預(yù)涂底漆Q355GNH鋼板焊接性研究

我公司設(shè)計生產(chǎn)的某型出口內(nèi)燃機車動車組客車，其碳鋼車體部件的主材采用Q355GNH鋼板，鋼板進廠后為了防止生銹，部件組焊前基本都經(jīng)酸洗磷化（或拋丸）后預(yù)涂底漆工序。根據(jù)鐵路行業(yè)制造經(jīng)驗，焊前打磨工作量占總的焊接作業(yè)工作量10%~15%，這不但增加人工成本，也嚴重惡化了工作環(huán)境。因此研究預(yù)涂帶底漆鋼板不打磨焊接，以便確定預(yù)涂不同厚度底漆鋼板的焊接性，預(yù)涂漆膜厚度對焊接接頭力學(xué)性能的影響，以及常見車體鋼結(jié)構(gòu)可帶底漆焊接的厚度范圍等具有重要意義。

1. 試驗材料及方法

選用1.5mm、3mm、5mm及10mmQ355GNH鋼板均分別預(yù)涂0μm、20μm、40μm及60μm的HJ302的雙組份無機硅酸鋅底漆，采用MAG焊（保護氣體用80%Ar+20%CO2）方法來進行相關(guān)試驗研究，焊機選用SAF—380iw，焊絲選用F1.2mm的H08MnSiCuCrNiII。Q355GNH鋼板化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表1、表2所示， HJ302底漆化學(xué)成分如表3所示，H08MnSiCuCrNiI焊絲的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表4、表5所示。

表1 鋼板 Q355GNH 化學(xué)成分（GB/T 4171－2008）（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表2 鋼板 Q355GND力學(xué)性能（GB/T 4171－2008）

表3 HJ302底漆化學(xué)成分

表4 H08MnSiCuCrNiII 化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表5 H08MnSiCuCrNiII 熔敷金屬力學(xué)性能（典型值）

2. 試驗過程及結(jié)果分析

（1）底漆焊接性測試 根據(jù)《ISO17652－2—2003 焊接 與焊接和相關(guān)工藝有關(guān)的工廠底漆的試驗 第2部分：工廠底漆的焊接特性》進行了焊接性測試，結(jié)果如圖1所示。

對比圖1，觀察分析4組試板，漆膜厚度≤40μm的3組試板，焊縫表面基本無氣孔，斷裂后焊縫內(nèi)部極少發(fā)現(xiàn)氣孔及夾雜；而漆膜厚度為60μm 的試板，焊縫表面氣孔增加，斷裂后其內(nèi)部有較明顯氣孔及夾雜物，且焊接過程中飛濺增大明顯。可以預(yù)測，隨著漆膜厚度的增加，預(yù)涂底漆鋼板的焊接性逐步變差。

（2）預(yù)涂底漆斜Y坡口裂紋試驗 根據(jù)《Q/CSR 61－2013 焊接性試驗 斜Y形坡口焊接裂紋試驗方法》，用 10mm的Q355GNH分別預(yù)涂0μm、20μm、40μm及60μm的HJ302底漆進行了4組室溫（15℃）條件下的抗裂敏感性試驗，焊后試件經(jīng)48h后進行裂紋的檢測和解剖，試驗參數(shù)及抗裂性試驗結(jié)果如表6所示 。

試驗結(jié)果表明：隨著漆膜厚度的增大，平均裂紋率逐步增大，表示其冷裂傾向增大，因此HJ302無機硅酸鋅預(yù)涂底漆中的顏料和粘合劑對裂紋敏感性有一定的影響；且隨著漆膜厚度的增大，焊接過程中產(chǎn)生一定的夾雜，降低了焊縫金屬的沖擊韌性，增加了低溫脆性，增大了產(chǎn)生裂紋的傾向；同時以硅酸脂為主要成分的顏料和粘合劑均含有潛在氫，隨著漆膜厚度的增加，焊接過程中擴散氫的含量增大，造成氫致延遲裂紋的產(chǎn)生幾率增大；但平均裂紋率均符合標準規(guī)定的＜20%的要求，說明預(yù)涂底漆Q355GNH鋼板及配套焊材H08MnSiCuCrNiII的抗裂性良好。

圖1 焊接性測試焊縫斷面

表6 預(yù)涂底漆鋼板斜Y型坡口裂紋試驗結(jié)果（典型值）

表7 焊接工藝試驗檢測項目

（3）鋼板焊接工藝評定 用1.5mm、3mm、5mm及10mm 的Q355GNH鋼板均分別預(yù)涂0μm、20μm、40μm及60μm的HJ302底漆，對應(yīng)試板編號分別為A1~A4、B1~B4、C1~C4、D1~D4，試板規(guī)格均為350mm× 150mm，預(yù)涂底漆前均進行除銹處理，其中C1~C4、D1~D4試板均單邊開30°坡口，如表7所示。

