大跨度橋梁用WNQ570鋼的氣體保護(hù)焊接性能研究

牛全峰

（恩施職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣與機(jī)械工程系，湖北 恩施445000）

0 前 言

在橋梁建造中，氣體保護(hù)焊是箱型結(jié)構(gòu)打底焊縫焊接采用的主要焊接方法之一，要求氣保焊焊接接頭必須具有優(yōu)良的接頭性能，達(dá)到橋梁建設(shè)用鋼材結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能要求，這就需要事先對焊材與母材的匹配進(jìn)行氣保焊接性能試驗(yàn)驗(yàn)證。本研究主要針對武鋼生產(chǎn)的大跨度橋梁用WNQ570鋼兩種交貨狀態(tài)下3種規(guī)格鋼板進(jìn)行手工對接焊性能試驗(yàn)，驗(yàn)證WNQ570鋼匹配WER60和WER70N兩種氣體保護(hù)焊絲的接頭力學(xué)性能。

1 焊接材料及焊接工藝

本試驗(yàn)采用武鋼自主研發(fā)的WER70N和WER60耐候焊絲匹配WNQ570鋼進(jìn)行氣體保護(hù)焊接，焊絲直徑1.2 mm，焊接坡口為X形坡口，坡口角度60°，鈍邊2 mm。焊接試驗(yàn)規(guī)范見表1。

表1 WNQ570鋼氣體保護(hù)焊接試驗(yàn)規(guī)范

2 氣體保護(hù)焊接試驗(yàn)結(jié)果

2.1 氣體保護(hù)焊接接頭力學(xué)性能

焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表2，沖擊試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，硬度試驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖5所示。

從表2可以看出，全焊縫最低抗拉強(qiáng)度為635 MPa，接頭冷彎和側(cè)彎均完好，接頭金屬塑性優(yōu)良。

表2 氣體保護(hù)焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

圖1 兩種氣保護(hù)焊絲焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果

從圖1可以看出，焊縫-40℃平均沖擊功達(dá)到103～141 J，熔合線-40℃平均沖擊功達(dá)到164～196 J，熱影響區(qū)-40℃平均沖擊功達(dá)到140～202 J，接頭沖擊性能優(yōu)良。

圖2 4#試樣不同位置硬度試驗(yàn)結(jié)果

圖3 71#試樣不同位置硬度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 73#試樣不同位置硬度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 74#試樣不同位置硬度試驗(yàn)結(jié)果

從圖2～圖5兩種交貨狀態(tài)下氣體保護(hù)焊接接頭硬度試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用兩種焊絲匹配WNQ570鋼3種規(guī)格鋼板，焊縫表層與中心全斷面焊縫HV10均小于250，符合橋梁鋼焊接性能硬度要求。

2.2 氣體保護(hù)焊焊接頭金相組織

氣體保護(hù)焊接接頭各區(qū)組織如圖6所示。

圖6 氣保焊接頭各區(qū)金相組織

氣體保護(hù)焊接接頭組織分析表明，焊縫組織為先共析鐵素體+針狀鐵素體，過熱區(qū)組織主要為貝氏體。從WNQ570鋼3種規(guī)格板氣體保護(hù)焊焊縫全斷面宏觀組織可知，采用的氣體保護(hù)焊接工藝是合理的，焊縫無未熔透和氣孔等缺陷。

2.3 氣體保護(hù)焊接頭時(shí)效試驗(yàn)

氣體保護(hù)焊接頭時(shí)效試驗(yàn)按照GB 2655《焊接接頭應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)方法》進(jìn)行,時(shí)效沖擊試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 氣體保護(hù)焊接頭時(shí)效沖擊試驗(yàn)結(jié)果（板厚 50～60 mm）

從表3可看出，兩個(gè)爐批號的兩種焊絲與兩種規(guī)格鋼板匹配的氣體保護(hù)焊接頭具有優(yōu)良的時(shí)效性能，接頭3個(gè)區(qū)域具有較低的時(shí)效敏感系數(shù)。

2.4 氣體保護(hù)焊接頭系列沖擊試驗(yàn)

氣體保護(hù)焊接頭焊接材料采用WER70N，焊絲直徑1.2 mm，板厚32 mm和50 mm，焊接線能量14～15 kJ/cm。接頭3個(gè)區(qū)域系列沖擊試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，WER70N焊絲匹配兩種規(guī)格板接頭3個(gè)區(qū)域1/2上平臺能轉(zhuǎn)變溫度見表4。

圖7 氣保焊系列溫度沖擊試驗(yàn)結(jié)果

表4 氣體保護(hù)焊接頭3個(gè)區(qū)域1/2上平臺能轉(zhuǎn)變溫度

從圖7和表4可以看出，氣體保護(hù)焊接頭沖擊功轉(zhuǎn)變溫度都在-40℃以下，轉(zhuǎn)變溫度較低，表明沖擊性能優(yōu)良。

3 結(jié) 論

（1）采用WER60和WER70N兩種氣體保護(hù)焊絲匹配WNQ570鋼兩種交貨狀態(tài)3種規(guī)格鋼板進(jìn)行焊接試驗(yàn)。結(jié)果表明，接頭抗拉強(qiáng)度和冷彎性能優(yōu)良。焊縫-40℃平均沖擊功達(dá)到103～141 J，熔合線-40℃平均沖擊功達(dá)到164～196 J，熱影響區(qū)-40℃平均沖擊功達(dá)到140～202 J。焊縫表層與中心全斷面焊縫HV10均小于250，接頭三區(qū)具有較低的時(shí)效敏感系數(shù)及較高的低溫沖擊韌性。

（2）氣體保護(hù)焊接頭過熱區(qū)主要為貝氏體組織，焊縫金屬主要為細(xì)小的針狀鐵素體組織，先共析鐵素體組織較少，從而使焊縫有優(yōu)良的低溫沖擊韌性。

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