張友建，曲之國，王樹國，于 浩

（五礦營口中板有限責任公司，遼寧 營口 115000）

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，橋梁鋼用量不斷增長,且對應(yīng)的力學(xué)性能要求、抗震性、抗疲勞性以及焊接工藝等方面都在不斷的提高標準要求[1-3]。

由于耐候鋼加入Cu、Cr、Ni、V等合金元素，在表面形成一層保護膜，從而降低其腐蝕速度[4]，延長壽命周期，降低成本。

為更好地為客戶提供相關(guān)產(chǎn)品的焊接工藝參，本文將針對五礦營口中板有限責任公司（以下簡稱營口）生產(chǎn)的Q420qENH鋼進行相應(yīng)的焊接性能研究。

1 試驗材料及試驗方法

1.1 試驗材料

試驗選取營口生產(chǎn)的新型高性能橋梁用鋼Q420qENH作為試驗鋼種，此批次訂單規(guī)格為10~50 mm厚度，需滿足耐候要求同時保證高韌性、低屈強比以及較好的焊接性能是本鋼種開發(fā)的難點。

通過降低C含量，優(yōu)化Cu、Cr、Ni等元素含量，降低冷裂紋敏感性，保證焊接性能同時，提高韌性，使該鋼具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能。耐大氣腐蝕指數(shù)I的控制目標為6.5。成分控制如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。

表1 Q420qENH鋼化學(xué)成分 %

表2 Q420qENH鋼力學(xué)性能

通過優(yōu)化TMCP工藝，控制鐵素體、貝氏體組織轉(zhuǎn)變，得到均勻的鐵素體、貝氏體組織，從而提高鋼的強度、塑性和韌性。

分析試驗用鋼板組織，主要是鐵素體+貝氏體+少量珠光體，鐵素體屬于軟相，貝氏體和珠光體屬于硬相組織，通過軟相組織的塑性變形和位錯移動，之后硬質(zhì)相開始形變，可集中應(yīng)力，推遲局部變形產(chǎn)生，從而保證屈強比，提高抗震性能。其金相組織如圖1所示。

圖1 金相組織（500×）

本次實驗主要采用20 mm和40 mm的鋼板進行焊接性能研究。

1.2 焊接材料

本次氣保焊實驗使用的焊絲為大西洋ER55-1/CHW-55CNH高強度耐候鋼氣保焊絲。焊絲直徑Φ1.2 mm。埋弧焊使用焊材為CHW-SG5Q/SJ102。

2 試驗方法及結(jié)果分析

2.1 試驗內(nèi)容

2.1.1 焊前試樣準備

試驗采用埋弧焊和氣保焊兩種焊接方式，其中20 mm規(guī)格采用氣保焊，40 mm規(guī)格采用埋弧焊和氣保焊。

根據(jù)工程的實際情況并結(jié)合橋梁的接頭形式，進行典型焊接接頭工藝性能的相關(guān)試驗。分別采用V型和X型坡口,采用多層多道焊方式焊接。具體坡口及焊接順序如圖2所示。

圖2 焊接順序示意圖

試驗檢驗主要為宏觀檢測、力學(xué)性能檢測，包括宏觀斷面酸蝕檢驗、拉伸、沖擊、彎曲、硬度等。

2.1.2 焊接參數(shù)設(shè)定

對于強度級別為400~700 MPa的低合金高強度鋼，其裂紋敏感指數(shù)（Pcm、Pc）計算公式為：

式中：δ為板厚，mm；[H]為焊縫金屬擴撒氫含量，mL/100 g。

預(yù)熱溫度（T0）:

由以上公式可知，此鋼種不用預(yù)熱。

參考熱影響區(qū)最高硬度計算公式：

式中：t8/5為焊接熱影響區(qū)溫度從800℃降低到500℃所需時間，依據(jù)相關(guān)公式計算可得：對應(yīng)焊接線能量為11 kJ/cm時，t8/5大約為6 s，最大硬度HVmax約為348。因此為保證焊接硬度性能，線能量需大于12 kJ/cm。

依據(jù)上述計算結(jié)果，氣保焊采用電流280 A±10 A，電壓31 V±1 V，平均熱輸入15 kJ/cm。埋弧焊采用電流600 A±50 A，電壓30 V±4 V，平均熱輸入46 kJ/cm。

2.2 焊接結(jié)果分析

2.2.1 宏觀檢測

觀察焊縫界面的宏觀形貌從圖3中可以看出，焊縫及熱影響區(qū)無可見裂紋、縮松等缺陷。

圖3 焊縫截面的宏觀形貌

2.2.2 性能檢測

對接接頭力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 焊接接頭力學(xué)性能檢驗值

低溫沖擊試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 焊接接頭低溫（-40℃）沖擊檢驗值 J

采用維氏硬度（HV10:ISO6507）檢測不同區(qū)域硬度，其中SYG-20最大值為226.6，SYG-40最大值為244.7，均處于熱影響區(qū)，而SYS-40最大值為243.9，位于焊縫區(qū)域,滿足要求。

3 結(jié)論

1）針對營口生產(chǎn)的Q420qENH鋼板，進行氣保焊和埋弧焊實驗，依據(jù)檢驗結(jié)果，在上述實驗條件下，焊接性能滿足使用要求。

2）采用選定的焊接工藝參數(shù)進行焊接，焊縫表面成形良好，經(jīng)目視檢測和無損探傷后未發(fā)現(xiàn)明顯的焊接缺陷，外觀檢驗、超聲波探傷檢驗、宏觀斷面檢驗及接頭力學(xué)性能試驗等檢驗均合格。

3）焊接接頭拉伸試驗、彎曲試驗和沖擊試驗的結(jié)果表明，焊接接頭強度、塑形、韌性、硬度等指標均滿足技術(shù)要求，且富余量大，安全可靠。