不同耐候指數焊絲對Q420qENH焊接接頭沖擊及腐蝕性能的影響

王鳳會，高立軍，張 熹，許 靜，劉 宏

（首鋼技術研究院，北京100043）

不同耐候指數焊絲對Q420qENH焊接接頭沖擊及腐蝕性能的影響

王鳳會，高立軍，張 熹，許 靜，劉 宏

（首鋼技術研究院，北京100043）

采用不同耐候指數的焊絲焊接了首鋼生產的50mm厚Q420qENH耐候橋梁鋼，通過沖擊試驗、電化學試驗及周浸腐蝕試驗研究了接頭焊縫區(qū)的沖擊性能及焊接接頭的腐蝕性能。結果表明，耐候焊絲獲得的焊縫區(qū)沖擊性能優(yōu)于普通焊絲；焊縫的開路電位高于普通焊絲，焊接接頭的腐蝕性能優(yōu)于普通焊絲。

耐候鋼；耐候指數；韌性；電化學試驗；周浸腐蝕試驗

0 前言

目前橋梁對鋼材的性能要求越來越高，包括力學性能、焊接性能及腐蝕性能等。傳統(tǒng)的高強度橋梁鋼力學性能較差，且不耐大氣、海洋環(huán)境腐蝕。耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，是介于普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼，其耐候性為普通鋼的2～8倍。高性能耐候橋梁鋼能抗工業(yè)大氣、酸雨、海洋大氣及海水的腐蝕，內陸和沿海橋梁可以免涂裝使用。近年來高性能耐候橋梁鋼的實用性及可靠性研究成為鋼鐵材料研究的熱點[1-3]。

耐候橋梁鋼的連接要使用焊接技術，焊接接頭的組織和成分與母材不同，可能會成為結構的薄弱環(huán)節(jié)，因此既要考慮耐蝕橋梁鋼母材的性能，也要考慮其焊接接頭的性能[4-6]。對于耐候鋼來說，焊縫的韌性和腐蝕性同等重要，因此耐候鋼焊絲與耐候鋼必須具有良好的匹配以保證焊接接頭獲得良好的綜合性能。本研究采用同強度級別、不同耐候指數的三種焊絲分別進行耐候鋼的焊接試驗，通過夏比沖擊試驗研究三種焊絲獲得的焊接接頭焊縫的沖擊性能，通過電化學試驗、周浸腐蝕試驗，從腐蝕的角度衡量三種焊絲與耐候鋼的匹配性。

1 試驗材料及方法

試驗材料選用50 mm的Q420qENH耐候橋梁鋼，其典型金相組織如圖1所示。焊接試板坡口為X型，焊接試驗采用氣體保護焊，保護氣體為φ（Ar）80％+φ（CO2）20％，試板焊前預熱80℃～120℃，焊接熱輸入約15 kJ/cm，焊接接頭的宏觀形貌如圖2所示。焊接試驗選擇了三種不同成分的焊絲，其中1#和2#接頭采用兩個不同廠家的耐候鋼焊絲，3#采用普通焊絲。Q420qENH的主要化學成分見表1，采用三種焊絲所得焊縫的主要化學成分見表2。

圖1 試驗材料金相組織

圖2 焊接接頭宏觀照片

表1 Q420qENH化學成分％

表2 焊縫的主要化學成分％

焊后在接頭距表面2 mm處向厚度方向取焊縫沖擊試樣，在-40℃檢測其沖擊韌性。在距表面2 mm處取焊接接頭電化學試驗及周浸腐蝕試驗試樣。

對采用三種焊絲所得焊接接頭的焊縫區(qū)進行電化學分析，試驗溶液為0.01 mol/L的NaHSO3溶液，輔助電極為Pt片，參比電極為Ag/AgCl電極，試樣為工作電極，環(huán)境溫度為室溫。電化學交流阻抗的掃描頻率為0.1～10 MHz。對三種焊接接頭試樣進行周浸腐蝕試驗，試驗介質為3.5％NaCl溶液，模擬海洋大氣環(huán)境，試驗溫度45℃±2℃，濕度70％±5％，每個循環(huán)周期為60 min，其中浸潤時間12 min，干燥時間48 min，試驗時間72 h。

