基于防護(hù)型車用超高強(qiáng)鋼焊接工藝研究

陳英

摘 要：為了滿足車輛良好的防護(hù)性能，使超高強(qiáng)度鋼焊接接頭強(qiáng)度及硬度符合車輛安全使用要求，文章分析了超高強(qiáng)度鋼（抗拉強(qiáng)度超過1500Mra）的可焊性和焊接工藝。研究了超低碳馬氏體不銹鋼焊接耗材，并確定了MAG焊接工藝流程和相關(guān)技術(shù)參數(shù)，消除了焊接接頭的裂紋及其他一些不良缺陷。實(shí)踐表明，焊接接頭的強(qiáng)度達(dá)到基礎(chǔ)建材強(qiáng)度的70%以上，硬度符合基本建材的使用標(biāo)準(zhǔn)，使其焊接的車架結(jié)構(gòu)滿足車輛的防護(hù)性能需求。

關(guān)鍵詞：防護(hù)型;焊接工藝;超高強(qiáng)鋼

中圖分類號：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）21-192-03

Abstract： In order to meet the good protection performance of vehicles and make the strength and hardness of ultra-high -strength steel welded joints meet the requirements for safe use of vehicles， the article analyzes the weldability and welding process of ultra-high-strength steel （tensile strength exceeding 1500Mra）. The ultra-low carbon martensitic stainless steel welding consumables were studied， and the MAG welding process and related technical parameters were determined， which eliminated the cracks and other defects of the welded joints. Practice has shown that the strength of the welded joint reaches more than 70% of the strength of the basic building materials， and the hardness meets the standard for the use of basic building materials， so that the welded frame structure meets the requirements of vehicle protection performance.

Keywords： Protection type; Welding process; Ultra high strength steel

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-192-03

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會的多樣化需求，超高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸廣泛。然而，由于其高強(qiáng)度，高硬度和高碳當(dāng)量，超高強(qiáng)度鋼的可焊性卻隨之降低，使其成為車輛防護(hù)結(jié)構(gòu)中半彈性最薄弱環(huán)節(jié)。鑒于此，本研究以超低碳馬氏體不銹鋼焊絲為填充材料，并配合工藝參數(shù)來分析當(dāng)前超高強(qiáng)度鋼的焊接性能，避免焊接后接頭開裂，以確保高強(qiáng)度鋼連接件的連接強(qiáng)度，并促進(jìn)超高強(qiáng)度鋼的廣泛應(yīng)用。

1 超高強(qiáng)鋼特點(diǎn)及可焊性

1.1 超高強(qiáng)鋼力學(xué)性能

目前，國內(nèi)外典型的超高強(qiáng)度鋼主要有：瑞典SSAB生產(chǎn)的Amox500T和Amox600等等。中國寶鋼生產(chǎn)的P6500，該型號是我國鋼鐵研究機(jī)構(gòu)的代表鋼牌號，例如F601和F602。表1列舉了幾種典型超高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能，從數(shù)據(jù)可以看出，隨著熱處理技術(shù)的不斷發(fā)展，超高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能有了很大提升，強(qiáng)度大大高于普通高強(qiáng)度鋼。但是，由于該型材強(qiáng)度高（是普通高強(qiáng)度鋼的2倍），而在焊接過程易受各種缺陷的影響，使其增加了焊接難度。

1.2 超高強(qiáng)鋼化學(xué)成分及焊接評價

據(jù)統(tǒng)計，最先進(jìn)的超高強(qiáng)度鋼屬于Cr-Ni-Mo系列合金鋼，化學(xué)成分差異不大，其組成性能見表2所示[4]。

2 MAG焊接工藝試驗

超高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分差別不大，可焊性相似。為了進(jìn)行測試，本研究選取中國鋼鐵科學(xué)研究院的F601鋼板進(jìn)行焊接試驗分析。

2.1 焊接材料

在超高強(qiáng)度鋼中，由于熱影響區(qū)的冷裂紋，再熱裂紋和軟化，導(dǎo)致車架構(gòu)件接頭的機(jī)械性能降低。為符合建材材料的強(qiáng)度和韌性，根據(jù)化學(xué)成分的性質(zhì)和強(qiáng)度匹配原理，選用超低碳馬氏體不銹鋼焊絲HS367，焊絲直徑為1.2mm，其力學(xué)性能見表3所示。由于超高強(qiáng)度鋼板的高可壓縮性和焊接時的淺熔深，使用體積分?jǐn)?shù)為49%的He來增加熔深。超低碳馬氏體不銹鋼的液滴潤濕性較差，體積分?jǐn)?shù)增加了2%。氧氣可改善保護(hù)氣體的活性，從而實(shí)現(xiàn)無缺陷的焊接[2]。

