基于防護型車用超高強鋼焊接工藝研究

陳英

摘 要：為了滿足車輛良好的防護性能，使超高強度鋼焊接接頭強度及硬度符合車輛安全使用要求，文章分析了超高強度鋼（抗拉強度超過1500Mra）的可焊性和焊接工藝。研究了超低碳馬氏體不銹鋼焊接耗材，并確定了MAG焊接工藝流程和相關技術參數，消除了焊接接頭的裂紋及其他一些不良缺陷。實踐表明，焊接接頭的強度達到基礎建材強度的70%以上，硬度符合基本建材的使用標準，使其焊接的車架結構滿足車輛的防護性能需求。

關鍵詞：防護型;焊接工藝;超高強鋼

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）21-192-03

Abstract： In order to meet the good protection performance of vehicles and make the strength and hardness of ultra-high -strength steel welded joints meet the requirements for safe use of vehicles， the article analyzes the weldability and welding process of ultra-high-strength steel （tensile strength exceeding 1500Mra）. The ultra-low carbon martensitic stainless steel welding consumables were studied， and the MAG welding process and related technical parameters were determined， which eliminated the cracks and other defects of the welded joints. Practice has shown that the strength of the welded joint reaches more than 70% of the strength of the basic building materials， and the hardness meets the standard for the use of basic building materials， so that the welded frame structure meets the requirements of vehicle protection performance.

Keywords： Protection type; Welding process; Ultra high strength steel

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-192-03

引言

隨著科學技術的發展，社會的多樣化需求，超高強度鋼的應用領域逐漸廣泛。然而，由于其高強度，高硬度和高碳當量，超高強度鋼的可焊性卻隨之降低，使其成為車輛防護結構中半彈性最薄弱環節。鑒于此，本研究以超低碳馬氏體不銹鋼焊絲為填充材料，并配合工藝參數來分析當前超高強度鋼的焊接性能，避免焊接后接頭開裂，以確保高強度鋼連接件的連接強度，并促進超高強度鋼的廣泛應用。

1 超高強鋼特點及可焊性

1.1 超高強鋼力學性能

目前，國內外典型的超高強度鋼主要有：瑞典SSAB生產的Amox500T和Amox600等等。中國寶鋼生產的P6500，該型號是我國鋼鐵研究機構的代表鋼牌號，例如F601和F602。表1列舉了幾種典型超高強度鋼的力學性能，從數據可以看出，隨著熱處理技術的不斷發展，超高強度鋼的力學性能有了很大提升，強度大大高于普通高強度鋼。但是，由于該型材強度高（是普通高強度鋼的2倍），而在焊接過程易受各種缺陷的影響，使其增加了焊接難度。

1.2 超高強鋼化學成分及焊接評價

據統計，最先進的超高強度鋼屬于Cr-Ni-Mo系列合金鋼，化學成分差異不大，其組成性能見表2所示[4]。

2 MAG焊接工藝試驗

超高強鋼的化學成分差別不大，可焊性相似。為了進行測試，本研究選取中國鋼鐵科學研究院的F601鋼板進行焊接試驗分析。

2.1 焊接材料

在超高強度鋼中，由于熱影響區的冷裂紋，再熱裂紋和軟化，導致車架構件接頭的機械性能降低。為符合建材材料的強度和韌性，根據化學成分的性質和強度匹配原理，選用超低碳馬氏體不銹鋼焊絲HS367，焊絲直徑為1.2mm，其力學性能見表3所示。由于超高強度鋼板的高可壓縮性和焊接時的淺熔深，使用體積分數為49%的He來增加熔深。超低碳馬氏體不銹鋼的液滴潤濕性較差，體積分數增加了2%。氧氣可改善保護氣體的活性，從而實現無缺陷的焊接[2]。

2.2 焊接工藝條件

超高強度鋼存在冷裂紋，再熱裂等問題。因此，主要選擇具有適當鍍層效率和能量密度的MAG焊接方法。

超高強度鋼的焊接工藝對環境條件要求較高，最合適的焊接條件：溫度應低于15℃，濕度不超過60%。如果環境條件不符合標準，則必須采取加熱和除濕等措施來滿足焊接試驗要求。

