大直径高强耐候气保焊丝焊接性能的试验研究

大直径高强耐候气保焊丝焊接性能的试验研究

范军苑玉刚杜昱东王颉

中车太原机车车辆有限公司  山西 太原  030027

摘  要：为进一步提升轨道交通装备焊接制造效率，开展了大直径高强耐候气保焊丝焊接工艺研究，进行了焊材熔敷金属、焊接接头力学性能试验，各项试验符合要求；完成了小批量的试用和验证，明显提高了焊接制造效率，为φ1.6mm高强耐候气保焊丝在今后铁路货车批量生产中的应用提供了技术支持和经验积累。

关键词：熔敷；耐候钢；力学性能；断口

1 背景

70t级铁路货车车体目前广泛采用Q450NQR1高强度耐候钢材质，所用焊接材料主要为φ1.2mm TH550-NQ-Ⅱ焊丝；货车车体结构中存在大量焊脚尺寸大于6mm或厚板坡口对接焊缝。目前，企业新造任务工期紧张，焊工短缺，制约企业焊接制造产能提升。为缓解焊接制造产能瓶颈，提高焊接产品制造生产能力，提出了采用大直径焊丝以高效熔敷来改善焊接制造效率。为此，开展φ1.6mm TH550-NQ-Ⅱ高强耐候气保焊丝的焊接工艺研究，应用于中厚板结构熔敷量大的焊缝，确定了焊接工艺研究方案，进行了相关的焊接工艺试验及研究。

2 熔敷金属试验

为了保证TH550-NQ-Ⅱ焊丝的各项力学性能满足使用要求，首先进行TH550-NQ-Ⅱ焊丝熔敷金属力学性能试验。

2.1 试验材料

TH550-NQ-Ⅱ焊丝，直径φ1.6mm。Q345B钢板，厚度20mm。

2.2 焊接设备及方法

焊接设备选择CO2/MAG气体保护焊机。焊接方法选用混合气体保护焊，焊接工艺参数见表1。

表1 熔敷金属力学性能试验焊接工艺参数

2.3 试验结果

TH550-NQ-Ⅱ焊丝熔敷金属的冲击试验结果和拉伸试验结果分别见表2和表3。

表2 冲击试验结果

表3 拉伸试验结果

从上述试验情况看，拉伸试验及冲击试验值都满足标准值的要求，TH550-NQ-Ⅱ大直径高强耐候气保焊丝符合TB/T 2374《铁路车辆用耐大气腐蚀钢及不锈钢焊接材料》的有关要求，该焊丝可用于Q450NQR1耐候钢的焊接。

3 焊接工艺评定试验

铁路货车车体材质大部分为Q450NQR1高强度耐候钢。Q450NQR1高强度耐候钢焊接接头形式主要是对接和角接，此次试验针对两种接头形式进行焊接试验，分别是厚度为12mm的板对接试验和角接试验。

3.1对接接头力学性能试验

3.1.1试验过程

1）试件制备

选定12 mm 厚钢板，开设30°单V 坡口。钢板对接施焊前，对焊道进行打磨，保证焊道坡口面50 mm 范围内无锈蚀、油污渣屑、飞溅等杂质。组对12 mm 试件时，先调整好组对间隙（2 mm），保证错边量不大于1 mm。对接接头形式见图1。

2）焊接方法、参数及焊接顺序

焊接混合气体采用80%Ar+20%CO2，焊接设备采用气体保护焊机YD-350GR3HGE。组对完成后按照图2对接焊接顺序图施焊。焊接工艺参数见表4。

表4 Q450NQR1对接工艺参数

图1 对接接头形式图                   图2 对接焊接顺序图

3.1.2力学性能试验结果

焊接试件力学性能试验结果见表5。

1） 拉伸试验。根据焊接工艺评定，拉力试样的抗拉强度应不低于母材钢号抗拉强度标准规定值的下限，Q450NQR1 高强度耐候钢的抗接强度要大于550 MPa。本次试验的抗接强度值为600 MPa和604MPa，高于母材的抗接强度下限，表明试验结果合格。

