陳建華 許志森 張翔 張衍坤 孫浩

摘要： 為了給生產(chǎn)制造制定返修焊工藝提供依據(jù)，對(duì)S355J2+N非合金結(jié)構(gòu)鋼做了多次返修條件下焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)研究。試驗(yàn)選取了5組12 mm厚的S355J2+N板材，焊接全熔透性對(duì)接焊縫，分別編號(hào)為T(mén)0，T1，T2，T3，T4。其中T0試板不進(jìn)行返修，T1，T2，T3和T4試板分別進(jìn)行1，2，3，4次模擬返修焊接。按照ISO 156141《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定-焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)-第一部分：鋼的弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的弧焊》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定并對(duì)接頭的拉伸性能、彎曲性能、沖擊性能、硬度等方面進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，多次返修焊接時(shí)返修次數(shù)并沒(méi)有造成焊接接頭抗拉強(qiáng)度、韌性等性能明顯降低，焊接接頭性能各項(xiàng)指標(biāo)均高于標(biāo)準(zhǔn)的最低要求。

關(guān)鍵詞： S355J2+N鋼; 返修; 焊接工藝評(píng)定

中圖分類號(hào)： TG 444+.4

Abstract： In order to provide a basis for the establishment of repair welding process in the production， welding process test for S355J2+N nonalloy structural steel was implemented under the condition of Repeated repair. Five groups of 12mmthick S355J2+N plates were selected for the test， and the fullpenetration butt welds were numbered T0， T1， T2， T3 and T4 respectively. The test plate numbered T0 was not repaired， and the test plates numbered T1， T2， T3 and T4 carried out repair welding for 1， 2， 3 and 4 times respectively. According to standard of ISO 156141， 《Specification and qualification of welding procedures for metallic materialsWelding procedure test Part 1Arc and gas welding of steels and arc welding of nickel and nickel alloys》， welding procedure qualification test was implemented and the tensile properties， bending properties， impact properties and hardness of the joints were evaluated. The results show that the number of repair times does not decrease the tensile strength and toughness of the welded joint， and the performance of the welded joint is higher than the minimum requirement of standard.

Key words： S355J2+N steel; repair; welding procedure qualification

0 前言

隨著國(guó)家“一帶一路”倡議的深入推進(jìn)，中車山東機(jī)車車輛有限公司實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略，近年來(lái)有多種軌道貨車產(chǎn)品打入歐洲高端貨車市場(chǎng)。其中車體、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架鋼結(jié)構(gòu)主要采用S355J2+N非合金結(jié)構(gòu)鋼，該型號(hào)鋼板執(zhí)行EN 100252標(biāo)準(zhǔn)，主要用于制造強(qiáng)度要求更高、成形性更好和性能穩(wěn)定的機(jī)械制造、車輛、化工設(shè)備等各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)，大型廠房鋼結(jié)構(gòu)，重要工程及橋梁結(jié)構(gòu)等，在歐洲應(yīng)用廣泛[1]。

為降低成本，在生產(chǎn)制造過(guò)程中不免要出現(xiàn)需對(duì)焊縫接頭進(jìn)行返修的情況。有技術(shù)人員研究了返修焊接對(duì)S355J2W+N耐候結(jié)構(gòu)鋼焊接接頭性能及金相組織的影響[2-3]，但目前對(duì)于S355J2+N還鮮有研究。為了驗(yàn)證返修對(duì)S355J2+N非合金結(jié)構(gòu)鋼焊接接頭性能的影響，為生產(chǎn)制造中制定返修焊工藝提供依據(jù)，我們選取了12 mm厚的S355J2+N板材進(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)材料和方法

采用MAG焊焊接方法對(duì)S355J2+N非合金結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行了的焊接工藝試驗(yàn)。焊接5塊對(duì)接試板，分別編號(hào)為T(mén)0，T1，T2，T3和T4，其中T0試板不進(jìn)行返修，T1，T2，T3和T4試板分別進(jìn)行1，2，3，4次模擬返修焊接。按照ISO 1561412017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定-焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)-第一部分：鋼的弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的弧焊》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行焊接工藝評(píng)定并對(duì)接頭各項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 母材

選用生產(chǎn)中常用的12 mm厚S355J2+N非合金結(jié)構(gòu)鋼，化學(xué)成分見(jiàn)表1，力學(xué)性能見(jiàn)表2。

1.2 焊材

焊絲選用1.2 mm的符合ISO 143412011A的 G42 4 M21 3Si1焊絲（保護(hù)氣為成分為80%Ar+20%CO2）。焊絲化學(xué)成分見(jiàn)表3，焊材熔覆金屬力學(xué)性能要求見(jiàn)表4。

1.3 坡口形式

焊縫接頭形式如圖1所示。焊接時(shí)采用單面焊雙面成形，其中坡口角度α=100°，組對(duì)間隙b=2～3 mm，

鈍邊c=0～0.5 mm。模擬返修焊接去除缺陷時(shí)坡口準(zhǔn)備如圖2所示。返修時(shí)，采用碳弧氣刨的方式去除焊縫，去除深度8～10 mm，并將碳化層、氣刨掛渣清除干凈，露出金屬光澤。

1.4 焊接設(shè)備

焊接設(shè)備選用林肯CV500P MAG焊機(jī)，直流反接。

1.5 焊接工藝

焊前用砂輪打磨焊縫兩側(cè)20 mm區(qū)域，清除影響焊接質(zhì)量的油污、鐵銹、焊渣等。焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表5。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 外觀檢測(cè)

