高强度耐候钢焊接性分析与研究
・12・焊接 2004(10)
高强度耐候钢焊接性分析与研究
北京二七车辆厂(100072) 王秀琴 田 川 李艳琴 庞桂森
摘要 通过对高强度耐候钢焊接性分析,采用与之匹配的焊接材料,对高强度耐候钢与不同钢种间焊接接头进行低温抗裂性、力学性能、耐大气腐蚀性能和焊接工艺性等进行试验,并对焊接接头金相组织进行分析,提出了高强度耐候钢焊接工艺及适宜的焊接材料。
关键词: 高强度耐候钢 力学性能试验 斜YANALYSISYOFHIGHSTRENGTH
RESISTANTSTEEL
BeijingFeb.7thollingStockWorks WangXiuqin,TianChuan,LiYanqin,PangGuisen
Abstract Bymeansofanalysisontheweldabilityofweatherresistantsteel,wecompletedthelowtemperatureanti2crackingtest,themechanicspropertiestestofweldedjointandtheprocessingpropertybetweenweatherresistantsteelanddissimilarsteel,andanalyzedmicro2structureofweldedjoints.Theweldingprocedureandmaterialssuitedfortheweldingofthehighstrengthweatherresistantsteelwereconfirmedbytests.
Keywords: highstrengthweatherresistantsteel ,mechaniespropertiestest, slittypecrackingtest
0 前 言
为适应铁路跨越式发展,实现大秦线年运量2亿t,
牵引总重2万t奋斗目标,我厂生产的25t轴重新型运煤敞车、C80型铝合金运煤敞车、X2H(K)双层集装箱车等车体主要承载结构均采用宝钢研制开发的Q450NQR1高强度耐候钢板,其中梁、牵引梁均采用包钢生产的B450NbRE高强度耐候310乙字型钢拼接而成。由于高强度耐候钢尚属新钢种,在铁路高速重载
车辆中首次采用,因此,我厂于去年年初开始对高强度耐候钢包括Q450NQR1高强耐候钢板、B450NbRE高强度耐候310乙字型钢分别进行了焊接性分析与焊接材料的研究。
1 高强度耐候钢的化学成分及力学性能
Q450NQR1高强度耐侯钢和B450NbRE高强度耐候310乙字型钢的化学成分和力学性能分别见表1、表2
和表3。
表1 Q450NQR1高强度耐候钢化学成分(%)
C
Si
Mn
P
S
Cu0.20~0.55
Cr0.30~1.25
Ni0.12~0.65
≤0.12≤0.75≤1.50≤0.025≤0.008
表2 B450NbRE高强度耐候310乙字型钢化学成分(%)
C
Si
Mn
P
S
Cu0.20~0.50
Ni0.20~0.50
Nb0.015~0.060
V0.02~0.15
RE(加入量)
≤0.13≤0.50≤1.70≤0.030≤0.0300.02~0.03
表3 高强度耐候钢力学性能
钢牌号
Q450NQR1B450NbRE
抗拉强度σb/MPa
≥550
≥550
屈服强度σs(min)/MPa
≥450
≥450
伸长率δ(%)
≥19
≥21
)/J冲击吸收功Akv(-40℃180°弯曲试验b≥20mm
≥60
≥23.2合格
合格
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接裂纹试验方法》,对Q450NQR1、B450NbRE高强耐候钢
焊接及其与铸造C级钢焊接,进行斜Y坡口抗裂性试验。斜Y坡口低温抗裂性试验试板拘束焊缝焊接完成后,在冰柜内进行预冷,焊接试验焊缝时,试板表面温度升至-5℃,在环境温度下焊接试验焊缝。焊接工艺参数和低温抗裂性试验结果见表4。2.3 结果分析
(1)B450NbRE+接头,在采用SF-80W(、U=30~31V)时,按1,5
个
2 高强度耐候钢焊接性分析2.1 碳当量
根据Q450NQR1、B450NbRE钢化学成分,由于合金
成分较多,因此碳当量可按相应公式计算。
