王鳳會(huì)，高立軍，張 熹，許 靜，劉 宏

（首鋼技術(shù)研究院，北京100043）

不同耐候指數(shù)焊絲對(duì)Q420qENH焊接接頭沖擊及腐蝕性能的影響

王鳳會(huì)，高立軍，張 熹，許 靜，劉 宏

（首鋼技術(shù)研究院，北京100043）

采用不同耐候指數(shù)的焊絲焊接了首鋼生產(chǎn)的50mm厚Q420qENH耐候橋梁鋼，通過沖擊試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)及周浸腐蝕試驗(yàn)研究了接頭焊縫區(qū)的沖擊性能及焊接接頭的腐蝕性能。結(jié)果表明，耐候焊絲獲得的焊縫區(qū)沖擊性能優(yōu)于普通焊絲；焊縫的開路電位高于普通焊絲，焊接接頭的腐蝕性能優(yōu)于普通焊絲。

耐候鋼；耐候指數(shù)；韌性；電化學(xué)試驗(yàn)；周浸腐蝕試驗(yàn)

0 前言

目前橋梁對(duì)鋼材的性能要求越來越高，包括力學(xué)性能、焊接性能及腐蝕性能等。傳統(tǒng)的高強(qiáng)度橋梁鋼力學(xué)性能較差，且不耐大氣、海洋環(huán)境腐蝕。耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，是介于普通鋼和不銹鋼之間的低合金鋼，其耐候性為普通鋼的2～8倍。高性能耐候橋梁鋼能抗工業(yè)大氣、酸雨、海洋大氣及海水的腐蝕，內(nèi)陸和沿海橋梁可以免涂裝使用。近年來高性能耐候橋梁鋼的實(shí)用性及可靠性研究成為鋼鐵材料研究的熱點(diǎn)[1-3]。

耐候橋梁鋼的連接要使用焊接技術(shù)，焊接接頭的組織和成分與母材不同，可能會(huì)成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，因此既要考慮耐蝕橋梁鋼母材的性能，也要考慮其焊接接頭的性能[4-6]。對(duì)于耐候鋼來說，焊縫的韌性和腐蝕性同等重要，因此耐候鋼焊絲與耐候鋼必須具有良好的匹配以保證焊接接頭獲得良好的綜合性能。本研究采用同強(qiáng)度級(jí)別、不同耐候指數(shù)的三種焊絲分別進(jìn)行耐候鋼的焊接試驗(yàn)，通過夏比沖擊試驗(yàn)研究三種焊絲獲得的焊接接頭焊縫的沖擊性能，通過電化學(xué)試驗(yàn)、周浸腐蝕試驗(yàn)，從腐蝕的角度衡量三種焊絲與耐候鋼的匹配性。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料選用50 mm的Q420qENH耐候橋梁鋼，其典型金相組織如圖1所示。焊接試板坡口為X型，焊接試驗(yàn)采用氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為φ（Ar）80％+φ（CO2）20％，試板焊前預(yù)熱80℃～120℃，焊接熱輸入約15 kJ/cm，焊接接頭的宏觀形貌如圖2所示。焊接試驗(yàn)選擇了三種不同成分的焊絲，其中1#和2#接頭采用兩個(gè)不同廠家的耐候鋼焊絲，3#采用普通焊絲。Q420qENH的主要化學(xué)成分見表1，采用三種焊絲所得焊縫的主要化學(xué)成分見表2。

圖1 試驗(yàn)材料金相組織

圖2 焊接接頭宏觀照片

表1 Q420qENH化學(xué)成分％

表2 焊縫的主要化學(xué)成分％

焊后在接頭距表面2 mm處向厚度方向取焊縫沖擊試樣，在-40℃檢測(cè)其沖擊韌性。在距表面2 mm處取焊接接頭電化學(xué)試驗(yàn)及周浸腐蝕試驗(yàn)試樣。

對(duì)采用三種焊絲所得焊接接頭的焊縫區(qū)進(jìn)行電化學(xué)分析，試驗(yàn)溶液為0.01 mol/L的NaHSO3溶液，輔助電極為Pt片，參比電極為Ag/AgCl電極，試樣為工作電極，環(huán)境溫度為室溫。電化學(xué)交流阻抗的掃描頻率為0.1～10 MHz。對(duì)三種焊接接頭試樣進(jìn)行周浸腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)為3.5％NaCl溶液，模擬海洋大氣環(huán)境，試驗(yàn)溫度45℃±2℃，濕度70％±5％，每個(gè)循環(huán)周期為60 min，其中浸潤時(shí)間12 min，干燥時(shí)間48 min，試驗(yàn)時(shí)間72 h。

2 試驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 接頭焊縫沖擊性能

耐候鋼根據(jù)其耐候指數(shù)來評(píng)判耐候性，耐候指數(shù)則依據(jù)化學(xué)成分計(jì)算獲得

計(jì)算結(jié)果及其沖擊吸收功見表3。三種焊接接頭焊縫區(qū)的金相組織如圖3所示。

圖3 三種焊接接頭焊縫區(qū)的金相組織

由表3可知，采用耐候焊絲獲得的1#和2#焊縫區(qū)的耐候指數(shù)為母材耐候指數(shù)±5％，采用普通焊絲獲得的3#遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于母材。三種焊縫區(qū)的沖擊吸收功均滿足E級(jí)鋼材行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求，1#焊縫區(qū)的沖擊吸收功富余量較大，3#焊縫的富余量較小，其中單值已經(jīng)出現(xiàn)了不合格的現(xiàn)象。由圖3可知，焊縫區(qū)的晶界為先共析鐵素體組織，晶內(nèi)為針狀鐵素體，1#焊縫中存在少量粒狀貝氏體組織，1#～3#焊縫區(qū)中的先共析鐵素體含量逐漸增多，且晶粒變得更為粗大，從而降低了焊縫的沖擊性能。