按照ISO 58172014《鋼、鎳、鈦及其合金熔焊接頭（不包括電子束焊接）缺陷的質(zhì)量等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)對(duì)焊縫外觀進(jìn)行了評(píng)判。焊縫成形良好，表面無(wú)裂紋、咬邊、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷。

2.2 無(wú)損檢測(cè)

按ISO 176382016《焊縫無(wú)損檢測(cè)-磁粉探傷》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接接頭進(jìn)行了磁粉探傷并按ISO 232782015《焊縫無(wú)損檢測(cè)-磁粉檢驗(yàn)-驗(yàn)收等級(jí)》 標(biāo)準(zhǔn)2X等級(jí)進(jìn)行驗(yàn)收;按ISO 176402018《焊縫的無(wú)損檢驗(yàn)-超聲波檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行超聲波探傷并按ISO 116662018《焊接的無(wú)損檢測(cè)-超聲波檢測(cè)-驗(yàn)收》標(biāo)準(zhǔn) 2級(jí)進(jìn)行驗(yàn)收。探傷結(jié)果未發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，焊縫質(zhì)量良好。

2.3 力學(xué)性能測(cè)試

按ISO 41362012《金屬材料焊接的破壞性測(cè)試-橫向張力測(cè)試》進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，按ISO 5173—2009《金屬材料焊縫破壞性試驗(yàn)-彎曲試驗(yàn)》進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，按ISO 90162012《焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，按ISO 901512001《金屬材料焊縫破壞性試驗(yàn)-硬度試驗(yàn) 第1部分：電弧焊接頭硬度試驗(yàn)》進(jìn)行硬度試驗(yàn)。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果分析如下。

2.3.1 拉伸性能

為了更直觀展示結(jié)果并便于分析，將不同返修次數(shù)下2個(gè)抗拉強(qiáng)度結(jié)果取平均值并制成曲線圖，如圖3所示。結(jié)果表明，返修會(huì)造成接頭抗拉強(qiáng)度有一定的下降，返修1至4次抗拉強(qiáng)度平均值分別為未返修接頭抗拉強(qiáng)度平均值的88.4%，98.2%，99.7%，89.4%，但強(qiáng)度均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)最低要求。其中返修2次和3次時(shí)接頭抗拉強(qiáng)度基本與未返修接頭基本持平。返修次數(shù)1次和4次時(shí)接頭強(qiáng)度下降幅度稍大，由于其斷裂位置為母材且距離焊縫和熱影響區(qū)較遠(yuǎn)，推測(cè)強(qiáng)度降低可能不是由返修焊接造成。

2.3.2 彎曲試驗(yàn)

對(duì)焊接接頭進(jìn)行取樣，并進(jìn)行了側(cè)彎試驗(yàn)，壓頭直徑等于4倍板厚，彎曲角度180°。結(jié)果表明，彎曲試樣沒(méi)有出現(xiàn)裂紋等缺陷，彎曲性能良好。

2.3.3 沖擊性能

對(duì)焊縫和熱影響區(qū)進(jìn)行了-20 ℃沖擊性能試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)在焊縫和熱影響區(qū)各取3個(gè)沖擊試樣，每個(gè)試樣的沖擊吸收能量數(shù)值均大于標(biāo)準(zhǔn)要求的母材沖擊吸收能量最小值。沖擊吸收能量平均值如圖4所示。從圖中可以看出，焊縫和熱影響區(qū)的沖擊吸收能量數(shù)值呈一定波動(dòng)，但其數(shù)值都能遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至返修次數(shù)為2次、3次時(shí)，焊縫區(qū)的沖擊性能

比未返修時(shí)更佳，返修2次時(shí)熱影響區(qū)的沖擊性能比未返修時(shí)更佳。

2.4 宏觀金相

不同返修次數(shù)條件下，接頭的宏觀金相如圖5所示，可以看出熔合情況良好。但隨著返修次數(shù)的增加，熱輸入造成試件焊接變形逐漸增大。2.5 硬度試驗(yàn)

使用維氏硬度儀對(duì)焊接接頭和母材的顯微硬度進(jìn)行了測(cè)量。在上、下表面2 mm處各打一排點(diǎn)，從接頭的一側(cè)母材開(kāi)始，經(jīng)熱影響區(qū)、焊縫直至另一側(cè)母材，每個(gè)區(qū)域3個(gè)點(diǎn)，硬度測(cè)量位置如圖5所示。結(jié)果表明，所有測(cè)試點(diǎn)的硬度都小于320 HV10，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

（1）S355J2+N非合金結(jié)構(gòu)鋼焊接性能良好，多次返修焊接并沒(méi)有造成焊接接頭抗拉強(qiáng)度、韌性等性能明顯降低，焊接接頭性能各項(xiàng)指標(biāo)均高于工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的最低要求。

（2）試驗(yàn)結(jié)果為生產(chǎn)制造過(guò)程中制定返修焊接工藝提供了依據(jù)。參考文獻(xiàn)

[1] 李惠娟，孫國(guó)慶，王佩鑫. 歐標(biāo)S355系列鋼板的研制與開(kāi)發(fā)[J].天津冶金， 2015（4）： 20-23.

[2] 王瑞卓，徐芳，楊集友.返修對(duì)S355J2W+N耐候結(jié)構(gòu)鋼焊接接頭性能的影響[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017，11（21）：86-87.

[3] 宮平，常力.S355J2W+N鋼焊接接頭返修焊金相組織分析[J].電焊機(jī)， 2018， 48（3）：134-138.