2）弯曲试验。根据焊接工艺评定，弯曲试验后试样的外侧不得有裂纹。本次试验弯轴直径为48mm，(4倍板厚)，弯曲角度180°,各组试样面弯、背弯各做一件，经检测均无裂纹，表明试验结果合格。

3）冲击试验。根据有关标准，要求试验冲击功值不小于60 J。本次冲击试验试件尺寸为10 mm×10 mm×55 mm，试验温度为-40 ℃，冲击功值在57J～220J范围内，符合要求，试验结果为合格。

表5 Q450NQR1对接接头力学性能试验结果

3.2 角接接头断口试验及宏观试验

3.2.1焊接方法、参数及焊接顺序

角接接头形式见图5。焊接混合气体采用80%Ar+20%CO2，焊接设备采用气体保护焊机YD-350GR3HGE。组对完成后按照图6角接焊接顺序图施焊。焊接工艺参数见表6。

表6 Q450NQR1角接工艺参数

图5 角接接头形式图                       图6 角接焊接顺序图

3.2.2试验结果

1)断口试验实物见图7，Q450NQR1角接接头折断面上无缺陷。

2)宏观试验实物见图8。试样经腐蚀后低倍观察，焊缝熔合情况较好，无缺陷。

图7 角接接头断口试验                     图8 角接接头宏观试验

3.3 评定结果

从上述试验情况看，使用φ1.6mm的TH550-NQ-Ⅱ焊丝焊接Q450NQR1材料，对接试样的力学性能均符合标准要求、角接接头的断口试验及宏观试验均未出现焊接缺陷，试验结果合格。

4 效果检验

在铁路货车上采用混合气体保护焊进行试焊。更换焊机的压丝轮、导电嘴，并调校焊机功能设置。设置好以后更换φ1.6mm焊丝，在试板上调试好参数后施焊。

1）φ1.2mm焊丝试验过程中，对20辆份车上盖板与中梁连接焊缝的焊接完成时间进行统计，平均时间为26分钟；

2）φ1.6mm焊丝试验过程中，对20辆份车上盖板与中梁连接焊缝的焊接完成时间进行了统计，平均时间为16分钟。

经过统计发现，使用φ1.6mm焊丝进行焊接比φ1.2mm焊丝焊接相同焊缝可以提前十分钟完成焊接作业，提高35%的焊接效率。此外，使用φ1.6mm焊丝进行焊接还可以保证焊缝的焊脚尺寸，增加焊缝根部熔深，提高中梁制造的焊接质量。

5 结论

1、φ1.6mm TH550-NQ-Ⅱ焊丝熔敷金属的冲击试验和拉伸试验值都高于标准值的最低值，该焊丝符合TB/T 2374《铁路车辆用耐大气腐蚀钢及不锈钢焊接材料》的有关要求。

2、企业焊工在应用试验中选择的焊接设备、焊接材料、焊接规范，焊接Q450NQR1与Q450NQR1的对接焊缝及角接焊缝时，接头焊接质量及力学性能满足使用要求。该工艺评定试验参数可用于Q450NQR1与Q450NQR1的对接焊缝及角接焊缝的焊接。

3、φ1.6mm焊丝焊接角焊缝时成型质量好，与φ1.2mm的焊缝比较略显饱满。将φ1.6mm焊丝应用到批量生产中可以明显提升焊接效率。采用手工焊接NX70A平车上盖板与中梁的1道连接焊缝缩短约10分钟，焊接效率提升大概35%。

参考文献：

[1]尹旭方.Q450NQR1高强度耐候钢冲压、焊接性能的研究[J].大连交通大学，2008

[2]夏铮，郑建敏，许李黎.大直径气保焊丝焊接技术开发[J].中国科技信息,2011

作者简介：范军(1993.11-)，男，汉族，山西长治，大学本科，工程师，研究方向：焊接工艺技术。

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