2 試驗結果和討論

2.1 接頭焊縫沖擊性能

耐候鋼根據其耐候指數來評判耐候性，耐候指數則依據化學成分計算獲得

計算結果及其沖擊吸收功見表3。三種焊接接頭焊縫區(qū)的金相組織如圖3所示。

圖3 三種焊接接頭焊縫區(qū)的金相組織

由表3可知，采用耐候焊絲獲得的1#和2#焊縫區(qū)的耐候指數為母材耐候指數±5％，采用普通焊絲獲得的3#遠遠低于母材。三種焊縫區(qū)的沖擊吸收功均滿足E級鋼材行業(yè)內標準要求，1#焊縫區(qū)的沖擊吸收功富余量較大，3#焊縫的富余量較小，其中單值已經出現(xiàn)了不合格的現(xiàn)象。由圖3可知，焊縫區(qū)的晶界為先共析鐵素體組織，晶內為針狀鐵素體，1#焊縫中存在少量粒狀貝氏體組織，1#～3#焊縫區(qū)中的先共析鐵素體含量逐漸增多，且晶粒變得更為粗大，從而降低了焊縫的沖擊性能。

表3 試驗材料及焊縫區(qū)耐候指數及其沖擊吸收功

2.2 焊接接頭焊縫電化學試驗

對母材及三種接頭的焊縫區(qū)進行電化學測試，以評價其耐蝕性，結果如圖4所示。

圖4 母材及焊縫區(qū)電化學試驗結果

由圖4可知，三種焊縫區(qū)的電化學開路電位都低于母材，其中1#、2#的開路電位相差不大、接近于母材，3#焊縫遠遠低于母材。因此，從三種焊縫的電化學結果可以判斷：①1#焊縫的耐蝕指數雖高于母材，但組織及組織均勻性上的差別造成了焊接接頭耐蝕性低于母材；②1#焊縫與2#焊縫的耐候指數在母材耐候指數±5％范圍內，其耐蝕性相差不大，接近于母材；③3#焊縫的耐蝕指數比母材低35％，其接頭電化學耐蝕性遠遠低于母材。

2.3 焊接接頭周浸腐蝕試驗

分別72 h周浸腐蝕試驗后的母材試樣及三種焊接接頭的表面銹層，周浸試樣表面銹層照片如圖5所示。周浸試驗獲得的母材試樣表面銹層均勻一致，2#試樣表面焊縫區(qū)與周圍母材區(qū)域的銹層相差不大，整個材料表面接近均勻一致；1#和3#試樣表面焊縫區(qū)與周圍母材區(qū)域的銹層有一定的差別，其中3#最為嚴重。焊縫區(qū)與周圍母材區(qū)域的銹層相差過大，不利于焊接接頭的耐蝕性，因此2#的耐蝕性最好，1#稍次之，3#最差。

圖5 材料周浸腐蝕試驗試樣帶銹層

對周浸試驗獲得的試樣進行酸洗除銹處理，觀察試樣表面的腐蝕坑分布，如圖6所示。試樣表面除銹后進行稱重對比，計算試樣失重腐蝕速率，母材及三種焊接接頭試樣的失重腐蝕速率如圖7所示。

圖6 試樣除銹后表面腐蝕坑照片

圖7 焊接接頭周浸腐蝕試驗失重腐蝕速率

由圖6可知，母材試樣表面的腐蝕坑均勻一致，2#試樣表面焊縫區(qū)與母材區(qū)腐蝕坑接近一致，1#試樣焊縫區(qū)的腐蝕坑比母材區(qū)細小，3#試樣焊縫區(qū)的腐蝕坑明顯比母材區(qū)的更密，且腐蝕坑更深一些。

