馬清波，陳增有，胡永明，胡成山

(中國北車集團 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 冷工藝部，黑龍江 齊齊哈爾 161002)＊

0 引言

隨著科學技術的不斷發(fā)展，對于工程結構和機械零件所使用的鋼材的性能提出了越來越高的要求，不僅要有良好的綜合機械性能，而且還要求具有良好的加工工藝性能，在一些特殊情況下，對材料的物理、化學性能還有一定的要求［1-5］.D690T鋼是從德國迪林根公司進口的高強度低合金調質結構鋼，由于經調質處理，充分地發(fā)揮了合金元素的作用，提高了強度，保證了韌性.本文通過對D690T高強度結構鋼的同種接頭及分別與HG785E高強鋼、Q345E低合金鋼焊接的異種接頭的抗裂性及力學性能進行研究，從而制定出合理可靠的焊接工藝，為實際生產提供理論依據.

1 試驗材料

1.1 D690T鋼材的化學成分

試驗母材為D690T高強度結構鋼(厚度為30 mm)，調質狀態(tài)供貨.其化學成分和力學性能分別見表1和表2.焊接材料一般按照等強原則進行匹配，優(yōu)先選用廠家推薦的E11018-G焊條和ER100S-G焊絲.

表1 D690T鋼化學成分 %

表2 D690T鋼力學性能

1.2 D690T鋼焊接性分析

1.2.1 屈強比

鋼材的屈服強度與抗拉強度的比值，稱為屈強比［6］.通過計算，D690T高強度結構鋼的實際屈強比在0.91 ～0.93 之間.

1.2.2 碳當量

依據碳當量值的大小作為估計淬硬及冷裂傾

1.2.3 焊接冷裂紋敏感指數與最低預熱溫度

根據化學成分、冷裂紋敏感指數和防止焊接冷裂紋的最低預熱溫度經驗計算公式，D690T高強度結構鋼的冷裂紋敏感指數和最低預熱溫度(計算過程中未考慮焊縫中擴散氫的含量)為:

向大小的指標，一般認為碳當量越小焊接性越好［7］.根據國際焊接學會(IIW)所推薦的碳當量計算公式，D690T高強度結構鋼的碳當量為:

1.2.4 焊接性分析

D690T高強度結構鋼為低合金調質鋼，經過淬火+回火熱處理、調質狀態(tài)供貨，加上該種鋼的屈強比高(大于0.75)、碳當量與焊接冷裂紋敏感指數大，其焊接性相對較差.另外，由于低碳調質鋼焊接熱影響區(qū)在受熱時，未完全奧氏體化的區(qū)域及受熱時最高溫度低于AC1、但高于鋼調質處理時的回火溫度區(qū)域，熱影響區(qū)有軟化和脆化傾向，而軟化程度和軟化區(qū)寬度與焊接工藝有很大關系［8］，在制定焊接工藝時必須要考慮.

2 焊接工藝試驗及分析

2.1 斜Y鐵研抗裂性試驗

焊接時保護氣體均采用80%Ar+20%CO2由于斜Y型坡口對接裂紋試驗的接頭拘束度很大，根部尖角又有應力集中，所以試驗條件比較嚴苛，一般認為在這種試驗中若裂紋率不超過20%，那么在實際結構焊接時就不致發(fā)生裂紋［9］.D690T高強度結構鋼同種接頭與異種接頭的斜Y鐵研抗裂試驗檢測結果見表3.所有考核面均未發(fā)現表面、根部和斷面裂紋.D690T高強度結構鋼的淬硬傾向較大，有一定冷裂傾向，但在預熱溫度≥100℃時，選取適合的焊接材料，可避免裂紋的產生，說明預熱溫度及焊材匹配合理.

表3 抗裂性試驗結果

2.2 接頭力學性能試驗

D690T鋼同種接頭與異種接頭力學性能試驗結果見表4.在接頭力學性能試驗過程中，拉伸斷裂位置多發(fā)生在接頭熱影響區(qū)上，但其斷裂強度與母材抗拉強度相當或稍高于母材抗拉強度(異質接頭按強度級別較低母材考核);接頭彎曲試驗全部合格;低溫沖擊韌性試驗的缺口開在焊縫熱影響區(qū)位置，-40℃的低溫沖擊韌性值均大于30 J.試驗結果表明，焊接接頭的各項性力學能指標均能夠滿足使用要求.

表4 接頭力學性能試驗結果

2.3 接頭顯微硬度試驗

D690T鋼接頭顯微硬度打點位置如圖1所示，顯微硬度試驗結果記錄見表5，接頭三區(qū)的顯微硬度曲線如圖2所示(試樣1為E11018-G焊條接頭，試樣2為ER100S-G焊絲接頭).

圖1 顯微硬度打點位置示意圖

表5 顯微硬度試驗結果

通過顯微硬度試驗結果可以看出，手工電弧焊時焊接接頭的硬度值稍高于混合氣體保護焊時的焊接接頭的硬度值.焊接熱影響區(qū)的硬度偏高，在實際生產時可適當提高預熱溫度，使低碳馬氏體得以自回火，以降低焊接熱影響區(qū)的硬度值.

圖2 接頭顯微硬度分布

3 結論

(1)D690T高強度結構鋼有一定冷裂傾向，但在預熱溫度≥100℃時，選取適合的焊接材料，可避免裂紋的產生;

(2)D690T高強度結構鋼的同種接頭及分別與HG785E高強鋼、Q345E低合金鋼焊接的異種接頭均具有良好的拉伸、彎曲性能和低溫沖擊性能;

(3)焊接熱影響區(qū)的硬度偏高，在實際生產時可適當提高預熱溫度.

［1］周振豐.焊接冶金學［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

［2］中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1992.

［3］周振豐.金屬熔焊原理及工藝［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1981.

［4］周振豐，張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1980.

［5］東濤，劉嘉禾.我國低合金鋼及微合金鋼的發(fā)展、問題和方向［J］.鋼鐵，2000，35(11):71-75.

［6］陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002.

［7］劉會杰.焊接冶金與焊接性［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［8］陳伯蠡.焊接冶金原理［M］.北京:清華大學出版社，1991.

［9］吳世初.金屬可焊性試驗［M］.上海:上海科學技術文獻出版社，1983.