Q450NQR1高强耐候钢板碳当量不大于0.20%、B450NbRE高强度耐候310乙字型钢碳当量不大于0.31%,均小于0.36%。因此理论分析,上述两种高强
耐候钢焊接性是良好的。2.2 斜Y坡口低温抗裂性试验
依据GB4675.1—84《焊接性试验(
B450NbRE+C级钢
SF-80W
,但试验焊缝在起弧处根部发现
表4 Y坡口抗裂试验焊接工艺参数与试验结果
接头形式
/mm2
焊接电流
I/A
电弧电压
U/V
气体流量
Q(L・min-1)
焊接速度
v/(cm・min-
1)
裂纹率(%)表面
0000100
根部
0000100
断面
0000100
210~230260~280230~240210~230
27~2830~3124~2527~2830~31
18~2018~2018~2018~2018~20
25~3030~4028~3025~3030~40
B450NbRE+Q450NQR1
开60°斜Y坡口对接
2
开60°斜Y坡口对接
2
260~280
有自根部向焊缝延伸的裂纹,长约1.5mm(图1),该部位按标准不做为考察断面,小规范时未发现有裂纹。
0.28%),其它合金元素含量也较高,如含锰量为1.2%
~1.5%,在焊接时采用大规范焊接时,由于焊接速度较快,造成焊缝结晶时沿C级钢一侧极易产生马氏体组织,因此采用大规范焊接C级钢,在-5℃低温或以下环境下容易产生裂纹。2.4 焊接接头力学性能试验
试验所用焊接设备:KR500气体保护焊机、BX3-500-1手工电弧焊机、SS-630型直流电弧焊机、ZXG-1000埋弧焊机,携带式X射线探伤机XX-2005型,液压式万能材料试验机WE-30、WE-60,冲击试验机JBN-300B。
进行了3种焊接接头的力学性能试验,分别为:B450NbRE高强度耐候310乙字型钢拼接中梁结构焊接;B450NbRE高强度耐候310乙字型钢翼面开60°V形坡口对接焊接;B450NbRE与Q450NQR1高强耐候钢开60°V形坡口焊接。
焊接工艺参数和依据GB3323—87标准对焊接接头焊缝X射线探伤结果见表5、表6、表7,焊接接头力学性能试验结果见表8。
图1 B450NbRE与Q450NQR1焊接接头斜Y坡
口焊接起弧处裂纹示意图
(2)B450NbRE+C级钢接头,在采用SF-80W药
芯焊丝大规范(I=260~280A、U=30~31V)时,其焊
缝表面、根部及断面发生明显的裂纹,裂纹由铸造C级钢母材熔合线向焊缝中心方向开裂,裂纹如图2所示。
图2 C级钢与B450NbRE斜Y坡口焊接裂纹示意图
理论分析,试验焊缝焊前在-15℃冰柜内降温,外界环境温度26~30℃,温差较大,试验试板取出后用红外线点式测温仪检测试件表面温度为-5℃,实际内部温度应更低,因为取出后即刻测温温度显示就为-5℃。另外铸造C级钢本身含碳量较高(0.22%~
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表5 B450NbRE乙字钢拼接中梁焊接工艺参数及X射线探伤检验结果
焊材牌号
焊材直径
d/mm
焊接 2004(10)
组装间隙
/mm
焊接层数和位置内侧
13141焊接电流
I/A
电弧电压
U/V
气体流量
Q/(L・min-1)
焊接速度
v/(cm・min-1)
焊缝等级
判定结果焊缝质量优焊缝质量优焊缝质量优
SF-80W(小规范)SF-80W(大规范)SF-80WH10MnSiCuCrNiⅢ+SJ101焊剂
210~230210~230260~300260~290210~23055027~282630~3129~3018~20
20~40
I
18~2018~2018-201820~50
I
1.20~1
外侧内侧
1.21.24.0
0~10~1
外侧内侧20~40 35~60
I
——
表6(60°V形坡口)焊接工艺参数及X射线探伤检验结果
焊材牌号
焊材直径
d/mm
焊接电流
I/A
电弧电压
U/V
气体流量Q/
(L・mm)18~2018~20
焊接速度
v/(cm・min-1)
焊缝等级
II
判定结果焊缝质量优
焊缝质量优
H10MnSiCuCrNiⅡ1.2
220~260220~240
24~2824~26
20~5020~40
表7 B450NbRE乙字钢与Q450NQR1高强耐候钢对接(60°V形坡口)焊接工艺参数及X射线探伤检验结果
试件编号
