鐵路貨車車廂Q355GNH材料焊接修復(fù)工藝研究

王武林，艾國，白利兵，劉文偉，溫小榮，劉恒培

（榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院神木校區(qū)，陜西 榆林 719300）

1 材料分析

型號為Q355GNH材料，C：≤0.12、Si：0.20～0.75、Mn：≤1、P：0.07～0.15、S：≤0.020、Cu：0.25～0.55、Cr：0.30～1.25、Ni：≤0.65。為了改善鋼的性能，可以添加一種或一種以上的微量元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Nb：0.015%～0.060%，W0.02%～ 0.12%，Ti0.02%～ 0.10%,Alt≥ 0.020%。以及合金元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Mo≤0.030%，Zr≤0.15%。其力學(xué)性能如表1所示。

根據(jù)焊接性評定方法碳當(dāng)量分析CE=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]×100%=0.393，由于Ceq≤0.45%，耐候鋼中除含P鋼外，焊接性與一般低合金熱軋鋼差別不大，熱影響區(qū)的硬度也不大，材料的焊接性良好。

表1 耐候鋼Q355GNH力學(xué)性能

2 焊接工藝

2．1 除銹蝕

鐵路貨車車廂在使用過程中，受酸雨及其他腐蝕性介質(zhì)的影響，會破壞原有基體的防銹功能層，車體表面就會出現(xiàn)銹蝕問題，如圖1所示，這樣對車廂破損處進(jìn)行焊接修補時，如果不對其銹蝕進(jìn)行徹底清理，就會影響焊接質(zhì)量過程中電弧的穩(wěn)定性，同時，有可能會誘導(dǎo)產(chǎn)生氣孔、夾雜和裂紋等焊縫缺陷。

所以，在對車廂進(jìn)行焊接修補前，不能僅依靠焊材的脫氧性來消除，必須對修復(fù)處焊道20mm以外的水分、油污、鐵銹等雜質(zhì)污染物采用機(jī)械等方法進(jìn)行徹底的清理，從而保證焊后焊縫的力學(xué)性能和機(jī)械性能。

2．2 預(yù)熱處理

對耐候鋼Q355GNH焊前預(yù)熱，通常是為了防止焊縫冷裂紋的重要工藝措施；焊后緩冷或熱處理可以使擴(kuò)散的氫充分逸出，降低了焊接殘余應(yīng)力，從而改善了組織結(jié)構(gòu)，減少了焊縫的淬硬性，從而降低了焊接冷裂傾。在正常情況下，耐候鋼Q355GNH熱影響區(qū)域淬硬傾向不大，焊前不需要預(yù)熱，但是，當(dāng)焊接環(huán)境溫度小于5℃時，應(yīng)將焊件局部預(yù)熱到75～125℃。

2．3 焊接材料選擇

受車廂結(jié)構(gòu)的限制，有些焊縫修復(fù)容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力，如圖2為車廂小門處挖補焊接圖，這種結(jié)構(gòu)很容易帶來焊縫的應(yīng)力集中問題，為有效克服應(yīng)力集中給焊接結(jié)構(gòu)帶來的焊縫質(zhì)量問題，在焊接材料選擇時，按照等強(qiáng)匹配原則來選取，選擇不低于基體金屬耐候性和機(jī)械性能的焊材施焊。

圖1 鐵路貨車車廂局部銹蝕圖

圖2 車廂小門局部 挖補示意圖

根據(jù)以上原則，結(jié)合表1和表2，為保證焊縫接頭強(qiáng)度及其耐候性的要求，焊接耐候鋼材應(yīng)采用耐候鋼焊條，其焊縫熔敷金屬應(yīng)具有不低于基體金屬耐候性和機(jī)械性能的要求。可以選用J502NiCu、J520WCu或J506WCu焊條，CO2氣體保護(hù)焊可用H08MnCuNiCr焊絲。同時，對型號為J502CrNiCu的堿性焊條，在使用前按標(biāo)準(zhǔn)要求350～400℃烘干1小時，生產(chǎn)現(xiàn)場使用焊條保溫桶進(jìn)行保溫處理，且必須接電，保證溫度在100～150℃，做到隨用隨取，若當(dāng)天沒用完的焊條第二天使用前，須進(jìn)行重新烘干，嚴(yán)防焊材受潮，控制焊縫中的氧含量。重復(fù)烘干次數(shù)不應(yīng)超過三次。

表2 Q355GNH耐候鋼焊條電弧焊及氣體保護(hù)焊焊材

2．4 焊接工藝參數(shù)的選擇

焊接工藝參數(shù)的選取除了要考慮修復(fù)時周圍環(huán)境溫度外，還要考慮車廂本身的條件，若車身在嚴(yán)寒的冬季由室外剛進(jìn)入維修車間時，車身溫度極低，此時施焊焊縫冷卻很快，很容易形成裂紋。所以在選取焊接參數(shù)時，要適當(dāng)提高焊接工藝參數(shù)，同時，在焊補前要對焊道區(qū)域進(jìn)行氧-乙炔氣火焰預(yù)熱，確保焊縫質(zhì)量，具體焊接工藝參數(shù)按照表3選擇。

表3 焊接工藝參數(shù)的選擇

2．5 焊接接頭的選擇與焊道布置

考慮到鐵路貨車車廂材料Q355GNH的厚度只有5mm左右，加之長期使用過程中對車廂的磨損、酸水等有腐蝕性介質(zhì)的腐蝕，車廂的有效厚度不足5mm，在焊接修復(fù)接頭設(shè)計時，盡量回避采用搭接接頭形式，主要采用對接接頭。同時，不同板厚的對接接頭形式一定要按照不同板厚的對接形式處理，將厚板加工成兩鋼板厚度差不超1mm，同時，對焊縫間隙有效控制，不宜過大。

同時，在布置焊縫和焊接順序時，盡量使大多數(shù)的焊縫接頭能在剛度較小的狀態(tài)下進(jìn)行焊接，減小結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

3 焊后工藝措施

為降低鐵路貨車車廂焊補后的返修率，提高車廂的使用壽命，嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，焊補后做好以下幾方面的措施。

（1）為防止焊后出現(xiàn)延遲裂紋影響整個車廂的使用壽命，在焊補修復(fù)后進(jìn)行錘擊焊道，釋放由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、焊縫拘束應(yīng)力大而產(chǎn)生的應(yīng)力。

（2）為了減緩焊縫冷卻速度，降低焊縫的淬硬傾向，焊補結(jié)束后，采用氧-乙炔火焰對焊道及熱影響區(qū)進(jìn)行退火處理，防止由焊縫冷卻速度過快而產(chǎn)生裂紋缺陷。

（3）為防止空氣與腐蝕性介質(zhì)對焊道金屬進(jìn)行腐蝕，要采用涂漆等方式對焊道金屬進(jìn)行涂裝處理。