第一，外觀檢測。發(fā)現(xiàn)試驗試板焊縫表面豐滿，余高合理；有油漆試板較無油漆試板飛濺略大，局部有＜0.5mm咬邊，且焊后在焊縫兩側(cè)析出白色油漆揮發(fā)物，焊縫顏色較無油漆試板略深并且焊縫表面氧化皮增多，如圖2所示。

第二，射線探傷。檢測結(jié)果如表8所示。由表8可看出，隨著漆膜厚度的增加，厚板更易產(chǎn)生夾雜物，不同厚度試驗試板焊縫中的產(chǎn)生氣孔的幾率也逐步增大；且當漆膜厚度為60μm時，不同厚度的A4、B4、C4、D4 四組試驗試板射線探傷質(zhì)量評定等級均為Ⅲ級，不符合質(zhì)量要求；但在同樣達到Ⅰ、Ⅱ級片要求時，薄板的氣孔分布率斜率在同等漆膜厚度（20~40μm）條件下易產(chǎn)生氣孔，因為薄板焊接的冷卻速度快，熔池中產(chǎn)生的氣體來不及逸出而形成氣孔。

第三，拉伸試驗。結(jié)果表明，不同板厚條件下，隨著試驗漆膜厚度的增加，除A4試樣（1.5mm試板，漆膜厚度60μm，抗拉強度為457MPa達不到標準要求）斷裂于熱影響區(qū)外；其他試件斷裂位置均在母材，說明焊縫金屬的拉伸性能高于母材的拉伸性能，預(yù)涂不同厚度HJ302底漆對焊縫的抗拉強度影響很小。

第四，彎曲試驗。試件彎曲180°，彎曲直徑d=2t，正彎2個、背彎2個，試驗試件表件表面完好，均未出現(xiàn)3mm以上的裂紋及其他缺陷，說明漆膜厚度在0~60mm范圍內(nèi)增加對彎曲性能影響很小。

第五，沖擊試驗。對D1~D4試件進行沖擊試驗（V型缺口，試驗溫度為0℃），試驗結(jié)果如表9所示。由表9可知，不同漆膜厚度下焊縫區(qū)沖擊吸收能量基本不變，熱影響區(qū)相對焊縫的沖擊吸收能量略微下降，但各項沖擊吸收能量指標均大于評定指標34J，說明試驗中各項焊接參數(shù)選擇合理，預(yù)涂底漆對焊縫的沖擊性能影響不大。

第六，硬度試驗。對A1~ A4、B1~B4、C1~C4、D1~D4試件進行硬度試驗，試驗結(jié)果如表10所示。表10中不同板厚在不同漆膜厚度下焊縫熔敷金屬（熱影響區(qū)和焊縫區(qū)域）硬度（HV10）均小于評定指標380HV，說明各項焊接參數(shù)選擇合理，試驗材料的硬度值隨著漆膜厚度的增加略微增加，說明殘留在焊縫金屬中某些元素或雜質(zhì)有一定程度硬度強化作用。

圖2 焊后試板形態(tài)（10mm D1~D4組試板）

表8 試驗試板射線探傷結(jié)果

表9 沖擊試驗結(jié)果（平均值）

第七，宏觀金相。對試驗試件進行宏觀金相試驗。不同漆膜厚度條件下，宏觀金相均無裂紋、未焊透、未熔合等缺陷，表明焊接參數(shù)選擇合理，焊縫接頭質(zhì)量滿足要求，預(yù)涂底漆對焊縫宏觀金相基本無影響，如圖3所示。

（4）焊縫化學(xué)成分分析 選取A1與A4、B1與B4、C1與C4、D1與D4共8個試件進行焊縫化學(xué)成分測試，檢測結(jié)果如表11所示。油漆成分對焊縫金屬的主體化學(xué)成分的影響基本可以忽略不計，僅造成有害雜質(zhì)P磷的含量的少許提高(但均在母材允許范圍內(nèi))。磷有較強的固溶強化作用，理論上使鋼的強度與硬度增加，冷脆性增加，焊接性變差，同時降低焊縫的韌性。

表10 硬度試驗結(jié)果

圖3 宏觀金相照片（10mm D1~D4組試板）

表11 焊縫化學(xué)成分

3. 結(jié)語

通過焊接試驗，證明了帶HJ302底漆Q355GNH鋼板的焊接性；在0~60mm內(nèi)，預(yù)涂HJ302底漆的Q355GNH鋼板焊接室溫裂紋敏感性較低，抗裂性能較好，但隨著預(yù)涂漆膜厚度的增加，其抗裂紋敏感性有減弱的趨勢。通過試驗分析，考慮到試驗試板的綜合焊接質(zhì)量，建議實際生產(chǎn)中Q355GNH鋼板預(yù)涂HJ302底漆漆膜厚度≤40μm為宜 。

[1] 周振豐. 焊接冶金學(xué)（金屬焊接性）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.