BQ-1小规范BQ-2大规范
焊材牌号
焊材直径
d/mm
焊接电流
I/A
电弧电压
U/V
气体流量
Q/(L・min-1)
焊接速度
v/(cm・min-1)
焊缝等级
II
判定结果焊缝质量优焊缝质量优
SF-80W1.2
210~230260~280
27~2830~31
18~2018~20
20~4030~50
表8 焊接接头力学性能试验结果
接头形式
B450NbRE+B450NbRE(SF-80W小规范)
抗拉强度σb/MPa
585>550(断于母材)
)/J冲击吸收功AkV(-40℃42.8>27
180°冷弯D=2a备注
冲击吸收功值为34,34,26的缺口开在熔合线处,其余缺口开在焊缝中心。冲击吸收功值为40,42,46的
合格
B450NbRE+B450NbRE(SF-80W大规范)B450NbRE+B450NbRE(外侧:H10MnSiCuCrNiⅢ
+SJ101焊剂
605>550(断于母材)575>550(断于焊缝)560>550(断于母材)565>550(断于Q450NQR1侧)
595>550(断于Q450NQR1侧)
47.6>27
合格缺口开在熔合线处,其余缺口开在焊缝中心。
78>2779>2745.642.4
合格缺口均开在焊缝中心
内侧:SF-80W)B450NbRE+B450NbRE
(H10MnSiCuCrNiⅡ)B450NbRE+Q450NQR1(SF-80W小规范)B450NbRE+Q450NQR1(SF-80W大规范)
合格缺口均开在焊缝中心
合格缺口均开在焊缝中心
合格缺口均开在焊缝中心
焊接 2004(10)
表9 熔敷金属耐腐蚀性能试验结果
焊材牌号
SF-80WH10MnSiCuCrNiⅡH10MnSiCuCrNiⅢ+SJ101焊剂
Q450NQR1钢板
(母材)
・15・
3 焊缝金属显微组织检验
(1)B450NbRE高强度耐候310乙字型钢模拟拼接中梁采用SF-80W(
腐蚀失重量/g・m
-2
72.5727271.4
腐蚀失重率
/(g・m-2・h-1)
1.021.011.010.99
相对腐蚀率
(%)
322
数:焊接电流为210~230A,电弧电压为27~28V,气体流量为20L/min,焊接速度为20~40cm/min。焊接顺序:先焊背面封底焊,正面用碳弧气刨清根制“U”坡口,正面焊接3层。金相组织检验结果:焊缝为铁素体,并以针状铁素体为主;母材为块状铁素体+少量珠光体。焊缝及母材均未见马氏体等异常组织。
(2)B450NbRE高强度耐候310中梁采用SF-80W(
4 熔敷金属及焊接接头的耐大气腐蚀性能
—
)Q450NQR1、B450NbRE高强度耐大气腐蚀钢,经
理论分析和低温抗裂性试验、焊接接头力学性能试验、
焊缝金相组织检验,证明其具有良好的焊接性。
(2)Q450NQR1、B450NbRE高强度耐大气腐蚀钢焊接用材料,经过对熔敷金属进行周期浸润腐蚀试验,证明其具有良好的耐大气腐蚀性。
(3)B450NbRE高强度耐候310乙字钢拼接中梁,Q450NQR1高强耐候钢板与B450NbRE高强度耐候310乙字钢、铸造C级钢间焊接的最佳焊接材料,主要有:H10MnSiCuCrNiⅡ富氩气体保护焊实心焊丝、H10MnSiCuCrNiⅢ埋弧焊丝+SJ101焊剂、SF-80W富氩
依据TB/T2375—93《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀
试验方法》和铁道部运装货车[2003]387号《铁道货车用高强耐度耐大气腐蚀钢热轧板(带)订货技术条件(暂行)》,对所用焊接材料进行熔敷金属耐腐蚀性能试验,试验所用仪器设备为FL-65B轮式周期浸润腐蚀试验机、天平等。
熔敷金属耐腐蚀性能试验结果见表9。
由于所用焊接材料熔敷金属的相对腐蚀率
气体保护焊药芯焊丝。
我厂自去年7月份开始试制25t轴重新型运煤敞车、C80型铝合金运煤敞车、X2H(K)双层集装箱车以来,基于以上试验的基础,车体钢结构件分别采用了H10MnSiCuCrNiⅡ富氩气体保护焊实心焊丝、H10MnSiCuCrNiⅢ埋弧焊丝+SJ101焊剂(中梁拼接焊
缝)、SF-80W富氩气体保护焊药芯焊丝焊接,经过批量生产和实际运用的考验,焊缝质量均达到了设计要
(收稿日期 求。2004 07 15)
作者简介: 王秀琴,1965年出生,大学本科,高级工程师。