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新型高耐蚀性耐候钢焊接工艺优化黄凤龙

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：黄凤龙韩景如黄显峰

[导读] 摘要：铁路货车经过不断地更新换代已经由原来的40吨级发展到现在的80吨级，产品升级换代过程中应用到的钢材品种也在不断地更新替换，为应对不同工作环境开发了多种铁路货车用耐候钢。

        中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔 161002
        摘要：铁路货车经过不断地更新换代已经由原来的40吨级发展到现在的80吨级，产品升级换代过程中应用到的钢材品种也在不断地更新替换，为应对不同工作环境开发了多种铁路货车用耐候钢。本文通过可行性措施改善了S450EW高耐蚀性耐候钢在生产过程中发现的问题，优化了焊接工艺，成功地应用于铁路货车产品的焊接生产。
        关键词：S450EW 熔化极气体保护焊；焊接工艺性；气体配比
        随着铁路货运量的不断增加，为满足客户需求确保货车车体在可以承载较大载货量的同时还应具有较长的使用周期。这就要求车体所使用的钢材不仅强度符合其耐腐蚀性也要有所提高，与Q450NQR1钢种相比，S450EW高耐蚀性耐候钢因其在冶炼过程中加入较多的合金元素，具有较好的承载能力及耐腐蚀性，在试制过程中选择采用TH650EW-Ⅱ焊丝匹配富氩混合气进行焊接。在施焊时发现焊丝的焊接工艺性不良，为解决这一问题进行试验。
        1焊接工艺的选择及优点
        在现车生产制造过程中焊接工艺技术有着至关重要的作用，从单个零件的焊接到部件的组对到最后整车结构的落成都离不开焊接工艺，其中焊接的应用承担了近90%的链接工程。这就要求焊接工艺技术要先进可靠能够使产品的制造高效优质。目前生产中使用的焊接方法是富氩熔化极气体保护焊，此类焊接方法与手工电弧焊相比具有焊接过程中线能量小；焊接电弧集中同时保护气体对焊接熔池有保护及降低冷却速度的作用，使焊接区域的热影响区范围较小；焊后结构的残余变形及焊接应力都较手工电弧焊小50%；从焊接材料的消耗上也具有很大优势；并且熔化极实芯焊丝气体保护焊焊接完成后无需清渣焊缝一次成型节省了操作人员的工作项目及工时有效的提升了生产效率。
        2 焊接材料的选择
        S450EW高耐蚀性耐候钢热轧状态供货其化学成分为表1、焊丝化学成分表2；富氩混合气体配比为80%Ar+20%CO2。

        3 焊接工艺性不良的表现
        在采用TH650EW-Ⅱ焊丝匹配80%Ar+20%CO2焊接保护气体焊接时焊缝表面氧化物较多，颜色呈灰乌色、焊缝边缘与母材熔合不良、焊接过程中金属飞溅物大且多粘附在板材面上不易清除，焊缝波纹粗糙不细密局部出现未熔合以及余高超差的缺陷。后期需要大量人工成本进行修磨及补焊作业，造成人力、物力的不必要浪费。通过对焊接条件的鉴别，将熔化极气体保护焊中的保护气体作为试验对象。
        4提高焊接工艺性试验
        针对TH650EW-Ⅱ焊丝在焊接过程中出现的不良质量问题进行试验，以生产中常规的接头形式T型角焊缝为例，使用气体配比器分别设定不同的氩气含量减少保护气体中的活性成分来改善焊接电弧及焊丝熔化金属的稳定性。保护气体的设定为85%Ar+15%CO2、90%Ar+10%CO2、95%Ar+5%CO2进行比较。为保证试验项目的准确使用2个生产批号的焊丝，并将焊接规范上确定为230A、24V及270A、28V两组焊接参数进行比较。施焊前使用角向磨光机将焊接区域打磨至露出金属光泽，避免母材表面的氧化膜对焊接造成影响。
        T型角接焊缝操作工艺：焊缝焊接时, 易产生咬边、未焊透、焊缝下垂等缺陷, 所以应控制焊丝的角度。等厚板焊接时,焊丝与水平板的夹角为40°～ 50°。不等厚板时, 焊丝的倾角应使电弧偏向厚板, 板厚越厚, 焊丝与其夹角越大；试验中焊接焊脚Z=8 mm 的角焊缝, 采用单层单道焊, 焊枪指向(焊丝) 距根部1～ 2 mm 处。焊枪应作横向摆动, 可采用斜圆圈形运丝法焊接。
        4.1 T型接头不同气体配比保护气体试验焊后检测项目：外观检测结果表3针对既有焊接工艺的常见问题进行分析说明；焊缝低倍宏观金相检验表4

        通过实验证明：使用气体配比器调高保护气体中氩气含量进行焊接时，焊丝的焊接工艺性、焊缝成型以及未熔合等焊接缺陷均得到改善。
        （1）焊接工艺性的改善：焊接时焊接电弧燃烧稳定，焊接金属飞溅情况较原工艺使用的配比80%Ar+20%CO2保护气体时有明显改善，金属飞溅颗粒减少且体积细小、不易粘附在金属板材表面、焊后清理容易。另外采用配比为90%Ar+10%CO2的保护气体，其焊接工艺参数的可调节范围加大，具有更好的现场操作适应能力。
        （2）采用新的配比方案后焊缝外观成型得到了改善，通过调整焊接操作中的施焊角度，有效的解决了焊缝表面凸起余高超高的问题，同时保护气体中的活性气体减少，惰性气体Ar气有效的抑制了液态熔化金属的流动克服了焊缝两侧焊趾边缘直线度不好以及局部熔合不良的焊接缺陷。
        （3）通过低倍宏观金相检测证明采用配比为85%Ar+15%CO2、90%Ar+10%CO2、与80%Ar+20%CO2的对比保护气体，焊缝的宏观试样的熔深变化无明显变化，熔透深度均在2--3mm，从断面形状分析使用90%Ar+10%CO2保护气体的焊缝与母材为平滑过渡，焊缝余高明显好于另外3种气体配比。
        表4 T型角接接头的低倍宏观金相

        结论
        通过针对不同焊接保护气体配比比例的调整，在T型角接接头的焊接对比试验中当保护气体的配比比例为90%Ar+10%CO2时，匹配TH650EW-11焊丝焊接S450EW高耐蚀性耐候钢的可操作性、焊缝成型以及焊缝断面的熔合质量均得到了很大的提升，能够很好的满足产品的焊接质量要求，并节省大量的修磨焊补的时间，取得了预期的试验效果。
        参考文献
        [1]陈祝年.焊接工程师手册，2002，7（3）1022-1024.
        [2]史耀武.新编焊接数据资料手册[ M]，北京：机械工业出版社，2014.