孫明慧

摘要：文章介紹了耐候鋼，分析高強(qiáng)耐候鋼在焊接過程中容易出現(xiàn)的問題，并結(jié)合問題總結(jié)出解決方案。為保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)要求，對(duì)高強(qiáng)度耐候鋼成分及力學(xué)性能等進(jìn)行分析，選用合理的焊接材料和焊接工藝，并進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：耐候鋼;Q450NQR1;焊接特點(diǎn);焊接工藝

Abstract： The article introduces weathering steel， analyzes the problems that are likely to occur during the welding process of high-strength weathering steel， and summarizes the solutions based on the problems. In order to ensure the quality and technical requirements of welding products， the composition and mechanical properties of high-strength weathering steel are analyzed， and reasonable welding materials and welding processes are selected and analyzed.

Key words： weathering steel;Q450NQR1;welding characteristics;welding procedure

0? 引言

耐侯鋼又稱為耐大氣腐蝕鋼，是介于普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼，為了能夠提高鋼材的耐候性能，在材料中加少量銅、磷、鉻、鎳等金屬。按耐大氣腐蝕性能的高低不同，將耐候鋼可分為兩種：一種是高耐候性能的結(jié)構(gòu)鋼，一種是用于焊接產(chǎn)品的耐候鋼[1]。高耐候性能的結(jié)構(gòu)鋼耐候性能優(yōu)于焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼，是因?yàn)閷⑸倭康你~、鉻、鎳，加入到焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼中，而沒有磷，所以焊接性能更好。

在我國鐵路建設(shè)快速發(fā)展的過程中，速度和載重量都有很大提高。我國建設(shè)的青藏鐵路，由于列車運(yùn)行環(huán)境惡劣，對(duì)機(jī)車車輛制造材料的強(qiáng)度和韌性都提出了更高的要求，為此開發(fā)出強(qiáng)度高、韌性好的新型高強(qiáng)度耐候鋼，材料特點(diǎn)是P含量低、強(qiáng)度高、低溫韌性高。將屈服強(qiáng)度400MPa以上、抗拉強(qiáng)度500MPa以上的耐候鋼，稱為高強(qiáng)度耐候鋼。Q450NQR1高強(qiáng)耐候鋼是在鐵路行業(yè)應(yīng)用最廣泛的新型耐候鋼材，因?yàn)椴牧现辛缀康?，而屈服?qiáng)度高以及低溫沖擊韌性較高。

1? 高強(qiáng)耐候鋼的焊接特點(diǎn)

高強(qiáng)度耐候鋼Q450NQR1的焊接工藝主要考慮三個(gè)方面的問題：一避免焊縫的脆化問題;二是如何避免高溫?zé)崃鸭y問題;三是避免低溫冷裂紋的產(chǎn)生。高強(qiáng)度耐候鋼Q450NQR1的碳當(dāng)量為0.35～0.43%，普通耐候鋼09CuPTiRE-A的碳當(dāng)量為0.20～0.25%。由于高強(qiáng)度耐候鋼成分的碳當(dāng)量較高，導(dǎo)致材料的焊接性較差，所以焊縫的熱影響區(qū)存在淬硬和冷裂傾向。

1.1 焊縫脆化

高強(qiáng)鋼焊接接頭的熔合區(qū)上存在沖擊韌性低的現(xiàn)象，而在高強(qiáng)度耐候鋼焊接接頭的焊縫區(qū)沖擊韌性最低。用小線能量焊接的焊縫沖擊韌性優(yōu)于用大線能量焊接的焊縫。所以焊接時(shí)采用較小的線能量是有利的，但是單純依靠減小焊接線能量改善沖擊韌性，作用是有限的。選擇焊接線能量時(shí)須全面考慮，因?yàn)闇p小焊接線能量對(duì)接頭的抗冷裂性能及塑性指標(biāo)亦有不利影響。

1.2 焊接熱裂紋

熱裂紋大多以結(jié)晶裂紋的形式存在于高強(qiáng)度耐候鋼焊縫中。高強(qiáng)度耐候鋼焊縫時(shí)抗熱裂紋性能優(yōu)于普通耐候鋼，這是由于高強(qiáng)度耐候鋼中硫、磷含量低，而錳含量較高，手工電弧焊使用堿性焊條也有影響。

在焊接高強(qiáng)度耐候鋼時(shí)需要采取相應(yīng)措施避免熱裂紋的產(chǎn)生：措施一，焊接時(shí)合理安排焊接次序，盡量減小焊接應(yīng)力;措施二，選用性能較好的堿性焊條、焊劑進(jìn)行焊接;措施三，選用合理的焊接規(guī)范。焊接電流越大，焊接熔深越大，熔合比越大。適當(dāng)減小焊接電流并提高電弧電壓;措施四，控制焊縫的成形。寬而淺的對(duì)接焊縫，拉應(yīng)力集中的現(xiàn)象大為減弱，焊縫的抗熱裂性較高。而低熔點(diǎn)物質(zhì)容易富集在凹的、平的角焊縫和窄且深的對(duì)接焊縫中心面上，在焊接拉應(yīng)力的作用下，非常產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。所以對(duì)接焊縫和角焊縫的外形應(yīng)該是微微凸起的形狀，必須填滿弧坑，減少缺陷的產(chǎn)生。使用埋弧自動(dòng)焊方法焊接時(shí)，需要增加引弧板和引出板。

1.3 焊接冷裂紋

焊接冷裂紋的形成因素主要有三個(gè)：材料本身的淬硬傾向，焊接結(jié)構(gòu)的拘束拉應(yīng)力，焊接接頭的含氫量及其分布。針對(duì)造成焊接冷裂紋產(chǎn)生的的影響因素，可采取的主要措施有以下：

