铁路货车车厢Q355GNH材料焊接修复工艺研究

2020-05-12王武林艾国白利兵刘文伟温小荣刘恒培

中国设备工程 2020年6期

王武林，艾国，白利兵，刘文伟，温小荣，刘恒培

（榆林职业技术学院神木校区，陕西榆林 719300）

1 材料分析

型号为Q355GNH材料，C：≤0.12、Si：0.20～0.75、Mn：≤1、P：0.07～0.15、S：≤0.020、Cu：0.25～0.55、Cr：0.30～1.25、Ni：≤0.65。为了改善钢的性能，可以添加一种或一种以上的微量元素（质量分数）：Nb：0.015%～0.060%，W0.02%～ 0.12%，Ti0.02%～ 0.10%,Alt≥ 0.020%。以及合金元素（质量分数）：Mo≤0.030%，Zr≤0.15%。其力学性能如表1所示。

根据焊接性评定方法碳当量分析CE=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]×100%=0.393，由于Ceq≤0.45%，耐候钢中除含P钢外，焊接性与一般低合金热轧钢差别不大，热影响区的硬度也不大，材料的焊接性良好。

表1 耐候钢Q355GNH力学性能

2 焊接工艺

2．1 除锈蚀

铁路货车车厢在使用过程中，受酸雨及其他腐蚀性介质的影响，会破坏原有基体的防锈功能层，车体表面就会出现锈蚀问题，如图1所示，这样对车厢破损处进行焊接修补时，如果不对其锈蚀进行彻底清理，就会影响焊接质量过程中电弧的稳定性，同时，有可能会诱导产生气孔、夹杂和裂纹等焊缝缺陷。

所以，在对车厢进行焊接修补前，不能仅依靠焊材的脱氧性来消除，必须对修复处焊道20mm以外的水分、油污、铁锈等杂质污染物采用机械等方法进行彻底的清理，从而保证焊后焊缝的力学性能和机械性能。

2．2 预热处理

对耐候钢Q355GNH焊前预热，通常是为了防止焊缝冷裂纹的重要工艺措施；焊后缓冷或热处理可以使扩散的氢充分逸出，降低了焊接残余应力，从而改善了组织结构，减少了焊缝的淬硬性，从而降低了焊接冷裂倾。在正常情况下，耐候钢Q355GNH热影响区域淬硬倾向不大，焊前不需要预热，但是，当焊接环境温度小于5℃时，应将焊件局部预热到75～125℃。

2．3 焊接材料选择

受车厢结构的限制，有些焊缝修复容易出现结构应力，如图2为车厢小门处挖补焊接图，这种结构很容易带来焊缝的应力集中问题，为有效克服应力集中给焊接结构带来的焊缝质量问题，在焊接材料选择时，按照等强匹配原则来选取，选择不低于基体金属耐候性和机械性能的焊材施焊。

图1 铁路货车车厢局部锈蚀图

图2 车厢小门局部挖补示意图

根据以上原则，结合表1和表2，为保证焊缝接头强度及其耐候性的要求，焊接耐候钢材应采用耐候钢焊条，其焊缝熔敷金属应具有不低于基体金属耐候性和机械性能的要求。可以选用J502NiCu、J520WCu或J506WCu焊条，CO2气体保护焊可用H08MnCuNiCr焊丝。同时，对型号为J502CrNiCu的碱性焊条，在使用前按标准要求350～400℃烘干1小时，生产现场使用焊条保温桶进行保温处理，且必须接电，保证温度在100～150℃，做到随用随取，若当天没用完的焊条第二天使用前，须进行重新烘干，严防焊材受潮，控制焊缝中的氧含量。重复烘干次数不应超过三次。

表2 Q355GNH耐候钢焊条电弧焊及气体保护焊焊材

2．4 焊接工艺参数的选择

焊接工艺参数的选取除了要考虑修复时周围环境温度外，还要考虑车厢本身的条件，若车身在严寒的冬季由室外刚进入维修车间时，车身温度极低，此时施焊焊缝冷却很快，很容易形成裂纹。所以在选取焊接参数时，要适当提高焊接工艺参数，同时，在焊补前要对焊道区域进行氧-乙炔气火焰预热，确保焊缝质量，具体焊接工艺参数按照表3选择。

表3 焊接工艺参数的选择

2．5 焊接接头的选择与焊道布置

考虑到铁路货车车厢材料Q355GNH的厚度只有5mm左右，加之长期使用过程中对车厢的磨损、酸水等有腐蚀性介质的腐蚀，车厢的有效厚度不足5mm，在焊接修复接头设计时，尽量回避采用搭接接头形式，主要采用对接接头。同时，不同板厚的对接接头形式一定要按照不同板厚的对接形式处理，将厚板加工成两钢板厚度差不超1mm，同时，对焊缝间隙有效控制，不宜过大。

同时，在布置焊缝和焊接顺序时，尽量使大多数的焊缝接头能在刚度较小的状态下进行焊接，减小结构应力。