陳壽永 劉海明 尹加干 齊至亮

摘 要：本文主要將國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口耐候鋼與國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口焊絲制備的焊接接頭當(dāng)作主要論述對(duì)象，對(duì)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(guó)產(chǎn)與進(jìn)口耐候鋼的焊接性能。經(jīng)過拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等一系列試驗(yàn)以后，可以發(fā)現(xiàn)：進(jìn)口耐候鋼的綜合性能要比國(guó)產(chǎn)耐候鋼的綜合性能高出很多，進(jìn)口耐候鋼配國(guó)產(chǎn)焊絲的接頭性能最佳，希望國(guó)產(chǎn)耐候鋼在材料成分方面上要對(duì)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(duì)國(guó)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(duì)快速實(shí)現(xiàn)高鐵轉(zhuǎn)向架材料國(guó)產(chǎn)化、節(jié)約成本等方面均有著積極的意義。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1母材及焊材

本次實(shí)驗(yàn)主要選擇以下幾種母材：一種是國(guó)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(shí)，還要選擇以下幾種焊絲：一種是國(guó)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(duì)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(duì)，同時(shí)還要制備出3種焊接接頭，分別標(biāo)號(hào)為①、②和③。

1.3試驗(yàn)內(nèi)容

序號(hào)1：試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)為拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是IS04136，試驗(yàn)編號(hào)為①②③，試驗(yàn)位置為標(biāo)準(zhǔn)試樣。

序號(hào)2：試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)為彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是IS05173，試驗(yàn)編號(hào)為①②③，試驗(yàn)位置為標(biāo)準(zhǔn)試樣。

序號(hào)3：試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)為沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為IS09016，試驗(yàn)編號(hào)為①②③，試驗(yàn)位置為標(biāo)準(zhǔn)試樣。

2拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)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(guó)產(chǎn)Q355NH，所以拉伸試驗(yàn)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(duì)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(cè)試抗拉強(qiáng)度要高出一些，同時(shí)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(cè)試延伸率低一些，之所以會(huì)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(xiàng)試驗(yàn)活動(dòng)期間，因?yàn)槔熳冃?，?qiáng)度不低的焊縫會(huì)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(duì)試樣②來說，經(jīng)過試驗(yàn)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(guó)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?yàn)楹缚p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(yàn)

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(yàn)結(jié)果請(qǐng)參考圖1和圖2。當(dāng)此項(xiàng)試驗(yàn)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(yàn)

焊縫因?yàn)榇嬖趶?fù)雜的樹枝晶以及組織偏析，同時(shí)焊縫區(qū)兩邊與熔合線距離不遠(yuǎn)的柱狀晶在實(shí)際結(jié)晶期間會(huì)把相關(guān)雜質(zhì)排在指定的地方，所以會(huì)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(shí)間之后焊縫所衍生出來的組織被叫做鑄態(tài)組織，就是因?yàn)檫@些組織的存在才會(huì)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(duì)本次實(shí)驗(yàn)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(shí)際冷卻期間，冷卻時(shí)間不長(zhǎng)，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(yǔ)

針對(duì)進(jìn)口母材來說，其綜合性能要比國(guó)產(chǎn)母材的綜合性能高出很多，從側(cè)面反映出了母材對(duì)焊接接頭綜合性能的影響要比焊絲對(duì)焊接接頭綜合性能的影響更強(qiáng)烈些。結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)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(guó)產(chǎn)耐候鋼在材料成分方面上要對(duì)Cr、Mn等含量的調(diào)整予以高度重視。而針對(duì)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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