楊秀芝,華文林,楊春杰,董春法,王向杰

(湖北理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,湖北 黃石 435003)

A709 Gr345W鋼的焊接力學(xué)性能分析

楊秀芝,華文林,楊春杰,董春法,王向杰

(湖北理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,湖北 黃石 435003)

針對A709 Gr345W耐候橋梁鋼，通過拉伸、沖擊、彎曲等試驗(yàn)方法對其焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：采用JW-55W 焊絲對A709 Gr345W耐候橋梁鋼進(jìn)行焊接時，接頭具有良好的抗拉強(qiáng)度、彎曲性能和優(yōu)異的低溫沖擊韌性；所選焊接工藝適用于板厚19～33 mm的A709 Gr345W鋼板對接焊縫的平位焊接。

耐候鋼；橋梁鋼；焊接工藝

耐候橋梁鋼在提高結(jié)構(gòu)安全性的同時減少了鋼材因腐蝕造成的重大經(jīng)濟(jì)損失[1-2]，成為橋梁鋼的發(fā)展方向。我國的橋梁建設(shè)正向高速、重載、大跨度、全焊節(jié)點(diǎn)、免涂裝、安全性高的方向發(fā)展，對耐候橋梁鋼的需求也不斷加大，國內(nèi)各大鋼廠都在積極開發(fā)相應(yīng)的耐候鋼品種[3-4]。在強(qiáng)度、耐蝕性等提高的同時，選擇合適的焊材及焊接工藝提高焊接質(zhì)量對耐候鋼的應(yīng)用有重要的意義[5-6]。本文針對工業(yè)試制生產(chǎn)的A709 Gr345W耐候鋼的焊接接頭進(jìn)行了基本力學(xué)性能研究，為該耐候鋼的應(yīng)用提供了支持。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料選擇A709 Gr345W耐候橋梁鋼，供貨狀態(tài)為熱軋態(tài)，其化學(xué)成分及力學(xué)性能分別見表1和表2。

A709 Gr345W耐候橋梁鋼的焊接嚴(yán)格執(zhí)行AWS D1.5和TB1021標(biāo)準(zhǔn)的要求，對于厚度為25.4 mm的耐候橋梁鋼板，選用的焊接方法為單面埋弧自動焊。焊接材料選用直徑4.8 mm的JW-55 W焊絲匹配JF-B焊劑，接頭形式為平位對接，坡口采用單面V型(帶鋼襯墊)，坡口角度為20°，焊縫間隙為16 mm。鋼板焊前不預(yù)熱，主要焊接工藝參數(shù)見表3。

鋼板焊接后首先進(jìn)行外觀檢查，焊接24 h后按AWS D1.5進(jìn)行超聲波探傷和X射線探傷。探傷檢驗(yàn)合格后，對所得接頭的各項力學(xué)性能進(jìn)行檢驗(yàn)。

表1 A709 Gr345W試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分 wt%

成分含量C0.12Si0.18Mn1.41P0.024Cu+Ni+Cr≤0.90Ti0.011V0.028Al0.028Ceq0.38

注：其中碳當(dāng)量按照AWS D1.5-2010公式Ceq=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15計算。

表2 A709 Gr345W鋼板力學(xué)性能

表3 焊接工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 焊接接頭拉伸性能

焊接接頭的室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可看出，焊縫拉伸和接頭拉伸的抗拉強(qiáng)度均高于標(biāo)準(zhǔn)要求485 MPa，且高于母材A709 Gr345W的抗拉強(qiáng)度(見表2)；焊縫金屬拉伸試驗(yàn)中屈服強(qiáng)度也高于標(biāo)準(zhǔn)值345 MPa；焊接接頭試樣拉伸均斷于母材處，焊接接頭強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 焊接接頭拉伸性能

2.2 焊接接頭彎曲性能

焊接接頭的室溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表5。冷彎試樣經(jīng)過180°側(cè)彎后，均未發(fā)現(xiàn)裂紋，說明所得焊接接頭強(qiáng)度和塑性指標(biāo)合格，具有良好的彎曲性能。

表5 焊接接頭彎曲性能測試結(jié)果

注：a為板厚。

2.3 焊接接頭沖擊性能

焊接接頭的低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可看出，在試驗(yàn)溫度為-20℃時，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)平均沖擊功分別為114 J和151 J，均顯著高于標(biāo)準(zhǔn)值47 J。在試驗(yàn)溫度為-30 ℃時，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)平均沖擊功分別為108 J和172 J，均顯著高于標(biāo)準(zhǔn)值34 J。說明焊接接頭具有優(yōu)異的沖擊性能。

表6 焊接接頭沖擊功 J

試驗(yàn)溫度焊縫區(qū)熱影響區(qū)-20℃KV8108,94,140/114182,175,96/151-30℃KV898,120,105/10888,250,178/172

