WNM360L耐磨钢材料焊接工艺开发及应用

■ 欧先印，余细萍，沈华西

关键字：焊接工艺；WNM360L耐磨钢；力学性能

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1. 材料选用

本试验所用的材料与实际制造尾滚筒所使的材料一致，为舞阳钢铁有限责任公司生产的40mm厚度的WNM360L耐磨钢，其化学成分、力学性能经检测后分别如表1、表2所示。拉伸试验下的抗拉强度为1260MPa，屈服强度为1040MPa，断面收缩率为12%，在-20℃下三次的冲击试验值分别为41J、36J、26J，经超声波探伤后合格，符合WYJ112—2008标准的要求，为合格钢板。

表1 WNM360L耐磨钢化学成分（质量分数）（%）

2. 焊接工艺

（1）坡口设计及试样制备 为保证焊透，WNM360L耐磨钢试板对接焊采用了“X”形坡口（见附图）。试板焊接完成后，根据规范要求，将从试件上截取2件纵向拉伸试样，4件侧弯试样，分别从焊缝中心线、熔合线、距熔合线2mm及距熔合线5mm处各截取3件V型缺口冲击试样。

坡口形式及焊道布置图

表2 WNM360L耐磨钢力学性能

（2）焊接方法、焊丝与焊剂的选择 为保证焊接质量兼顾焊接效率，焊接方法选择了埋弧焊。由于实际上没有匹配母材强度的焊丝，根据船东需求，选用了焊丝H08Mn2MoA，其强度经计算后满足船东提出的要求，化学成分及力学性能分别如表3、表4所示。经射线探伤后合格，符合GB/T12470—2003标准的要求；与其配合使用的焊剂为SJ101，其测试后的力学性能如表5所示，经射线探伤后合格，其含水量、含硫、磷量及机械夹杂物等均满足GB/T12470—2003标准的要求，且焊丝与焊剂的化学成分分析结果及力学性能结果均获得了CCS认可。

（3）焊前准备及焊接参数的选择 焊前保证坡口及附近25～30mm内表面洁净，无油污。焊接过程需严格控制预热温度、层间温度与最大热输入。预热温度过低或不预热，会加快WNM360L耐磨钢焊缝的冷却速度，易使接头生成马氏体组织，产生冷裂纹；层间温度过高，会造成铁素体晶粒粗大，使塑、韧性降低；层间温度过低，易形成马氏体组织，使硬度提高；焊接热输入不但影响焊接过程中峰值温度的分布和冷却速度，还影响凝固时间，从而影响焊接接头的力学性能。因此焊接预热温度最低值控制在100℃，层间温度控制在100～250℃，最大热输入控制在19.67～26.61kJ/cm，各焊道焊接参数具体如表6所示。

3. 焊接接头力学性能测试

试样焊接完成后，参照焊丝的力学性能，根据CCS焊接与材料规范对该接头进行力学性能进行测试。

（1）焊接接头冲击试验结果 如表7所示，焊缝中心线、熔合线、距熔合线2mm及距熔合线5mm处的冲击吸收能量值均符合规范要求。

（2）硬度测试结果 母材的硬度为293～325HV10，热影响区的硬度为214～229HV10，焊缝的硬度为219～229HV10，均未超过420HV10，符合规范要求。

（3）焊接接头拉伸和弯曲试验结果 如表8所示，抗拉强度试验断裂位置在焊缝处，最小抗拉强度为645MPa，满足设计时所需求的最小抗拉强度值，符合规范要求；试样侧弯后，试样无裂纹与其他缺陷，满足规范要求；焊缝断面宏观检查显示，焊缝完全焊透，无裂纹、气孔夹杂等缺陷，符合规范要求。

表3 H08Mn2MoA 焊丝化学成分（质量分数） （%）

表4 H08Mn2MoA焊丝力学性能

表5 SJ101焊剂力学性能

表6 WNM360L耐磨钢对接焊缝各焊道焊接参数

表7 焊接接头冲击试验结果

表8 焊接接头拉伸、弯曲试验结果

4. 结语

试验结果表明，采用所述的焊接工艺能满足规范要求，该焊接工艺已获得船东认可，在尾滚筒生产过程运用，焊接质量理想， MT、RT及UT均未发现裂纹等超标缺陷，合格率100%，能满足实际焊接工艺的需要。