GQ80型罐車罐體焊接接頭試驗工藝

賈汝唐　王建紅　黨軍旺??

摘要：GQ80型輕油罐車罐體是由高強度耐大氣腐蝕鋼（Q450NQR1）和壓力容器用鋼（Q345R）焊接而成，其中Q450NQR1鋼首次在罐車罐體上使用，如何獲得優(yōu)質的焊接接頭，是確保GQ80型罐車使用可靠、安全穩(wěn)定運行的關鍵。所以，對Q450NQR1鋼焊接接頭的性能試驗和研究是非常必要的。

關鍵詞： 熔敷金屬； 焊接熱輸入； 力學性能

中圖分類號：TG407

0 前言鐵路貨運重載運輸是提高運能、降低運營成本的有效途徑，是世界鐵路貨車技術發(fā)展的重要標志和趨勢，罐車作為國內主型鐵路貨車之一也不例外。在70噸級罐車成熟技術的基礎上，自行開發(fā)設計了GQ80型輕油罐車，傳統的罐車罐體通常采用Q345A或G345R等低合金鋼，焊接工藝成熟，通過多年的使用證明Q345鋼制造的罐體安全可靠，焊接性能良好，而GQ80型罐車罐體采用了高強度耐候鋼Q450NQR1，由于此鋼種是首次在罐車罐體上使用，為了確保GQ80型罐車在制造、使用、運行過程中焊縫的安全可靠，對罐體的焊接接頭的性能進行全面試驗研究是非常有必要的[1-2]。

1 焊接試板制作工藝

GQ80型輕油罐車罐體板材采用符合《運裝貨車387號文》的高強度耐大氣腐蝕鋼Q450NQR1，特點是低磷、強度高及低溫沖擊韌性高，其化學成分見表1。

罐車罐體縱環(huán)縫均采用埋弧自動焊，所以焊接接頭試驗為埋弧焊焊接接頭，選用的埋弧焊絲為符合TB/T2374-2008《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼及不銹鋼焊接材料》的TH550-NQ-Ⅲ，焊絲直徑5 mm，焊劑SJ101， 焊絲的化學成分見表2。

試板焊接完全按照罐體縱環(huán)縫焊接形式進行制作，坡口形狀為V形，坡口角度70°，鈍邊5 mm，組對間隙0～2 mm，具體如圖1所示。焊接方法采用埋弧自動焊，焊前焊劑SJ101在300～350 ℃烘干1～2 h，先焊接坡口正面焊縫，背面用角磨機打磨，清除金屬溢流物等，不清根，埋弧焊焊接背面焊縫，焊接工藝參數見表3。試件焊接完成后，通過外觀檢測，再放置24 h后，進行射線探傷，合格后按照試驗要求分別加工試樣。

2 力學性能試驗

根據GQ80罐車技術條件，罐體焊接必須按照NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》進行焊接工藝評定，依據標準要求，在焊接試板上截取制作拉伸、彎曲和沖擊試樣，試驗試樣如圖2～4所示，評定結果見表4。

根據NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》要求，試樣抗拉強度應不低于規(guī)定母材抗拉強度最低值，10 mm厚的高強度耐候鋼（Q450NQR1）抗拉強度下限值為550 MPa，試驗結果均大于550 MPa。彎曲試樣彎曲到180°后，其拉伸面上的焊縫和熱影響區(qū)內沿任何方向沒有產生開口缺陷，4個彎曲試樣均合格。按照設計和材料的要求，沖擊試驗在-40 ℃下進行，3個標準試樣沖擊吸收能量平均值≥31 J，試驗結果合格。從表4的試驗數據可看出此焊接接頭的抗拉強度、彎曲性能及沖擊值均符合設計和標準的要求，能夠滿足新產品的焊接質量要求。

3 硬度試驗

硬度試驗可以測得焊縫金屬、熱影響區(qū)和母材的硬度值，通過硬度測試，可以了解區(qū)域偏析和近縫區(qū)的淬硬傾向，根據淬硬傾向大小來反應鋼材對冷裂紋的敏感程度。此次硬度試驗按照GB/T 2654—2008《焊接接頭硬度試驗方法》進行測定，焊接接頭試驗位置示意圖如圖5所示。