此次測試鋼板是用于車架結構防護，分別采用兩組厚度為65mm和200mm400mm鋼板作為基礎材料。接口形式為單V型槽對接接頭焊接，槽角不得大于75°，鈍邊應在1.0mm左右，間距不得超過2mm。主要焊接參數見表4所示[5]。

2.3 焊接接頭試驗結果

通過試驗獲得焊接接頭的機械性能如表5所示。由此可以看出，預熱后的接頭強度可以達到1200MPa左右，達到基材抗拉強度的70%，拉伸斷裂在熱影響區附近，可以滿足焊接要求[3]。對于異型材的設計要求，接頭的抗沖擊韌性相對于由于接頭熱影響區軟化而產生的抗沖擊韌性要高于基材的低溫抗沖擊韌性，其彎曲性能與基材的抗彎性能相當?？梢钥闯?，超高強度的鋼焊接需要預熱。

3 MAG焊接工藝要點

3.1 焊接流程

結合高強度鋼的化學成分及可焊性分析，MAG焊接工藝流程如下：開坡口焊前清理定位預熱裝夾焊接焊后處理檢驗（焊接是否合格）。

3.2 焊前準備

（1）檢測焊接機的電源并采用直流反向連接。

（2）檢查電線供應系統，以確保電線供應沒有受到阻礙。

（3）檢查焊槍的噴嘴是否磨損以及通風孔是否光滑。

（4）檢查供氣系統，確保減壓器和流量計正常。

（5）檢查焊接材料：檢查焊絲表面是否光滑，無生銹，油污和磨損，并檢查保護氣體。

（6）焊接環境檢查：現場施工風速不得大于2.0m/s。

（7）工件表面清潔：使用角磨機在20mm范圍內清潔焊縫兩側的銹蝕。油漬等需要清潔的區域才能露出金屬光澤。

（8）焊接前的預熱：將板加熱到80?100℃。

3.3 焊接技術要點

（1）引?。浩鸹r，焊絲的長度為5～7mm，如果太長則需要切割，如果焊絲末端有小球，則應切割。

（2）焊接：采用左焊法（從右到左焊），焊槍角度垂直于板，向右傾斜10°～15°，焊接速度為20～25cm/min。

（3）夾層溫度：焊接過程中，夾層溫度應控制在100°C左右。

（4）焊絲的延伸長度：約9m（延伸越短，電弧越穩定）。

（5）氣體流量：焊接過程中保護氣體的流量為15-20L/ min，焊接速度越快，焊接電流與氣體流量之間是成正比的。

3.4 焊后處理

焊接完成后，將焊接區域內周圍的20mm進行焊接后的焊接檢查。焊接后以160℃/h的加熱速度加熱后，整體變為200℃后，將其放在保溫爐中并保持160°C/h的加熱速率以繼續加熱到620°C，保持溫度1小時，然后在保溫爐中以160°C/h的速度將溫度降低到400°C把它拿出來。在空氣中冷卻至室溫。

4 結論

（1）由于超高強度鋼存在冷裂紋，再熱裂紋等等問題，并且焊縫的機械性能非常不均勻，從而大大降低了接頭強度。本研究通過使用超低碳馬氏體不銹鋼焊絲作為填充材料，焊縫強度和硬度與基礎材料相同，減少了接頭的軟化面積并提高了接頭的強度。

（2）焊接后，熱影響區的硬度大大降低，這對車輛的防護性能影響更大。通過減少受熱影響的面積，以提高接頭的硬度，這種方法已成為提高防護車輛防護性能的重要途徑。

（3）在高強度焊接中，必須嚴格控制焊接參數，通過預熱來減少熱量輸入可以有效減少焊接裂紋等焊接缺陷。焊接預熱溫度控制非常重要，如果預熱溫度過高，軟化面積會增加。如果溫度過低，則無法避免焊接裂紋。

參考文獻

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