2.4 鋼板對接接頭的溫度沖擊韌脆轉(zhuǎn)變曲線

對A709 Gr345W耐候橋梁鋼25.4+25.4 mm對接接頭的焊縫金屬和熱影響區(qū)(熔合線外1 mm處)進(jìn)行了系列溫度沖擊試驗(yàn)，主要目的是確定A709 Gr345WBT3試驗(yàn)鋼板對接接頭的低溫韌脆轉(zhuǎn)變溫度ETT50。試驗(yàn)鋼板25.4+25.4 mm組合對接接頭系列溫度沖擊韌脆轉(zhuǎn)變曲線如圖1所示。由圖1可以看出，鋼板對接接頭焊A709 Gr345WBT3試驗(yàn)鋼板對接接頭焊縫金屬和熱影響區(qū)的-30 ℃沖擊功均大于34 J。焊縫金屬的低溫韌脆轉(zhuǎn)變溫度ETT50約為-35 ℃，熱影響區(qū)的ETT50約為-30 ℃。

圖1 試驗(yàn)鋼板25.4+25.4 mm組合對接接頭系列溫度沖擊韌脆轉(zhuǎn)變曲線

2.5 焊接接頭最高硬度

焊接接頭的硬度試驗(yàn)結(jié)果見表7。由表7可看出，焊縫的硬度在232～238 HV，熱影響區(qū)的硬度在235～259 HV，母材硬度在185～219 HV，接頭區(qū)域最高硬度為259 HV，最高硬度259 HV低于ISO15614-1 的標(biāo)準(zhǔn)值380 HV，接頭各特征區(qū)的硬度分布較均勻。研究表明：硬度與抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度有一定的換算關(guān)系，一般來說硬度越大，其綜合力學(xué)性能越好，這與“試驗(yàn)鋼焊縫和熱影響區(qū)的硬度均高于母材，在彎曲試驗(yàn)和抗拉試樣中，焊縫表現(xiàn)優(yōu)于母材良好的力學(xué)性能”相互印證，且較小的熱輸入使焊接過程中沒有產(chǎn)生淬硬組織，使得整個焊縫最高硬度值不會太高，符合ISO15614-1對焊縫硬度的規(guī)定。

表7 焊接接頭硬度 HV

測試位置硬度 焊縫 232～238熱影響區(qū)235～259 母材 185～219

3 結(jié)束語

1)采用給定工藝和焊材焊接A709 Gr345W耐候鋼時，焊接接頭具有良好的拉伸和彎曲性能，接頭各個特征區(qū)的硬度均勻分布，最高硬度≤標(biāo)準(zhǔn)值380 HV。

2)采用給定工藝和焊材焊接A709 Gr345W耐候鋼時，在-20 ℃和-30 ℃條件下，焊接接頭沖擊功都顯著高于標(biāo)準(zhǔn)值，所得焊接接頭均具有優(yōu)異的沖擊性能。試驗(yàn)鋼板焊縫金屬的低溫韌脆轉(zhuǎn)變溫度ETT50約為-35 ℃，熱影響區(qū)的ETT50約為-30 ℃。

3)所選焊接工藝適用于板厚19～33 mm的A709 345W鋼板對接焊縫的平位焊接。

[1] 姚昌榮,李亞殺,強(qiáng)士中.美國橋梁高性能鋼的發(fā)展與應(yīng)用[J].世界橋梁,2005(1):57-61.

[2] 田越.Q500qE高性能橋梁鋼防斷性能試驗(yàn)研究[J].橋梁建設(shè),2016,46(1):65-69.

[3] 郭愛民,鄒德輝.我國橋梁用鋼現(xiàn)狀及耐候橋梁鋼發(fā)展[J].中國鋼鐵業(yè), 2008(9):18-23.

[4] 單亞廷,徐向軍.高性能橋梁鋼Q370qE-HPS應(yīng)用性試驗(yàn)研究[J].金屬加工(熱加工),2016(4):76-78.

[5] 盧峰華,許鴻吉,郭偉,等.S355J2W+N耐候鋼焊接接頭的組織和力學(xué)性能[J].熱加工工藝,2012,41(5):137-139.

[6] 梁國俐.EH36船板鋼埋弧焊接頭的組織和力學(xué)性能[J].機(jī)械工程材料,2016,40(1):28-31.

(責(zé)任編輯 吳鴻霞)

Analysis on Welding Mechanical Properties of A709 Gr345W Steel

YangXiuzhi,HuaWenlin,YangChunjie,DongChunfa,WangXiangjie

(School of Mechanical and Electronic Engineering,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)

The mechanical properties of welding joints were investigated in A709 Gr345W weather-resistant bridge steels by means of tensile,impact,bending and hardness tests.The results indicated that the welding joints had excellent combination of tensile strength,bending property and low temperature toughness when JW-55W welding wire was applied for welding.Besides,the optimized welding technology was appropriate for the mean position butt welding of A709 Gr345W steel plates with thickness in the range of 19 to 33 mm.

weather-resistance steel;bridge steel;welding technology

2016-05-20

湖北省教育廳青年基金項目 (項目編號：20123001);湖北理工學(xué)院校級博士科研啟動基金項目(項目編號：11yjz01R );湖北理工學(xué)院校級教研項目(項目編號：2015A05)。

楊秀芝,副教授,博士,研究方向：焊接新材料新工藝、金屬絲材3D打印絲材和工藝。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.01.002

TG142.33

A

2095-4565(2017)01-0004-03