表3 試驗(yàn)材料及焊縫區(qū)耐候指數(shù)及其沖擊吸收功

2.2 焊接接頭焊縫電化學(xué)試驗(yàn)

對(duì)母材及三種接頭的焊縫區(qū)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，以評(píng)價(jià)其耐蝕性，結(jié)果如圖4所示。

圖4 母材及焊縫區(qū)電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，三種焊縫區(qū)的電化學(xué)開路電位都低于母材，其中1#、2#的開路電位相差不大、接近于母材，3#焊縫遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于母材。因此，從三種焊縫的電化學(xué)結(jié)果可以判斷：①1#焊縫的耐蝕指數(shù)雖高于母材，但組織及組織均勻性上的差別造成了焊接接頭耐蝕性低于母材；②1#焊縫與2#焊縫的耐候指數(shù)在母材耐候指數(shù)±5％范圍內(nèi)，其耐蝕性相差不大，接近于母材；③3#焊縫的耐蝕指數(shù)比母材低35％，其接頭電化學(xué)耐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于母材。

2.3 焊接接頭周浸腐蝕試驗(yàn)

分別72 h周浸腐蝕試驗(yàn)后的母材試樣及三種焊接接頭的表面銹層，周浸試樣表面銹層照片如圖5所示。周浸試驗(yàn)獲得的母材試樣表面銹層均勻一致，2#試樣表面焊縫區(qū)與周圍母材區(qū)域的銹層相差不大，整個(gè)材料表面接近均勻一致；1#和3#試樣表面焊縫區(qū)與周圍母材區(qū)域的銹層有一定的差別，其中3#最為嚴(yán)重。焊縫區(qū)與周圍母材區(qū)域的銹層相差過大，不利于焊接接頭的耐蝕性，因此2#的耐蝕性最好，1#稍次之，3#最差。

圖5 材料周浸腐蝕試驗(yàn)試樣帶銹層

對(duì)周浸試驗(yàn)獲得的試樣進(jìn)行酸洗除銹處理，觀察試樣表面的腐蝕坑分布，如圖6所示。試樣表面除銹后進(jìn)行稱重對(duì)比，計(jì)算試樣失重腐蝕速率，母材及三種焊接接頭試樣的失重腐蝕速率如圖7所示。

圖6 試樣除銹后表面腐蝕坑照片

圖7 焊接接頭周浸腐蝕試驗(yàn)失重腐蝕速率

由圖6可知，母材試樣表面的腐蝕坑均勻一致，2#試樣表面焊縫區(qū)與母材區(qū)腐蝕坑接近一致，1#試樣焊縫區(qū)的腐蝕坑比母材區(qū)細(xì)小，3#試樣焊縫區(qū)的腐蝕坑明顯比母材區(qū)的更密，且腐蝕坑更深一些。

由圖7可知，三種焊接接頭的失重腐蝕速率沒有明顯的差別，都大于母材的腐蝕速率。1#、2#試樣在72 h周浸試驗(yàn)下的失重腐蝕速率高于3#試樣。

由上述分析可知，由于1#接頭焊縫區(qū)的耐蝕合金元素高于母材，1#接頭焊縫區(qū)的耐蝕性優(yōu)于母材區(qū)；2#接頭采用的焊絲與該耐候橋梁鋼匹配較好，接頭耐蝕性較好；3#接頭焊縫區(qū)耐蝕合金元素及自腐蝕電位都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于母材，其焊縫與母材匹配最差。

3 結(jié)論

（1）采用耐候焊絲及普通焊絲獲得的焊縫的沖擊吸收功都能滿足使用要求，但普通焊絲獲得的3.90耐候指數(shù)的焊縫沖擊吸收功出現(xiàn)單值不合格，耐候焊絲獲得的6.33耐候指數(shù)的焊縫沖擊性能優(yōu)于5.77的焊縫。

（2）1#和2#耐候焊絲獲得的焊縫的電化學(xué)腐蝕性能與母材相差不大，3#普通焊絲獲得的焊縫的開路電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于母材。

（3）72 h周浸腐蝕試驗(yàn)下，2#焊絲與耐候鋼匹配較好，接頭具有優(yōu)異的耐海洋大氣腐蝕性能，3#普通焊絲獲得的焊縫腐蝕坑密集且嚴(yán)重。

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Effect of different weather resistance index welding wires on impact and corrosion performance of Q420qENH welded joint

WANG Fenghui，GAO Lijun，ZHANG Xi，XU Jing，LIU Hong
（Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China）

Welding wires with different weather resistance index were adopted to study the welding technology test of Q420qENH steel with 50 mm thickness produced in Shougang.Impact test，electrochemical method and weekly leaching test were applied to evaluate the welded joint impact and corrosion performance.The results showed that impact performance of the weld joint obtained by weather resistance welding wire was better than the ordinary wire joint.The open circuit potential of weather resistance welding wire joint was higher than the ordinary wire joint.The corrosion performance of weather resistance welding wire joint was better than that of ordinary wire.

weathering steel；weather resistance index；toughness；electrochemical method；weekly leaching test

TG42

A

1001－2303（2017）01－0044-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.01.08

獻(xiàn)

王鳳會(huì)，高立軍，張熹，等.不同耐候指數(shù)焊絲對(duì)Q420qENH焊接接頭沖擊及腐蝕性能的影響[J].電焊機(jī)，2017，47（1）：44-47.

2016-04-13；

2016-07-07

王鳳會(huì)（1988—），男，山東棗莊人，碩士，工程師，主要從事高強(qiáng)鋼、管線鋼及復(fù)合材料的焊接性及配套焊材的研究。