通過對14個點的硬度測試，結果見表5。

從表5的測試結果可以看出，高強度鐵道用耐候鋼Q450NQR1在常溫下焊接接頭的最高硬度明顯低于焊接冷裂紋傾向的臨界維氏硬度值350 HV，即高強度鐵道用耐候鋼Q450NQR1無需預熱便可進行焊接，這種鋼材對焊接冷裂紋不敏感，即其焊接性良好。

4 腐蝕試驗

根據罐車運輸的介質，選用典型的汽油作為GQ80型輕油罐車罐體母材和焊接接頭的腐蝕介質，按照JB/T 7901—1999《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》進行試驗。

采用板狀材料試樣，試樣尺寸為：50 mm×25 mm×2 mm，平行試樣取3個；試驗溫度為（50±1） ℃；時間為168 h；試驗介質為汽油；試驗儀器為電熱恒溫水浴鍋、1 L玻璃燒杯等（圖6）。

按照要求進行試驗后，用清水沖洗試樣，用毛刷去除試樣表面的腐蝕產物，然后用丙酮超聲波清洗試樣，吹干稱重。全浸腐蝕試驗的評定方法根據試樣的腐蝕形態(tài)特征情況和腐蝕失重（對于腐蝕產物難以去除的則為增重）綜合評定，對于均勻性全面腐蝕，可以根據腐蝕速率判斷腐蝕的嚴重性，腐蝕試樣如圖7所示。

試樣通過腐蝕后腐蝕形貌如圖8所示?？梢钥吹?，Q450NQR1母材和焊縫試樣表面均無明顯腐蝕特征，即在汽油環(huán)境中兩種材料狀態(tài)均具有很好的耐蝕性能。

5 卷板試驗

為了了解帶丁字接頭的Q450NQR1鋼板在制造罐體過程中，通過滾圓機將板材卷制成筒體，板材和焊接接頭是否會產生缺陷（如裂紋），通過卷板試驗評估板材與焊接接頭的力學性能。

將規(guī)格為2 000 mm×1 000 mm×10 mm的3塊板按照圖9的尺寸及型式拼接成一塊大板，按照評定合格的焊接工藝進行焊接，這樣拼板在卷制時就會出現一條縱縫和一條環(huán)縫（圖10），按照GQ80罐體弧度進行卷制（圖11），成形前后進行射線探傷，來判斷焊接接頭是否有裂紋的產生。再在卷制后的試板上的母材

圖11 卷板后的實物

和焊接接頭上截取600 mm×300 mm試板，按照彎曲方

向，母材縱向和橫向試板各一塊，縱縫和環(huán)縫試板各一塊。將帶焊縫的試板焊縫余高打磨與母材平齊，通過校平，取試樣，進行力學性能試驗。

通過射線探傷，滾圓前后焊縫均無裂紋產生，母材的性能測試結果見表6，焊接接頭測試結果見表7。

6 結論（1）通過力學性能測試，焊接接頭的各項力學性能和彎曲性能均符合設計和標準要求，滿足GQ80型輕油罐車焊接質量要求。（2）通過焊接接頭的硬度值測試，說明高強度耐候鋼Q450NQR1無需預熱便可進行焊接，對焊接冷裂紋不敏感，其焊接性良好。（3）通過Q450NQR1母材和焊縫試樣在汽油環(huán)境中的腐蝕試驗。說明Q450NQR1鋼材可用于制備儲存汽油等輕油介質的容器或罐車。（4）通過卷板試驗，說明帶焊縫的Q450NQR1鋼板進行滾圓不會產生裂紋，且各種性能符合要求。

參考文獻

[1] [ZK（#]曲朝霞，李自剛.寶鋼高強度鐵道車輛用鋼的焊接技術[J].鋼鐵，2005，40（5）：65-68.

[2] 陳增有.Q450NQR1高強度耐候鋼的焊接[J]. 焊接， 2004（10）：37-39.