耐候钢Q460NH的焊接工艺研究

耐候钢板Q460NH的焊接工艺研究上铁装卸修造分公司陆锦枝摘要：通过耐候钢板Q460NH的材料分析、焊接性能分析和焊接材料的选用。对耐候钢板Q460NH的焊接工艺研究，提出了耐候钢板Q460NH在铁路运输用卷钢座架制造中的焊接工艺指导。关键词:耐候钢板焊接性能焊接工艺一、问题的提出随着钢铁工业的不断进步，市场上出现了大大小小，规格不一的卷筒钢板，给运输市场带来了全新的挑战，为了适应市场，为了铁路运输争得市场，为了提高铁路对卷钢运输的运能和安全。铁道部和上海铁路局多次发文要求，尽快实现铁路对卷钢运输的集装化，大力推广铁路专用卷钢座架在铁路运输上的应用。原卷钢在铁路上的运输是采用草垫固定，发生卷钢位移，车辆偏载的情况十分严重。给铁路运输的安全构成了严重的威胁。尽快上马卷钢座架的生产，显得十分迫切。但由于铁路运输的特定条件，天南地北，温差大，工况恶劣。卷钢座架的选用材料上要有一定的条件，需要特殊性能，而耐候钢板Q460NH就具有这样的性能。本文通过对耐候钢板Q460NH材料的力学性能、化学成分，和焊接性的分析来讨论耐候钢板Q460NH钢的焊接性能。使耐候钢板Q460NH在卷钢座架中的焊接得到充分保证，从而为铁路运输的安全作出贡献。二、耐候钢板Q460NH的材质分析对于任何钢材的焊接工艺评定首要的是了解这钢材的化学成份和力学性能。2012年3月29日我们将耐候钢板Q460NH送到了机械工业材料质量检测中心进行化学成份和力学性能的检测。机械工业材料质量检测中心报告（编号:2012-H-5474）Q460NH耐候钢化学分析：根据GB/T20123-2006;GB/T4336-2002检测项目碳（C）硅（Si）锰（Mn）磷（P）硫（S）铬（Cr）钼（Mo）镍（Ni）铜（Cu）结果0.0320.250.720.0110.0013.7＜0.0050.280.39机械工业材料质量检测中心报告（编号:2012-L-3044）Q460NH耐候钢力学性能：根据GB/T228.1-2010;检测项目单位结果备注规定塑性延伸强度MPa522抗拉强度MPa616断后伸长率%27.5从上可以得出耐候钢板Q460NH属于合金成份较多，碳当量＜0.20%的焊接性能良好的优质钢材。三、耐候钢板Q460NH的焊接工艺的研究根据耐候钢板Q460NH的化学成份和力学性能分柝，我们认为：（一）耐候钢板Q460NH采用CO2保护焊采用CO2气保护焊焊接，该方法使用常规CO2焊机，采用100%CO2作为保护气体，和普通结构钢实心焊丝焊接相似，即可得到美观的焊缝。焊接方法的对比，见表1。项目手工电弧焊MIG实心焊丝CO2气保护焊备注效率低高高成本高较高低操作工艺性好较好好焊缝美观好较好好焊缝性能好好好全位置焊缝美观适应性好一般好焊丝品种多少多对焊工技术要求较多高一般环境评价差较好好从上面的数据分析手工电弧焊接将会渐渐被CO2气体保护焊接所替代，耐候钢板Q460NH已具备机械制造、建筑、化工设备材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。为使耐候钢板Q460NH在传统的应用中性能更好，一直在改进现有的类型，而且，为了满足各类高级应用的严格要求，正在开发新的耐候钢板Q460NH。由于生产效率不断提高，质量不断改进，耐候钢板Q460NH已成为工程师们选择的最具有成本效益的材料之一。（二）耐候钢板Q460NH焊丝的选用从耐候钢板Q460NH化学成份和力学性能和成本等综合考量。见表2项目BH-503HS-60备注效率高较高成本8.6元/KG18.5元/KG操作工艺性好较好C0.880.07SI0.90.035MN1.421.3倔服强度445470抗拉强度560550耐温-20-30选用BH-503焊丝基本能满足要求。（三）耐候钢板Q460NH的焊接要求1.耐候钢板Q460NH，其组织为奥氏体（A)加3-5％铁素体（F）。它具有良好的塑性和高温、低温性能。它在焊接热循环的作用下，主要显示出以下基本要求：（1）焊接过程中采用小的线能量输入，减小热影响区范围，加快焊缝及热影响区的冷却速度对耐候钢板Q460NH的焊接是有益的。