陸安均 吳艷明

摘 要：通過(guò)WeldCalc2.1應(yīng)用碳當(dāng)量法分析在相同線能量下不同板厚的預(yù)熱溫度，以及對(duì)各個(gè)參數(shù)間的選擇關(guān)系進(jìn)行研究，表明相同板厚條件下焊接線能量越高則預(yù)熱溫度要求越低，不同焊接線能量下不同板厚的預(yù)熱溫度趨勢(shì)基本一致，隨著厚度的增加則預(yù)熱溫度要求相應(yīng)的增加。焊接工作點(diǎn)位于T8/5的臨界線與最低預(yù)熱溫度與最高層間溫度之間能保證焊接質(zhì)量，并通過(guò)試驗(yàn)以及與以往研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了研究結(jié)果的正確性。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼；焊接性；預(yù)熱溫度；高鐵救援起重機(jī)

引言

高鐵救援起重機(jī)是為高速鐵路事故救援而制造的專用設(shè)備。由于高速鐵路對(duì)運(yùn)行設(shè)備轉(zhuǎn)向架軸重、運(yùn)行速度等要求比普通線路要求更高，故高鐵救援設(shè)備需大大減輕整機(jī)重量。高鐵救援起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)選用瑞典奧克德隆鋼鐵公司生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼WELDOX900E，該類型鋼板能以較輕的自重達(dá)到較高的強(qiáng)度，大大減少材料用量。迄今為止，許多學(xué)者對(duì)高強(qiáng)鋼進(jìn)行了大量研究并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，研究成果已成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。蔣慶梅[1]等對(duì)同樣板厚條件下不同焊接線能量的臨界預(yù)熱溫度進(jìn)行了研究，但不能確定不同線能量下不同板厚的臨界預(yù)熱溫度，Oshita[2]對(duì)鋼材預(yù)熱必要性進(jìn)行了研究，得出碳當(dāng)量在0.4%～0.6%鋼材有一定的淬硬傾向，需進(jìn)行預(yù)熱，但未對(duì)具體的預(yù)熱溫度進(jìn)行研究，為保證高鐵救援起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，故對(duì)不同線能量下不同板厚的臨界預(yù)熱溫度，以及對(duì)各種焊接參數(shù)間的選擇關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步的研究與試驗(yàn)，以此為鐵路起重機(jī)高強(qiáng)鋼的實(shí)際焊接工作打下理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 不同板厚預(yù)熱溫度的選擇

蔣慶梅[1]等得出12mm厚度鋼板在不同焊接線能量下所需的臨界預(yù)熱溫度如圖1所示。預(yù)熱溫度的選擇可以根據(jù)碳當(dāng)量來(lái)選擇，為研究不同焊接線能量下不同板厚的預(yù)熱溫度，分別取線能量為0.87KJ/mm、0.65KJ/mm、0.94KJ/mm進(jìn)行研究，結(jié)果從圖2可以看出，相同板厚條件下線能量為0.65KJ/mm時(shí)需求的預(yù)熱溫度相對(duì)較高，線能量為0.94KJ/mm時(shí)預(yù)熱溫度相對(duì)較低，線能量為0.87KJ/mm時(shí)則居中，說(shuō)明相同板厚焊接線能量越高則預(yù)熱溫度越低，從而保證T8/5一致，不同焊接線能量下不同板厚的預(yù)熱溫度趨勢(shì)基本一致，隨著厚度的增加則預(yù)熱溫度相應(yīng)的增加。圖2可以看出在相同的熱輸入E=0.87 KJ/mm下板厚為12mm的鋼板預(yù)熱溫度約為150℃，文獻(xiàn)1預(yù)熱溫度應(yīng)為148℃。E=0.94KJ/mm下12mm的鋼板預(yù)熱溫度分別為98℃，文獻(xiàn)1為100℃從而說(shuō)明兩者研究是一致的。

2 焊接參數(shù)的選擇關(guān)系

焊接參數(shù)的選擇從圖3（a）分析可以看出，焊接線能量過(guò)小時(shí)工作點(diǎn)會(huì)進(jìn)入深色區(qū)域，該區(qū)約會(huì)引起未融合、未焊透等缺陷，冷卻速度過(guò)快，促使馬氏體形成而形成冷裂紋。當(dāng)焊接線能量和預(yù)熱溫度過(guò)高時(shí)，工作點(diǎn)會(huì)進(jìn)入上部或右側(cè)而引起力學(xué)性能下降，會(huì)促使熱影響區(qū)軟化和過(guò)熱區(qū)的脆化，同時(shí)造成熔合比增加，不利于焊縫組織的綜合性能。預(yù)熱溫度越高工作點(diǎn)的相對(duì)區(qū)域越窄，對(duì)焊工的要求也越來(lái)越高，故參數(shù)的選擇需綜合考慮，使焊接工作點(diǎn)處于1或2的區(qū)域內(nèi)。

在相同的材質(zhì)與板厚條件下分別取兩個(gè)工作點(diǎn)進(jìn)行研究，如圖3（b）、3（c）所示，3（d）的工作點(diǎn)剛好位于1區(qū)，3（c）的工作點(diǎn)位于上部，其力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，從表1可以看出，隨著熱輸入增加力學(xué)性能顯著下降，導(dǎo)致接頭韌性下降。圖3（d）為圖3（b）工作點(diǎn)的宏觀金相組織，可以看出沒(méi)有裂紋、未熔合、未焊透等缺陷。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）相同板厚條件下焊接線能量越高則預(yù)熱溫度要求越低，從而保證T8/5一致，不同焊接線能量下不同板厚的預(yù)熱溫度趨勢(shì)基本一致，隨著厚度的增加則預(yù)熱溫度相應(yīng)的增加。

（2）當(dāng)熱輸入過(guò)高，會(huì)引起力學(xué)性能的下降，熱輸入過(guò)低，會(huì)引起未焊透、未融合等缺陷，預(yù)熱溫度過(guò)低很容易引起氫裂，焊接工作點(diǎn)位于T8/5的臨界線與最低預(yù)熱溫度和最高層間溫度之間能保證焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣慶梅，陳禮清，許云波，等.一種微合金高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋敏感性[J].中國(guó)科技論文在線，2011，6（2）：103-108.

[2]Oshita S，Saito S，Yerioka N.Determination of necessary preheating temperature in stell welding[J].weld J，1983，62（6）：147-152.

[3]吳昌忠，許懷寧，范閩寧，等.1000MPa級(jí)高強(qiáng)鋼焊接熱影響區(qū)組織和韌性[J].焊接學(xué)報(bào)，2011，32（5）：97-100.

[4]熊林玉，張彥華.含裂紋強(qiáng)度失配焊接接頭彈塑性變形分析[J].中國(guó)機(jī)械工程，2012，23（6）：733-735.

作者簡(jiǎn)介：陸安均（1986，10-），男，工程師，碩士， 工作單位：武橋重工集團(tuán)股份有限公司，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。