S355J2W耐候鋼新型焊絲適應性研究

果偉+崔云龍

摘 要：試驗采用Ni-Cu1-1新型焊絲對高速列車用S355J2W 耐候鋼進行焊接，焊后對接頭的宏觀形貌、拉伸性能、彎曲性能、沖擊性能和硬度分布情況進行測試分析，結果表明：焊接接頭的組織及力學性能優異，使用Ni-Cu1-1焊絲焊接S355J2W 耐候鋼具有良好的適應性。

關鍵詞：耐候鋼；焊絲；組織；力學性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.013

0 前言

S355J2W 耐候鋼不僅具有較高的強度、塑性、韌性、延展性以及疲勞極限等力學性能，還具有良好的耐大氣腐蝕性能，是目前我國制造的高速列車轉向架焊接構架的主要材料[1]。

S355J2W 耐候鋼所匹配的焊接材料主要有CHW-55CNH焊絲（GB/T 2374-2008）、JM55-Ⅱ焊絲（GB/T 2374-2008）和Ni-Cu1-1焊絲（ISO 14341-2010） [2]。前兩種焊絲已獲得廣泛應用，國內外對這兩種焊絲的接頭力學性能進行了詳細研究，但對Ni-Cu1-1焊絲的接頭力學性能研究較少，這也限制了該新型焊絲在軌道交通行業中的應用。

本文使用Ni-Cu1-1焊絲對S355J2W耐候鋼進行焊接，對焊接接頭的組織與力學性能進行研究，并據此對該新型焊絲的焊接適應性進行評判，為我國高速列車的實際生產提供參考。

1 試驗材料、焊接設備及焊接工藝參數

1.1 試驗材料

試驗材料為高速列車轉向架常用的S355J2W 耐候鋼，焊接試樣為350mm×150mm×12mm的板材，試板開單邊30°坡口，留1mm鈍邊。填充材料為Ni-Cu1-1焊絲，直徑1.2mm。母材及填充焊絲的化學成分與力學性能分別如表1、表2所示。

1.2 焊接設備及焊接工藝參數

焊接工藝試驗采用 MAG（80%Ar+20%CO2）多層焊工藝方法，焊接設備采用松下YD-500GL3 型MAG 焊機。所用焊接工藝參數如表3所示。

2 試驗結果與分析

2.1 焊接接頭宏觀形貌

焊接接頭宏觀形貌見圖1，可知接頭中各焊道之間和焊道與母材之間熔合良好，沒有發現氣孔、裂紋、夾雜等焊接缺欠，且焊縫上下表面成型良好，過渡均勻。

2.2 焊接接頭拉伸性能

測得焊接接頭的屈服強度ReL=415MPa、抗拉強度Rm=547MPa 、斷后伸長率A=24.5%，均超過EN10025-5：2004中對母材的性能要求。

拉伸斷裂情況見圖2，所有拉伸試件均破斷在遠離焊縫的母材中，拉伸斷口附近產生明顯的宏觀塑性變形，可知其斷裂形式為韌性斷裂[3]。

2.3 焊接接頭彎曲性能

彎曲試驗情況見圖3，所有試樣經過180°側彎（d=40mm）后均完好無裂紋，可見焊接接頭的彎曲性能良好，符合規定的要求。

2.4 焊縫沖擊性能

焊縫沖擊試樣在-40°進行沖擊，其沖擊值分別為66J、43J、92J，均以較大幅度超過標準規定的27J。

沖擊斷口的形貌如圖4所示，可見斷口遍布剪切型伸長韌窩[4]，大小韌窩相間分布，這表征了焊縫優異的沖擊性能。

2.5 焊接接頭硬度分布

焊接接頭硬度分布如圖5所示，圖中虛線為熔合線位置。焊接接頭熱影響區處硬度最高，焊縫硬度值低于熱影響區但是高于母材。

金屬材料的硬度值在一定程度上可以反映其強度的大小，由此可知焊縫的強度大于母材，這也能解釋為何拉伸試樣的斷裂位置均位于母材。

由試驗數據也可知接頭最大硬度值遠小于標準限定的380HV10，接頭無淬硬組織產生。

3 結論

使用Ni-Cu1-1焊絲焊接S355J2W 耐候鋼可以獲得組織及力學性能良好的焊接接頭，接頭的宏觀形貌、拉伸性能、彎曲性能、沖擊性能和硬度分布情況優異，Ni-Cu1-1焊絲與S355J2W 耐候鋼具有良好的焊接適應性。

參考文獻：

[1]甄舒，孫大千，高丹丹等.16mm S355J2W耐候鋼激光電弧復合焊接對接工藝[J].吉林大學學報，2015，45（01）：181-186.

[2] 董宏達，楚永萍，倪寶成等.母材及焊絲對轉向架用耐候鋼焊接接頭性能的影響[J].電焊機，2016，46（08）：37-42.

[3]蔣政，刁可山，吳向東等.一種韌性斷裂模型的理論研究和實驗驗證[J].材料科學與工藝，2015，23（03）：24-28.

[4]路浩，何建英.耐候鋼活性MAG焊接接頭組織及沖擊斷口特征[J].宇航材料工藝，2015（05）：66-69.

作者簡介：果偉（1989-），女，河北唐山人，本科，助理工程師，從事焊接工藝工作。endprint