D侧获得压应力

水平高于6252侧。超声态焊缝在处理位置表面发生明显的晶粒尺寸以及取向

的变化。另外，超声态下的焊缝区硬度得到显著提升，对焊缝区拉伸强度无太

大影响，断口位置气孔数量及尺寸明显降低。

关键词:6252超高强钢；异种焊接；超声去应力；数值模拟；组织性能

-II-

Abstract

Abstract

Duetoitsextremelyhighstrength,hardness,andfinegrainsize,6252ultra-

high-strengthsteelholdssignificantpotentialforapplicationsinmilitary

protection,enhancingautomotiveprotectionlevels,andachievinglightweight

vehicles.However,thesecharacteristicsalsomakeitpronetodeformationand

significantresidualstress