16MnDR钢双丝自动焊工艺研究

2022-02-27陈积翠

金属加工(热加工) 2022年2期

关键词：母材硬度试件

陈积翠

中车株洲电力机车有限公司湖南株洲 412001

1 序言

随着机车车体焊接自动化工作的深入推进[1-3]，对自动化焊接效率的提升提出了更高的要求。双丝焊作为一项新技术，对提高自动化焊接效率具有显著的优势，双丝焊系统组成如图1所示[4]。

图1 双丝焊系统组成

虽然双丝焊使效率提升明显，但会导致焊接接头热输入量增加，该变化对接头性能的影响是一个亟需研究的课题。和谐型机车车体母材材质以16MnDR钢为主，因此本文对16MnDR钢开展双丝自动焊工艺研究。

2 试验材料与方法

试验所用母材为12mm和20mm厚的16MnDR钢，主要化学成分见表1，力学性能见表2。母材的显微组织主要为铁素体[5，6]，如图2所示。焊接试板的尺寸为380mm×155mm，焊缝接头形式为V形对接接头，如图3所示。

图2 16MnDR钢母材的显微组织

图3 焊缝接头形式

表1 16MnDR钢主要化学成分（质量分数）（%）

表2 16MnDR钢力学性能

试验设备采用克鲁斯机器人，焊机型号为QINEO 600 PULSE。采用MAG焊工艺，焊丝为φ1.2mm的G2Si，保护气体为80%Ar+20%CO2，气体流量为18~20L/min。试验共分为3组，每组试件的情况见表3，其中1号和2号试件采用双丝焊，3号试件采用单丝焊作为对比组。

表3 试件分组情况

3 焊接工艺

试件1采用三层三道焊，手工焊打底、双丝焊填充、单丝焊盖面工艺；试件2采用四层四道焊，手工焊打底、双丝焊填充两层、双丝焊盖面工艺；试件3采用三层三道焊，手工焊打底，单丝焊填充和盖面。3组试件焊接参数见表4。

表4 3组试件焊接参数

4 试验结果及讨论

4.1 显微组织与硬度

焊接完成后进行金相试样的制取，经硝酸酒精溶液腐蚀后，通过光学显微镜观察试样的微观组织，然后利用维氏显微硬度计测量硬度。硬度测试区域分别为母材区（BM）、热影响区（HAZ）和焊缝熔合区（FZ），其中每个区域测试点数为3个。

对3组试件焊接接头热影响区的显微组织进行观察，结果如图4所示。经过微观金相分析，热影响区组织为贝氏体+索氏体。

图4 热影响区的显微组织

3组试件的硬度分布如图5所示。从图5可以看出，热影响区组织与焊缝组织、母材组织相比，硬度偏高，其中试件1硬度较高，达到了211HV10。根据标准ISO 15614-1：2017中对材料允许的最高硬度值规定（≤380HV10），均符合标准要求。

图5 3组试件硬度分布

4.2 力学性能检测

按照ISO 15614-1：2017进行了试件力学性能检测，焊接接头拉伸试验结果如图6所示。试件1和试件2的双丝焊抗拉强度分别为525MPa、505MPa，试件3的单丝焊抗拉强度为523MPa，母材的抗拉强度为561MPa。试件1、试件2和试件3的抗拉强度分别为母材的93.6%、90%和93.2%。其中试件1和试件3是同种规格板厚的单丝焊、双丝焊对比，二者抗拉强度基本一致。

图6 焊接接头拉伸试验结果

焊接接头冲击试验结果见表5，试件1、试件2和试件3的热影响区冲击性能均优于焊缝区。母材在－40℃下的冲击吸收能量为93.8J，试件3的热影响区冲击吸收能量与母材基本一致，试件1热影响区冲击吸收能量为母材的65%。由此可知，试件2的冲击性能明显优于试件1和试件3，主要因为试件2的抗拉强度在三者中是最低的，而焊接接头的抗拉强度越小，冲击吸收能量越大。