（2）耐候钢板Q460NH焊接时导热系数小，存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。焊缝高温停留时间过长，也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。因此要求尽量选择线能量输入较小的焊接方法。（3）由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接易产生较大的变形，选用能量集中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减少焊接变形。2.耐候钢板Q460NH的含碳量很小，在加上它属于合金钢，碳当量法对它焊接性能的估算是不怎么准确的。因此我们不用碳当量对它的焊接性进行分析。3.耐候钢板Q460NH，这类钢有具有交高的变形能力并不可淬硬，而且它的含碳量又很底，所以总的来说焊接性还是不错的。但是由于热导率低，热膨胀系数大，局部加热时温度分布不均匀，收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生交大的内应力。在焊接的时候应该注意这方面的问题，焊接时尽量避免或减少这种受热不均显现的发生，焊接的速度也应该适当的快点。上面我们已经从它的化学成分和物理性能对耐候钢板Q460NH的焊接性能进行了分析，但是根据这些判断出的焊接性是不够准确的，我们需要准确的判断它的焊接性我们就必须通过焊接性试验来完成。焊接性的试验是很多的，我在这里设计如下试验方法。1.板材的规格是6×150×200mm，2.焊接方法是CO2气体保护焊3.焊材型号HB-503，规格¢1.2mm，4.不开坡口，形式是对接型5.焊接参数是电流：30A，6.电压30V，7.速度15-20cm/min（四）Q460NH耐候钢对接试板力学性能测试：2012年4月1/11日我们将耐候钢板Q460NH送到了机械工业材料质量检测中心进行力学性能的检测。机械工业材料质量检测中心报告（编号:2012-L-3167）Q460NH耐候钢对接试板力学性能：根据JBJ81-2008;拉伸试验检测项目单位结果1#结果2横截面积mm5.87×25.145.85×25.10抗拉力KN94.695.5抗拉强度MPa640650备注断母材断母材冲击试验试样编号试样尺寸检测项目单位结果焊缝10×5×55冲击吸收能量J384032热影响区10×5×55冲击吸收能量J356082工艺性能试样编号检测项目测试条件结果1#背弯试验α=180°,d=t断裂2#背弯试验α=180°,d=t断裂3#背弯试验α=180°,d=t断裂4#背弯试验α=180°,d=t断裂根据机械工业材料质量检测中心报告（编号:2012-L-3167）Q460NH耐候钢对接试板力学性能测试焊缝强度超过母材。四、焊接工艺的评定（一）焊接方法是CO2气体保护焊（二）焊材型号HB-503，规格¢1.2mm（三）不开坡口，形式是对接型（四）焊接参数是电流：30A，电压30V，速度15-20cm/min在生产中按此标准来做的话是应该可以生产出合格的产品，它的使用性能完全能满足要求。五、结论根据以上的焊接工艺的评定，Q460NH耐候钢在卷钢座架上的应用是完全适合的，本焊接工艺是成熟可行的，生产的卷钢座架完全能满足铁路运输的需要，事实上经过中国铁道科学研究院运输及经济研究所根据相关规章要求，对委托方设计制造的DDJG-C系列敞车装载卷钢用钢制座架进行了静载及冲击试验，以测定钢座架在不同工况下的结构强度。检测结果完全能满足卷钢的装载要求。从目前卷钢座架的生产来看无论环境评价，生产成本都取得了良好的效果。从已经投入铁路运输的卷钢座架来看从未发生其它单位出现过的焊缝质量问题。焊缝质量达到了设计要求。参考文献1、《焊接手册》材料的焊接[M]．北京：机械工业出版社．20032、陈祝年《焊接工程师手册》[M]．北京：机械工业出版社．20023、吕德林李研珠《焊接金相分柝》北京：机械工业出版社．1987.104、《建筑钢结构施工手册》中国钢结构协会