Q550NQR1高強(qiáng)耐候鋼焊接工藝研究

趙嬌玉 黃鳳龍 陳增有

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

Q550NQR1高強(qiáng)耐候鋼焊接工藝研究

趙嬌玉 黃鳳龍 陳增有

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)，掌握Q550NQR1高強(qiáng)耐候鋼材料的焊接性，并匹配合理的焊接材料，確定合適的焊接工藝規(guī)范參數(shù)，最終成功地應(yīng)用于鐵路貨車產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)。

Q550NQR1；TH650EW-Ⅱ；焊接工藝試驗(yàn)；焊接工藝

為適應(yīng)我國(guó)鐵路貨車的發(fā)展方向，降低車輛自重，提高整車性能，滿足快捷、重載鐵路貨車發(fā)展趨勢(shì)對(duì)車輛輕量化的要求，中車齊齊哈爾車輛有限公司在某款煤炭漏斗車設(shè)計(jì)中采用了Q550NQR1高強(qiáng)耐候鋼(以下簡(jiǎn)稱Q550NQR1鋼)。該鋼材第1次被運(yùn)用到鐵路貨車上，為確定合理的焊接工藝，保證焊接接頭的質(zhì)量滿足技術(shù)條件及使用工況要求，對(duì)Q550NQR1鋼的焊接性、配套焊接材料及焊接工藝進(jìn)行了研究，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)Q550NQR1鋼的焊接工藝和接頭性能進(jìn)行了試驗(yàn)及評(píng)定。

1 材料性能分析

1.1 材料化學(xué)成分

試驗(yàn)用Q550NQR1鋼為某公司按照TB/T 1979《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼》標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，交貨狀態(tài)為熱軋，鋼板厚度為12 mm，其化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下(括號(hào)中為標(biāo)準(zhǔn)值)：

w(C)=0.07%(≤0.16%)；w(Si)=0.24%(≤0.75%)；w(Mn)=1.39%( ≤2.00%)；w(S) =0.003%(≤0.08%)；w(Cu)=0.26%(0.20%～0.55%)；w(P)=0.014% (≤ 0.025%)；w(Ni)=0.14%(0.12%～0.65%)；w(Cr)=0.46%(0.30%～1.25%)。

1.2 材料的力學(xué)性能

通過(guò)常溫下的拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和夏比沖擊試驗(yàn)，檢測(cè)出Q550NQR1鋼的常溫力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 Q550NQR1鋼的力學(xué)性能

1.3 材料的焊接性分析

由表1可知，該鋼材中含有Cu，Cu能提高鋼材的強(qiáng)度和韌性，特別是耐大氣腐蝕性能，缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，但是該鋼種的Cu含量?jī)H為0.26%，對(duì)鋼材的焊接性無(wú)不良影響,且S、P等雜質(zhì)含量較低,也不易產(chǎn)生熱裂紋[1]。但采用國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式[2]進(jìn)行計(jì)算：

得到碳當(dāng)量CE=0.41，說(shuō)明母材具有一定的淬硬傾向。為降低淬硬傾向，應(yīng)采取預(yù)熱措施以減緩焊接接頭的冷卻速度，適當(dāng)延長(zhǎng)冷卻時(shí)間，從而減少或避免淬火組織，同時(shí)也有利于氫的逸出。根據(jù)澳大利亞/新西蘭標(biāo)準(zhǔn)(AS/NZS 1554.1)《結(jié)構(gòu)鋼的焊接》，確定該鋼材的最低預(yù)熱溫度為50 ℃。

2 焊接工藝試驗(yàn)

結(jié)合Q550NQR1鋼的強(qiáng)度及化學(xué)成分，選取型號(hào)為TH650EW-Ⅱ的配套焊絲，對(duì)Q550NQR1鋼同種及異種鋼材的對(duì)接接頭、角接接頭分別進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，具體內(nèi)容包括外觀檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)、拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)和低倍金相試驗(yàn)。焊接方法采用熔化極活性氣體保護(hù)焊(MAG)，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2，焊前進(jìn)行75～100 ℃預(yù)熱處理，多層焊時(shí)，層間溫度控制為100～120 ℃，焊接參數(shù)如表2所示。

表2 焊接工藝參數(shù)表

3 焊接工藝試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 焊縫檢驗(yàn)及低倍金相結(jié)果

對(duì)焊接試件分別進(jìn)行100%目測(cè)檢驗(yàn)、磁粉檢驗(yàn)及射線檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明焊縫成型良好，焊縫表面及焊縫內(nèi)部無(wú)焊接缺陷。剖切試件，制備金相試樣，焊接接頭宏觀金相圖片如圖1所示。用5倍放大鏡觀察焊接接頭，沒(méi)有未熔合、氣孔、裂紋、夾雜等缺陷，與無(wú)損檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)一，說(shuō)明采用該工藝參數(shù)焊接Q550NQR1鋼具有良好的工藝適應(yīng)性。

3.2 力學(xué)性能結(jié)果及分析

根據(jù)以上焊接工藝試驗(yàn)方案，共完成了8項(xiàng)焊接工藝評(píng)定試板的制作，并進(jìn)行了相關(guān)力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

Q550NQR1鋼同種材質(zhì)焊接試件的拉伸強(qiáng)度平均值為723 MPa，斷裂位置為母材；Q550NQR1鋼與Q450NQR1鋼焊接試件的拉伸強(qiáng)度平均值為621 MPa，斷裂位置為Q450NQR1鋼的側(cè)母材，拉伸結(jié)果表明焊縫接頭強(qiáng)度滿足要求，焊縫的硬度值比母材的硬度值要高，這與拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)中斷裂位置在硬度、強(qiáng)度較低的母材部分結(jié)果一致。焊縫及母材的-40 ℃沖擊功均高于要求值，熱影響區(qū)沖擊值普遍高于焊縫中心，這與焊縫金屬 Cr含量的提高會(huì)導(dǎo)致沖擊韌性的下降有關(guān)。將上述檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)要求對(duì)比，確認(rèn)采用上述工藝參數(shù)焊接Q550NQR1鋼所得焊縫完全滿足使用要求。

圖1 金相圖片

表3 接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

注*：d=4a即彎曲直徑為板厚的4倍。

4 結(jié)論

(1) Q550NQR1鋼需要焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度在75～100 ℃之間，隨著板厚的增加可以適當(dāng)提高預(yù)熱溫度。

(2)Q550NQR1鋼采用熔化極氣體保護(hù)焊焊接時(shí)，對(duì)接、角接接頭焊接工藝性良好。

(3)選定合適的焊接方法、工藝措施及焊接工藝參數(shù)，使用TH650EW-Ⅱ焊材焊接Q550NQR1鋼，焊接質(zhì)量合格，力學(xué)性能等指標(biāo)符合技術(shù)條件的要求。

[1] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)(第2卷)：材料的焊接(第三版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] American Society for Testing and Materials.ASME BPVE Sec Part A：Ferrous material specifications(SA-45l to the End)[M].New York：American Society of Machanical Engineers,2007.□

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)02-0047-02

2015-10-21

趙嬌玉(1983-),女，碩士研究生學(xué)歷,工程師,從事鐵路貨車用鋼焊接工藝研究工作。

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