李　軍

（中車長春軌道客車股份有限公司工程技術(shù)部，130062，長春∥工程師）

城市軌道交通車輛的車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等力學(xué)性能是車輛安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。為了既達(dá)到強(qiáng)度要求，又能夠最大程度地減少車體質(zhì)量，在車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中低合金高強(qiáng)鋼正在被推廣使用。近期，我國某型出口地鐵車輛為滿足強(qiáng)度要求，采用了高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用調(diào)質(zhì)鋼Q690D作為枕梁及牽引梁等部位的零部件制造材料。針對這種材料的使用，焊接材料的選用及焊接工藝的確定也被提上日程。

本文根據(jù)母材的成分及性能，初步確定匹配的焊絲后，按照EN 15085焊接體系標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了工藝評定試驗(yàn)，驗(yàn)證了所選焊絲的可行性并確定了相關(guān)焊接工藝。

1　焊絲選擇

1.1　母材性能參數(shù)

調(diào)質(zhì)鋼Q690D執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 16270—2009［1］，板厚50 mm以下的材料，其化學(xué)成分如下：C：0.20%；Si：0.80%；Mn：1.80%；P：0.025%；S：0.015%；Cu：0.50% ；Cr：1.50% ；Ni：2.00% ；Mo：0.70% ；B：0.005%；V：0.12%；Nb：0.06%；Ti：0.05%；CEV：0.65%。力學(xué)性能如下：屈服強(qiáng)度≥690 MPa；抗拉強(qiáng)度770～940 MPa。

1.2　焊接填充材料的選擇

焊接填充材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)為：焊接連接性能必須符合母材的最低要求，焊接接頭必須滿足與母材的等強(qiáng)性要求。

1.3　焊絲性能與母材匹配

選用焊絲型號為ER110S-G，適用標(biāo)準(zhǔn)為AWS A5.28/AWS A5.28M—2005。焊絲化學(xué)成分如下：C：0.09%；Mn：1.40% ～ 1.80%；Si：0.20% ～ 0.55%；P：0.01%；S：0.01%；Ni：1.00% ～ 2.00%；Cr：0.50%；Mo：0.25% ～ 0.55% ；V：0.04% ；Ti：0.1% ；Zr：0.1% ；Al：0.1%；Cu：0.25%。熔敷金屬的力學(xué)性能為：屈服強(qiáng)度≥680 MPa；抗拉強(qiáng)度≥760 MPa。從焊絲的化學(xué)成分及熔敷金屬的力學(xué)性能可以看出，與母材成分及力學(xué)性能基本匹配。

2　EN15085標(biāo)準(zhǔn)中的焊接工藝評定要求

2.1　工藝評定試驗(yàn)料件形式確定

2.1.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的組合形式

對接的板厚范圍為4～16 mm；角接的板厚范圍為4～14 mm。

2.1.2對接及角接評定試驗(yàn)組合

根據(jù)ISO 15614標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對接評定試件厚度在3～12 mm之間時(shí)，多焊道情況下評定試驗(yàn)的覆蓋范圍為2～3倍板厚；交接評定試件厚度在3～30 mm之間時(shí)，評定試驗(yàn)的覆蓋范圍為0.5～2.0倍板厚。

按照ISO 15614標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選擇8 mm板厚進(jìn)行對接和角接試驗(yàn)的結(jié)果可以覆蓋全部的設(shè)計(jì)板厚。

2.2　工藝評定試驗(yàn)內(nèi)容

按照標(biāo)準(zhǔn)ISO 15614規(guī)定，對接焊縫的焊接接頭與角接焊縫的焊接接頭需要分別作以下試驗(yàn)和檢查（見圖 1）。

（1）按照標(biāo)準(zhǔn)對接接頭的試驗(yàn)和檢驗(yàn)內(nèi)容包括：外觀檢查、表面裂紋檢查、橫向拉伸試驗(yàn)（2個試樣）、橫向彎曲試驗(yàn)（4個試樣）、硬度試驗(yàn)、低倍宏觀金相檢查（1個試樣）。

