客车水箱焊接工艺性能研究

2019-09-28

电焊机 2019年9期

（中车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京266111）

0 前言

客车水箱一般采用304不锈钢薄板通过焊接制得[1-2]，其质量主要取决于焊接接头的质量，因此，研究客车水箱用304不锈钢薄板的焊接工艺性能显得十分重要。在304不锈钢薄板的焊接方面已开展了很多研究[3-11]，但是针对304不锈钢薄板用于客车水箱制造的焊接特性研究工作，目前尚未见报道。本文针对客车水箱制造过程中可能使用的焊接方法和4种焊接接头形式（全焊透板对接接头、T型接头、单面角焊缝接头和搭接接头），进行了一系列焊接工艺性能试验。通过测试和分析不同焊接接头力学性能、组织结构、残余应力分布、氯离子敏感度等，获得4种焊接接头综合性能的基础性数据，为优化客车水箱设计制造方案提供理论依据。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为304不锈钢薄板，厚度3 mm，化学成分如表1所示。4种焊接接头试板共4对8块，每块试板尺寸规格为150 mm×300 mm×3 mm。

1.2 焊接试验工艺参数

采用手工钨极氩弧焊（TIG焊）对客车水箱用304不锈钢薄板进行焊接[2，12-13]，获得4种焊接接头：全焊透板对接接头、T型接头、单面角焊缝接头和搭接接头，分别如图1～图4所示，选用设备为逆变交直流氩弧焊机（ADP400型）。4种形式焊接接头的焊接试验工艺参数如表2、表3所示。

表1 304不锈钢薄板化学成分 %

图1 全焊透板对接接头

图2 T型接头

1.3 焊接工艺试验试板检验和检测项目

图3 单面角焊缝接头

图4 搭接接头

依据相关标准[2，12-13]，4种焊接接头试板的检验和检测项目为：表面裂纹检测（PT 100%）、硬度（HV）测定、宏观金相观测、金相显微组织分析、耐蚀性试验（氯离子敏感度测定）和残余应力测定，此外，全焊透板对接接头还需进行横向拉伸和弯曲试验。

2 试验结果及分析

2.1 表面裂纹检测

按照NB/T47013.5承压设备表面着色检测标准对全焊透板对接接头、T型接头、单面角焊缝接头和搭接接头进行表面着色检测，均未发现裂纹。说明上述4种焊接接头的焊接工艺合理，施焊操作正确。

表2 全焊透板对接接头焊接工艺参数

表3 T型接头、单面角焊缝接头和搭接接头焊接工艺参数

2.2 力学性能测试结果及分析

2.2.1 拉伸和弯曲试验结果及分析

4种焊接接头中，只有全焊透板对接接头可以进行拉伸和弯曲试验。按照GB/T 2651对全焊透板对接接头进行横向拉伸试验，结果如表4所示；按照GB/T 2653对全焊透板对接接头进行横向弯曲试验，结果如表5所示。由表4、表5可知，全焊透板对接接头拉伸屈服强度和抗拉强度均大于304不锈钢材料标准值，弯曲试验结果均满足304不锈钢材料标准要求，表明焊接试验工艺参数是合适的。

2.2.2 硬度试验结果及分析

4种焊接接头三区（指焊肉、热影响区、母材三个区域，以下同）硬度测试结果如表6～表9所示。由表可知，4种焊接接头三区硬度（HV10）值共同的特点是热影响区硬度值最高，这是由于热影响区被加热而使其中析出相有所增多所致。对接接头、搭接接头焊肉硬度略高于母材硬度，T型接头焊肉硬度与母材硬度基本相同，单面角焊缝接头焊肉硬度略低于母材硬度。4种焊接接头三区硬度值均满足304不锈钢材料标准要求（≤200 HV10）。

表4 全焊透板对接接头的拉伸性能

表5 全焊透板对接接头弯曲试验结果

表6 全焊透板对接接头的硬度

表7 T型接头的硬度

表8 单面角焊缝接头的硬度

对钢铁材料，一般可根据硬度值粗略比较不同试件抗拉强度的大小。4种焊接接头中单面角焊缝接头焊肉硬度最低，表明单面角焊缝接头焊肉抗拉强度最低。

表9 搭接接头的硬度

3.3 宏观金相观察

观察4种焊接接头的宏观金相照片（图1～图4）可知，各种焊接接头成形良好。

3.4 金相显微组织分析

4种焊接接头三区金相显微组织如图5～图8所示。由图可知，全焊透板对接接头、T型接头、单面角焊缝接头和搭接接头4种形式接头对应区域的显微组织基本相同。4种焊接接头焊肉的金相组织均为柱状树枝晶组织，热影响区和母材金相组织均为等轴晶组织。以上显微组织均为奥氏体不锈钢焊接接头的常规金相组织，未出现异常组织。