轉(zhuǎn)向架用耐候鋼焊接接頭性能的對比分析

陳壽永 劉海明 尹加干 齊至亮

摘 要：本文主要將國產(chǎn)、進(jìn)口耐候鋼與國產(chǎn)、進(jìn)口焊絲制備的焊接接頭當(dāng)作主要論述對象，對其基礎(chǔ)力學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)比較，并在此基礎(chǔ)上深度剖析了國產(chǎn)與進(jìn)口耐候鋼的焊接性能。經(jīng)過拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等一系列試驗以后，可以發(fā)現(xiàn)：進(jìn)口耐候鋼的綜合性能要比國產(chǎn)耐候鋼的綜合性能高出很多，進(jìn)口耐候鋼配國產(chǎn)焊絲的接頭性能最佳，希望國產(chǎn)耐候鋼在材料成分方面上要對Cr、Mn等含量的調(diào)整予以高度重視。

關(guān)鍵詞：Q355NH耐候鋼;SMA490BW耐候鋼;焊絲;力學(xué)性能;等成份原則

引言

對國產(chǎn)耐候鋼的焊接性能進(jìn)行深度剖析，并在此基礎(chǔ)上選擇最為匹配的焊接材料，顯然這對快速實現(xiàn)高鐵轉(zhuǎn)向架材料國產(chǎn)化、節(jié)約成本等方面均有著積極的意義。

1試驗材料與方法

1.1母材及焊材

本次實驗主要選擇以下幾種母材：一種是國產(chǎn)鋼材TJ/CL413-2014：Q355NH;另一種是進(jìn)口鋼材JISG3114SMA490BW，板厚12毫米。與此同時，還要選擇以下幾種焊絲：一種是國產(chǎn)焊絲TB/T2374-2008：TH550-NQ-Ⅱ;另一種是進(jìn)口焊絲ISO14341-A：G424M21Z，且焊絲直徑為1.2毫米。

1.2試樣的焊接

這里將MAG/135當(dāng)作主要焊接方式，保護(hù)氣體以80%Ar+20%CO2為主。針對2種母材以及2中焊絲來說，其應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照既定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配對，同時還要制備出3種焊接接頭，分別標(biāo)號為①、②和③。

1.3試驗內(nèi)容

序號1：試驗項點為拉伸試驗，試驗標(biāo)準(zhǔn)是IS04136，試驗編號為①②③，試驗位置為標(biāo)準(zhǔn)試樣。

序號2：試驗項點為彎曲試驗，試驗標(biāo)準(zhǔn)是IS05173，試驗編號為①②③，試驗位置為標(biāo)準(zhǔn)試樣。

序號3：試驗項點為沖擊試驗，試驗標(biāo)準(zhǔn)為IS09016，試驗編號為①②③，試驗位置為標(biāo)準(zhǔn)試樣。

2拉伸試驗

拉伸試驗結(jié)果如表1所示。

結(jié)合表1內(nèi)容可以看到，試樣①平均抗拉強(qiáng)度為504MPa，而試樣①平均抗拉強(qiáng)度為505MPa，兩者之間不存在較大的區(qū)別，而試樣③是545MPa，明顯要比試樣①和②高出很多，但延伸率卻不大于①和②。不僅如此，還可以從中發(fā)現(xiàn)①、②斷裂位置是在母材的上面，這也從側(cè)面反映出了①、②接頭最脆弱的地方是在母材上，而試樣③與二者存在不同，其斷裂地方是在焊縫的上面，這也從側(cè)面反映出了試樣③的焊接接頭最脆弱的地方是在焊縫上面。不僅如此，還可以看到：試樣①、②的母材屬于國產(chǎn)Q355NH，所以拉伸試驗均斷在母材。顯而易見的是，從試樣①和②的角度出發(fā)來看，焊縫和母材作為超強(qiáng)組合，換言之二者的焊縫強(qiáng)度都要比母材的強(qiáng)度高出很多。無論是針對試樣①焊接接頭的平均抗拉強(qiáng)度來說，還是就試樣②焊接接頭的平均抗拉強(qiáng)度而言，均要比試樣母材的測試抗拉強(qiáng)度要高出一些，同時平均延伸率試樣①是30.1%，試樣②是30.2%，二者均要比母材的測試延伸率低一些，之所以會出現(xiàn)這種情況是由于在超強(qiáng)匹配的焊接接頭當(dāng)中，不少塑性變形很容易出現(xiàn)在母材當(dāng)中，尤其是在開展此項試驗活動期間，因為拉伸變形，強(qiáng)度不低的焊縫會在無形當(dāng)中限制母材變形，以便可以令焊接接頭的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出上升的狀態(tài)而令延伸率逐漸減少。針對試樣②來說，經(jīng)過試驗之后可以發(fā)現(xiàn)其焊接接頭通常都斷裂在焊縫之處，和進(jìn)口SMA490BW母材進(jìn)行詳細(xì)比較可以發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)TH550-NQ-Ⅱ?qū)儆诘推ヅ浜附z，換句話來說是焊縫的強(qiáng)度要比母材的強(qiáng)度低一些。從低匹配焊接接頭的角度出發(fā)來講，因為焊縫抗裂性能不強(qiáng)以及應(yīng)力集中等各種因素的影響，致使焊接接頭質(zhì)量不高。

3彎曲試驗

當(dāng)①、②、③處于180°彎曲角度以及彎心直徑是2a的狀態(tài)下，試驗結(jié)果請參考圖1和圖2。當(dāng)此項試驗工作完畢以后，用肉眼觀察期間并沒有發(fā)生明顯的裂紋，從側(cè)面反映出了試樣①、②、③均具備較強(qiáng)的塑性。

4沖擊試驗

焊縫因為存在復(fù)雜的樹枝晶以及組織偏析，同時焊縫區(qū)兩邊與熔合線距離不遠(yuǎn)的柱狀晶在實際結(jié)晶期間會把相關(guān)雜質(zhì)排在指定的地方，所以會衍生出與之相匹配的薄弱區(qū)域，導(dǎo)致沖擊韌性不強(qiáng)。除此之外，焊接冷卻一段時間之后焊縫所衍生出來的組織被叫做鑄態(tài)組織，就是因為這些組織的存在才會致使試樣①、②、③的沖擊韌性不高。在這幾種焊接接頭當(dāng)中，試樣③有著最小的沖擊值，且和接頭拉伸性能相同。對本次實驗結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，3種焊接接頭均都體現(xiàn)為熱影響區(qū)的沖擊值大于母材，之所以這樣說是由于熱影響區(qū)在實際冷卻期間，冷卻時間不長，馬氏體等相關(guān)組織數(shù)量持續(xù)上升，最終使其強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，繼而提升了沖擊值。

結(jié)語

針對進(jìn)口母材來說，其綜合性能要比國產(chǎn)母材的綜合性能高出很多，從側(cè)面反映出了母材對焊接接頭綜合性能的影響要比焊絲對焊接接頭綜合性能的影響更強(qiáng)烈些。結(jié)合上述實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，母材中Cr，Mn元素含量較高，所以筆者希望國產(chǎn)耐候鋼在材料成分方面上要對Cr、Mn等含量的調(diào)整予以高度重視。而針對耐候鋼選材環(huán)節(jié)來說，其應(yīng)當(dāng)多重視焊絲中Cr、Mn元素的含量。

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