2.2 焊接工藝條件

超高強(qiáng)度鋼存在冷裂紋，再熱裂等問題。因此，主要選擇具有適當(dāng)鍍層效率和能量密度的MAG焊接方法。

超高強(qiáng)度鋼的焊接工藝對環(huán)境條件要求較高，最合適的焊接條件：溫度應(yīng)低于15℃，濕度不超過60%。如果環(huán)境條件不符合標(biāo)準(zhǔn)，則必須采取加熱和除濕等措施來滿足焊接試驗要求。

此次測試鋼板是用于車架結(jié)構(gòu)防護(hù)，分別采用兩組厚度為65mm和200mm400mm鋼板作為基礎(chǔ)材料。接口形式為單V型槽對接接頭焊接，槽角不得大于75°，鈍邊應(yīng)在1.0mm左右，間距不得超過2mm。主要焊接參數(shù)見表4所示[5]。

2.3 焊接接頭試驗結(jié)果

通過試驗獲得焊接接頭的機(jī)械性能如表5所示。由此可以看出，預(yù)熱后的接頭強(qiáng)度可以達(dá)到1200MPa左右，達(dá)到基材抗拉強(qiáng)度的70%，拉伸斷裂在熱影響區(qū)附近，可以滿足焊接要求[3]。對于異型材的設(shè)計要求，接頭的抗沖擊韌性相對于由于接頭熱影響區(qū)軟化而產(chǎn)生的抗沖擊韌性要高于基材的低溫抗沖擊韌性，其彎曲性能與基材的抗彎性能相當(dāng)?？梢钥闯?，超高強(qiáng)度的鋼焊接需要預(yù)熱。

3 MAG焊接工藝要點(diǎn)

3.1 焊接流程

結(jié)合高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分及可焊性分析，MAG焊接工藝流程如下：開坡口焊前清理定位預(yù)熱裝夾焊接焊后處理檢驗（焊接是否合格）。

3.2 焊前準(zhǔn)備

（1）檢測焊接機(jī)的電源并采用直流反向連接。

（2）檢查電線供應(yīng)系統(tǒng)，以確保電線供應(yīng)沒有受到阻礙。

（3）檢查焊槍的噴嘴是否磨損以及通風(fēng)孔是否光滑。

（4）檢查供氣系統(tǒng)，確保減壓器和流量計正常。

（5）檢查焊接材料：檢查焊絲表面是否光滑，無生銹，油污和磨損，并檢查保護(hù)氣體。

（6）焊接環(huán)境檢查：現(xiàn)場施工風(fēng)速不得大于2.0m/s。

（7）工件表面清潔：使用角磨機(jī)在20mm范圍內(nèi)清潔焊縫兩側(cè)的銹蝕。油漬等需要清潔的區(qū)域才能露出金屬光澤。

（8）焊接前的預(yù)熱：將板加熱到80?100℃。

3.3 焊接技術(shù)要點(diǎn)

（1）引?。浩鸹r，焊絲的長度為5～7mm，如果太長則需要切割，如果焊絲末端有小球，則應(yīng)切割。

（2）焊接：采用左焊法（從右到左焊），焊槍角度垂直于板，向右傾斜10°～15°，焊接速度為20～25cm/min。

（3）夾層溫度：焊接過程中，夾層溫度應(yīng)控制在100°C左右。

（4）焊絲的延伸長度：約9m（延伸越短，電弧越穩(wěn)定）。

（5）氣體流量：焊接過程中保護(hù)氣體的流量為15-20L/ min，焊接速度越快，焊接電流與氣體流量之間是成正比的。

3.4 焊后處理

焊接完成后，將焊接區(qū)域內(nèi)周圍的20mm進(jìn)行焊接后的焊接檢查。焊接后以160℃/h的加熱速度加熱后，整體變?yōu)?00℃后，將其放在保溫爐中并保持160°C/h的加熱速率以繼續(xù)加熱到620°C，保持溫度1小時，然后在保溫爐中以160°C/h的速度將溫度降低到400°C把它拿出來。在空氣中冷卻至室溫。

4 結(jié)論

（1）由于超高強(qiáng)度鋼存在冷裂紋，再熱裂紋等等問題，并且焊縫的機(jī)械性能非常不均勻，從而大大降低了接頭強(qiáng)度。本研究通過使用超低碳馬氏體不銹鋼焊絲作為填充材料，焊縫強(qiáng)度和硬度與基礎(chǔ)材料相同，減少了接頭的軟化面積并提高了接頭的強(qiáng)度。

（2）焊接后，熱影響區(qū)的硬度大大降低，這對車輛的防護(hù)性能影響更大。通過減少受熱影響的面積，以提高接頭的硬度，這種方法已成為提高防護(hù)車輛防護(hù)性能的重要途徑。

（3）在高強(qiáng)度焊接中，必須嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，通過預(yù)熱來減少熱量輸入可以有效減少焊接裂紋等焊接缺陷。焊接預(yù)熱溫度控制非常重要，如果預(yù)熱溫度過高，軟化面積會增加。如果溫度過低，則無法避免焊接裂紋。

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