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富氩混合气体保护焊时焊丝与母材组配的研究

时间: 2011-07-13 09:01 来源: 作者: 点击:

富氩混合气体保护焊时焊丝与母材组配的研究

袁建国,肖建平,胡煌辉

  摘要:在铁路机车车辆采用富氩混合气体保护焊时,对母材与焊丝的组配进行了试验研究。
  关键词:富氩焊;焊缝;强度;低温冲击韧性
  中图分类号:TG444.72 文献标识码:B 文章编号:1002-2333(1999)12-0051-02

  1前言

  为了提高铁路机车车辆的运行速度和安全性能,目前,在机车车辆的生产中正在推广使用富氩混合气体保护焊(下简称富氩焊)。富氩焊与CO2气 体保护焊相比,具有焊缝表面成形好,飞溅少,低温冲击韧性和抗疲劳性能好的特点。由于富氩焊的保护气体仍有一定的氧化性,焊丝采用了Mn、Si为主的合金 系统,和铁路机车车辆所使用的钢材的合金系统有较大差异,存在母材对熔敷金属的稀释[1]。另外,富氩焊熔滴为喷滴过渡,熔透深度较大,增加了母材对熔敷 金属的影响[2]。因此,使用富氩焊时,了解母材与焊丝的组配关系,更能保证焊缝有良好的性能。文中就铁路机车车辆常用的几种材料的组配使用,对焊缝的强 度和低温冲击韧性的影响进行了试验研究,获得的数据和结论可供采用富氩焊时参考。

  2试验材料与试验方法

  2.1试验材料
  试验所用焊丝和母材的化学列于表1。

表1 焊丝和母材的化学成分化学成分

类别 代号 化学成分 备注 C Mn Si S P Cu Nb 焊丝 E1 0.08 1.15 0.38 0.020 0.016 0.10     E2 0.10 0.99 0.54 0.018 0.019 0.12     E3 0.09 0.96 0.45 0.018 0.018 0.13     母材 Q1 0.09 0.22 0.43 0.021 0.012     Q235 Q2 0.16 1.6 0.36 0.024 0.035     16Mn Q3 0.15 0.35 0.40 0.021 0.016   0.03 14MnNb

  2.2试验方法
  对接试板尺寸及接头形式见图1。

图1 试板尺寸及接头形式(试板长500mm)

  焊接参数列于表2。

表2 焊接参数

焊接电压/V 焊接电流/A 气体流量/L.min-1 焊接速度/m.h-1 混合气体 17-28 170-280 16 11.8-22.3 Ar(80%)+CO2(20%)
 焊缝强度和焊缝低温冲击试验按GB2649-89,GB2652-89,GB2650-89执行标准进行。

  3试验结果及讨论

  3.1焊丝与母材组配变化对焊缝强度的影响。
   根据图2所示试验结果,按焊缝强度考虑三种焊丝与任一母材组配都可满足要求。但从图2可看出,使用同一种焊丝时,焊缝强度随母材的改变而有较大变化,说 明母材对焊缝强度有较大影响。这种现象不仅与母材本身合金元素含量的差异有关,还与母材对熔敷金属较强烈的稀释有关。Q1是低碳钢,Q2、Q3是属于同一 级别的低合金钢,含有较多的合金元素,因而表现出对焊缝强度不同的影响。Q1作母材,焊缝获得较低强度,Q2或Q3作母材,焊缝都焊缝强度,Q3母材含有 Nb,焊缝强度比Q2作母材稍高一些,随母材合金元素含量增加,焊缝强度是随之增加。

图2 焊丝与母材组配变化时的焊缝强度

  3.2焊丝与母材组配变化对焊缝低温冲击韧性的影响
   比较图2与图3所示的试验结果,可见焊丝与母材组配变化对焊缝低温冲击韧性的影响比对焊缝强度的影响要复杂,随着焊丝与母材的不同组配,出现了不同的关 系。根据图3,Q1母材配合三种焊丝,焊缝都获得高的低温冲击韧性,这可由其较低的焊缝强度加以说明;Q2母材配合E1或E2焊丝,焊缝低温冲击韧性较 低,配合E3焊丝却可获得较高低温冲击韧性;Q3母材与焊丝配合,焊缝低温冲击韧性的情况与Q2母材相反。从图2可知,Q3作母材的焊缝强度高于Q2作母 材的焊缝强度,焊缝强度高低不能说明焊缝低温冲击韧性出现的这种现象。图3说明焊缝低温冲击韧性不仅受母材合金元素多少的影响,更重要的是受熔敷金属与母 材金属混合后的焊缝中合金元素相互间的某种配合关系影响。采用富氩焊的原因之一是其焊缝有低温冲击韧性好的特点,由上所述对富氩焊这一特点的理解是有条件 的。图2和图3表明,只要焊丝与母材配合恰当,焊缝在获得同样高的强度时可同时具有高的低温冲击韧性,根据试验结果,三种焊丝都适用于焊接Q1母材,E2 焊丝适用于Q3母材,E3焊丝适用于Q2母材。

图3 焊丝与母材组配变化时的焊缝低温冲击值

  4结论

  1)富氩焊时,焊缝强度和低温冲击韧性与焊丝和母材的组配有关,焊丝与母材适当的组配可获得强度高和低温冲击韧性好的焊缝。
  2)使用文中焊接参数,Q1母材可用E1、E2或E3焊丝,Q2母材适用E3焊丝,Q3母材适用E2焊丝。

作者简介:袁建国 1955年生,硕士学位,副教授,主要从事焊接材料与焊接工艺研究工作。

作者单位:袁建国:湘潭大学机械学院,湖南湘潭411105;
     肖建平,胡煌辉:株洲电力机车厂,湖南株洲411110

[参考文献]

  [1] 陈伯蠡.金属焊接性基础[M].北京:机械工业出版社,1982.
  [2] 王震徵,郝廷玺.气体保护焊工艺和设备[M].北京.国防工业出版社,1982.

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