①被焊工件尺寸要滿足要求，組對(duì)時(shí)避免造成內(nèi)部應(yīng)力。并且合理安排焊接次序，盡量降低大多數(shù)焊縫在焊接時(shí)的拘束度，從而進(jìn)一步減小焊接應(yīng)力[2]。

②選用合適的焊接材料，主要指堿性低氫型焊材。堿性低氫型焊材焊接接頭的含氫量低，有較好的脫硫、脫磷性能，沖擊韌性較高。為了減少焊接接頭的含氫量，使用前需進(jìn)行烘干，減少水分，由此降低冷裂傾向。

③做好充分的焊前準(zhǔn)備工作。認(rèn)真清理焊縫部位及兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)，去除水分、鐵銹、油污等雜物。另外焊前預(yù)熱可以有效防止高強(qiáng)鋼焊接冷裂紋地產(chǎn)生。

④適合的焊接方法和規(guī)范?；旌蠚怏w保護(hù)焊時(shí)有較小焊接線能量，焊接時(shí)可適當(dāng)增大焊接線能量。通過措施減小冷卻速度，可減少或避免焊縫的淬火組織。另外使氫能順利逸出焊縫，降低了冷裂紋的傾向。

⑤焊后緩冷或熱處理。為了使氫充分逸出，可進(jìn)行焊接后緩慢冷卻或者熱處理。同時(shí)消除焊接的殘余應(yīng)力，改善焊縫的組織，降低產(chǎn)生焊接冷裂紋的傾向。

2? Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼成分及力學(xué)性能

通過實(shí)測(cè)兩組Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼試板的化學(xué)成分和力學(xué)性能，得出以下數(shù)據(jù)，并與要求的成分和力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，具體數(shù)據(jù)見表1和表2。

3? 焊接工藝

3.1 焊接變形的矯正

使用火焰加熱將鋼板加熱到650～700℃進(jìn)行變形矯正。通過相關(guān)數(shù)據(jù)可知，火焰加熱矯正對(duì)鋼材力學(xué)性能和組織晶粒大小的影響有限。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，采取局部小范圍加熱的方式進(jìn)行矯正，避免大范圍加熱，減小對(duì)鋼材力學(xué)性能和晶粒大小產(chǎn)生的影響。因此在Q450NQR1材料的焊接結(jié)構(gòu)中，允許使用火焰進(jìn)行焊接變形的矯正，加熱溫度在700℃以下。

3.2 焊接材料

Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼的強(qiáng)度較高，同時(shí)耐大氣腐蝕性能較好，但是為了保證焊接結(jié)構(gòu)的性能，需要選擇合適的焊接材料。選擇焊接材料時(shí)要考慮焊接材料的韌性和抗裂性能。不同種類耐候鋼焊接時(shí)，可根據(jù)強(qiáng)度低的母材選用焊接材料，根據(jù)強(qiáng)度較高的母材確定焊接工藝。當(dāng)滿足熔敷金屬的最低抗拉強(qiáng)度不低于強(qiáng)度較低的母材的抗拉強(qiáng)度時(shí)，耐候鋼與其他材料焊接優(yōu)先選用非耐候的結(jié)構(gòu)鋼焊接材料，也可用耐候鋼焊接材料。焊條、焊劑須按規(guī)定進(jìn)行烘干。

Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼的焊接材料：氣體保護(hù)焊選用型號(hào)TH550-NQ-Ⅱ的氣體保護(hù)焊絲;埋弧焊選用型號(hào)TH550-NQ-Ⅲ的焊絲，配合焊劑SJ101。（表3）

3.3 高強(qiáng)度耐候鋼的焊接

3.3.1 焊前準(zhǔn)備

焊接坡口及兩側(cè)各10～20mm范圍內(nèi)應(yīng)除去水分、鐵銹等雜物，如果有油漆層不影響焊接，可不需清除[3]。如果坡口的加工過程中使用氣割或碳弧氣刨，應(yīng)該除去坡口面的熔渣。坡口合格后才可組對(duì)焊接。

3.3.2 焊接Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼的焊接參數(shù)如表6所示

焊接要求：

①氣體保護(hù)焊時(shí)采用80%Ar+20%CO2的混合氣體進(jìn)行保護(hù)，比純CO2氣體保護(hù)的效果要好。

②埋弧焊的焊劑使用前，經(jīng)350℃烘干，時(shí)間為1～2小時(shí)，并儲(chǔ)存在密閉的容器內(nèi)。

③板材對(duì)接焊時(shí)應(yīng)設(shè)置引弧、熄弧板，引弧、熄弧點(diǎn)應(yīng)超過引弧、熄弧板30mm以上。

4? 結(jié)論

①采用以局部點(diǎn)狀的加熱方式進(jìn)行焊接變形的矯正。

②嚴(yán)格控制焊接起弧位置的質(zhì)量，必要時(shí)需用砂輪修磨。對(duì)接焊縫增加引弧板和熄弧板。

③當(dāng)清根時(shí)使用碳弧氣刨，要求使用砂輪打磨碳弧氣刨層。

④焊接時(shí)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，焊前需要對(duì)材料進(jìn)行預(yù)熱處理。

⑤為降低焊接應(yīng)力，減小變形，焊接時(shí)選擇合理的焊接順序和方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈言錦.焊接技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018：20-59.

[2]李亞江，王娟，劉鵬，等.低合金鋼焊接及工程應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：160-170.

[3]劉會(huì)杰.焊接冶金與焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：161-181.