S355J2W耐候钢新型焊丝适应性研究

果伟+崔云龙

摘 要：试验采用Ni-Cu1-1新型焊丝对高速列车用S355J2W 耐候钢进行焊接，焊后对接头的宏观形貌、拉伸性能、弯曲性能、冲击性能和硬度分布情况进行测试分析，结果表明：焊接接头的组织及力学性能优异，使用Ni-Cu1-1焊丝焊接S355J2W 耐候钢具有良好的适应性。

关键词：耐候钢；焊丝；组织；力学性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.013

0 前言

S355J2W 耐候钢不仅具有较高的强度、塑性、韧性、延展性以及疲劳极限等力学性能，还具有良好的耐大气腐蚀性能，是目前我国制造的高速列车转向架焊接构架的主要材料[1]。

S355J2W 耐候钢所匹配的焊接材料主要有CHW-55CNH焊丝（GB/T 2374-2008）、JM55-Ⅱ焊絲（GB/T 2374-2008）和Ni-Cu1-1焊丝（ISO 14341-2010） [2]。前两种焊丝已获得广泛应用，国内外对这两种焊丝的接头力学性能进行了详细研究，但对Ni-Cu1-1焊丝的接头力学性能研究较少，这也限制了该新型焊丝在轨道交通行业中的应用。

本文使用Ni-Cu1-1焊丝对S355J2W耐候钢进行焊接，对焊接接头的组织与力学性能进行研究，并据此对该新型焊丝的焊接适应性进行评判，为我国高速列车的实际生产提供参考。

1 试验材料、焊接设备及焊接工艺参数

1.1 试验材料

试验材料为高速列车转向架常用的S355J2W 耐候钢，焊接试样为350mm×150mm×12mm的板材，试板开单边30°坡口，留1mm钝边。填充材料为Ni-Cu1-1焊丝，直径1.2mm。母材及填充焊丝的化学成分与力学性能分别如表1、表2所示。

1.2 焊接设备及焊接工艺参数

焊接工艺试验采用 MAG（80%Ar+20%CO2）多层焊工艺方法，焊接设备采用松下YD-500GL3 型MAG 焊机。所用焊接工艺参数如表3所示。

2 试验结果与分析

2.1 焊接接头宏观形貌

焊接接头宏观形貌见图1，可知接头中各焊道之间和焊道与母材之间熔合良好，没有发现气孔、裂纹、夹杂等焊接缺欠，且焊缝上下表面成型良好，过渡均匀。

2.2 焊接接头拉伸性能

测得焊接接头的屈服强度ReL=415MPa、抗拉强度Rm=547MPa 、断后伸长率A=24.5%，均超过EN10025-5：2004中对母材的性能要求。

拉伸断裂情况见图2，所有拉伸试件均破断在远离焊缝的母材中，拉伸断口附近产生明显的宏观塑性变形，可知其断裂形式为韧性断裂[3]。

2.3 焊接接头弯曲性能

弯曲试验情况见图3，所有试样经过180°侧弯（d=40mm）后均完好无裂纹，可见焊接接头的弯曲性能良好，符合规定的要求。

2.4 焊缝冲击性能

焊缝冲击试样在-40°进行冲击，其冲击值分别为66J、43J、92J，均以较大幅度超过标准规定的27J。

冲击断口的形貌如图4所示，可见断口遍布剪切型伸长韧窝[4]，大小韧窝相间分布，这表征了焊缝优异的冲击性能。

2.5 焊接接头硬度分布

焊接接头硬度分布如图5所示，图中虚线为熔合线位置。焊接接头热影响区处硬度最高，焊缝硬度值低于热影响区但是高于母材。

金属材料的硬度值在一定程度上可以反映其强度的大小，由此可知焊缝的强度大于母材，这也能解释为何拉伸试样的断裂位置均位于母材。

由试验数据也可知接头最大硬度值远小于标准限定的380HV10，接头无淬硬组织产生。

3 结论

使用Ni-Cu1-1焊丝焊接S355J2W 耐候钢可以获得组织及力学性能良好的焊接接头，接头的宏观形貌、拉伸性能、弯曲性能、冲击性能和硬度分布情况优异，Ni-Cu1-1焊丝与S355J2W 耐候钢具有良好的焊接适应性。

参考文献：

[1]甄舒，孙大千，高丹丹等.16mm S355J2W耐候钢激光电弧复合焊接对接工艺[J].吉林大学学报，2015，45（01）：181-186.

[2] 董宏达，楚永萍，倪宝成等.母材及焊丝对转向架用耐候钢焊接接头性能的影响[J].电焊机，2016，46（08）：37-42.

[3]蒋政，刁可山，吴向东等.一种韧性断裂模型的理论研究和实验验证[J].材料科学与工艺，2015，23（03）：24-28.

[4]路浩，何建英.耐候钢活性MAG焊接接头组织及冲击断口特征[J].宇航材料工艺，2015（05）：66-69.

作者简介：果伟（1989-），女，河北唐山人，本科，助理工程师，从事焊接工艺工作。endprint