（2）按照標(biāo)準(zhǔn)角接接頭的試驗(yàn)和檢驗(yàn)內(nèi)容包括：外觀檢查、表面裂紋檢查、硬度試驗(yàn)、低倍宏觀金相檢查（2個試樣）。

圖1　焊接工藝評定試驗(yàn)試樣加工示意圖

3　工藝評定試驗(yàn)情況

3.1　對接試驗(yàn)

3.1.1試板形式

試板尺寸為8 mm×150 mm×350 mm，1 mm鈍邊，30°倒角。焊接時(shí)留2～3 mm間隙，焊道位置單側(cè)60°V型坡口。（見圖2）。

圖2　焊接工藝評定試驗(yàn)用試板形式

3.1.2焊接參數(shù)

第一層：電流120 A；電壓18 V；焊接速度16 cm/min；保護(hù)氣體流速16～18 L/min。

第二層：電流210 A；電壓23 V；焊接速度17 m/min；保護(hù)氣體流速16～18 L/min。

3.2　角接試驗(yàn)

3.2.1試板形式

試板尺寸為8 mm×150 mm×350 mm，1 mm鈍邊，30°倒角。焊接時(shí)留2～3 mm間隙，焊道位置單側(cè)60°V型坡口。

3.2.2焊接參數(shù)

焊角尺寸6 mm；電流260 A；電壓23 V；焊接速度24 cm/min；保護(hù)氣體流速16～18 L/min。

3.3　試驗(yàn)結(jié)果

對外觀及表面裂紋檢查合格的試板進(jìn)行其余的后續(xù)試驗(yàn)（見圖3）。

圖3　對接焊宏觀試樣照片

3.3.1對接試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)：斷裂位置均在母材上，拉力值大于母材抗拉強(qiáng)度值。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1　對接焊試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果

橫向彎曲試驗(yàn)：按照ISO 5173標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，未出現(xiàn)彎曲缺陷。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　對接焊試樣彎曲試驗(yàn)結(jié)果

低倍金相試驗(yàn)：符合標(biāo)準(zhǔn)ISO 5817中B級焊縫檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。硬度試驗(yàn)：HV硬度試驗(yàn)值低于450。

3.3.2角接試驗(yàn)

試樣圖片見圖4和圖5。低倍金相試驗(yàn)：符合ISO 5817中B級焊縫檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。硬度試驗(yàn)：HV硬度試驗(yàn)值低于450。

4　結(jié)論

（1） Q690D調(diào)質(zhì)鋼的焊接可以采用符合AWS A5.28/AWS A5.28M—2005標(biāo)準(zhǔn)的ER110S-G焊絲，可獲得與母材等強(qiáng)度的焊接接頭。

圖4　角接宏觀試樣照片1

圖5　角接宏觀試樣照片2

（2）Q690D調(diào)質(zhì)鋼焊接采用ER110S-G焊絲焊接時(shí)，使用的焊接保護(hù)氣體可以采用85%Ar+15%CO2混合氣體。

（3）Q690D調(diào)質(zhì)鋼的焊接接頭符合母材的力學(xué)性能要求，可以滿足城市軌道交通車輛車體結(jié)構(gòu)的焊接要求。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用調(diào)質(zhì)鋼標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 16270—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［2］歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會.軌道車輛及其焊接標(biāo)準(zhǔn)化：EN 15085—2007［S/OL］.［2007-10］.http：∥www1.cccar.com.cn/bzxx9/affix_foreign_bzxx/208317/EN%2015085-4-2007.pdf.

［3］張東暉，江銳鋒，武永亮.鐵路貨車高強(qiáng)度耐候鋼藥芯焊絲性能研究［J］.機(jī)車車輛工藝，2014（2）：3.