由圖7可知，三種焊接接頭的失重腐蝕速率沒有明顯的差別，都大于母材的腐蝕速率。1#、2#試樣在72 h周浸試驗下的失重腐蝕速率高于3#試樣。

由上述分析可知，由于1#接頭焊縫區(qū)的耐蝕合金元素高于母材，1#接頭焊縫區(qū)的耐蝕性優(yōu)于母材區(qū)；2#接頭采用的焊絲與該耐候橋梁鋼匹配較好，接頭耐蝕性較好；3#接頭焊縫區(qū)耐蝕合金元素及自腐蝕電位都遠遠低于母材，其焊縫與母材匹配最差。

3 結論

（1）采用耐候焊絲及普通焊絲獲得的焊縫的沖擊吸收功都能滿足使用要求，但普通焊絲獲得的3.90耐候指數的焊縫沖擊吸收功出現(xiàn)單值不合格，耐候焊絲獲得的6.33耐候指數的焊縫沖擊性能優(yōu)于5.77的焊縫。

（2）1#和2#耐候焊絲獲得的焊縫的電化學腐蝕性能與母材相差不大，3#普通焊絲獲得的焊縫的開路電位遠遠大于母材。

（3）72 h周浸腐蝕試驗下，2#焊絲與耐候鋼匹配較好，接頭具有優(yōu)異的耐海洋大氣腐蝕性能，3#普通焊絲獲得的焊縫腐蝕坑密集且嚴重。

[1]夏茂森，關小軍，蔣善玉.耐大氣腐蝕鋼及表面穩(wěn)定化處理的研究綜述[J].山東冶金，2007，29（2）：4-10.

[2]張旭，楊善武，張文華，等.低合金耐候鋼在周期性交替條件下的腐蝕行為[J].材料研究學報，2013，27（1）：18-24.

[3]吳紅艷，趙艷敏，艾崢嶸，等.高強度耐候鋼在模擬工業(yè)大氣環(huán)境下的腐蝕行為[J].材料熱處理學報，2013，34（11）：150-155.

[4]聶友明，陳增有，蘇廣宇.S450EW高耐蝕性耐候鋼的焊接工藝[J].大連交通大學學報，2012，33（3）：45-47.

[5]張淑娟，羅嬌，劉東升.Q500qENH特厚橋梁鋼板及其焊接接頭的耐腐蝕性能[J].上海金屬，2014，36（1）：18-22.

[6]孔小東，楊明波，朱梅五.10Ni2CrMoV鋼焊接接頭腐蝕特性研究[J].材料開發(fā)與應用，2010，25（4）：1-6+15.

Effect of different weather resistance index welding wires on impact and corrosion performance of Q420qENH welded joint

WANG Fenghui，GAO Lijun，ZHANG Xi，XU Jing，LIU Hong
（Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China）

Welding wires with different weather resistance index were adopted to study the welding technology test of Q420qENH steel with 50 mm thickness produced in Shougang.Impact test，electrochemical method and weekly leaching test were applied to evaluate the welded joint impact and corrosion performance.The results showed that impact performance of the weld joint obtained by weather resistance welding wire was better than the ordinary wire joint.The open circuit potential of weather resistance welding wire joint was higher than the ordinary wire joint.The corrosion performance of weather resistance welding wire joint was better than that of ordinary wire.

weathering steel；weather resistance index；toughness；electrochemical method；weekly leaching test

TG42

A

1001－2303（2017）01－0044-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.01.08

獻

王鳳會，高立軍，張熹，等.不同耐候指數焊絲對Q420qENH焊接接頭沖擊及腐蝕性能的影響[J].電焊機，2017，47（1）：44-47.

2016-04-13；

2016-07-07

王鳳會（1988—），男，山東棗莊人，碩士，工程師，主要從事高強鋼、管線鋼及復合材料的焊接性及配套焊材的研究。