铁路车辆用新型中合金气保焊焊丝的工艺性能研究

论文摘要

按照我国“十二五”规划，铁路货车发展的战略是提速和重载，将构建载重88t-100t级及以上专用货车、载重75-80t级通用货车、时速达160km/h快捷货车三个技术平台，迈上30t及以上轴重和时速160km/h的新台阶，铁路货车技术达到世界领先水平。在提速重载的大环境下，选用新型高耐候、高强度的结构钢以降低车辆自重、提高整车性能问题显得尤为突出和迫切。为此，国内某些钢厂相继开发了抗拉强度为650MPa级的S450EW新型高耐蚀型耐候钢，并针对这种耐候钢开发了与之匹配的富氩气保焊焊丝TH650EW-Ⅱ，并向企业推荐了焊接工艺方法，即80%Ar+20%CO2的MAG焊。但在焊接实践中，出现了一些问题，如：飞溅较大、电弧不稳、焊接接头低温韧性较低等。为了全面地掌握TH650EW-Ⅱ焊丝的焊接工艺特性，本文针对这种新型中合金气保焊丝，采用电弧分析仪、高速摄像、扫描电镜等手段，进行了大量的试验研究，揭示了MAG焊保护气体中的CO2含量对电弧特性及形态、熔滴过渡、焊道成型和熔敷金属及焊接接头的力学性能的影响规律。对电弧及熔滴过渡的研究表明：随着CO2含量的增加，电弧形态由稳定的伞状电弧变为不稳定的钟罩状电弧，熔滴过渡由稳定的高频率射滴过渡变为不稳定的大颗粒过渡，电弧电压、焊接电流也变得分散不稳定，并出现不稳定的短路过渡，伴随着大的飞溅，工艺性变差；对焊道成型、熔敷金属及焊接接头的力学性能的研究表明：随着CO2含量的增加，余高无明显变化，熔深及熔宽有所下降；熔敷金属及焊接金属的冲击韧性有着明显的下降趋势，冲击断口的侧膨胀率和剪切断面率也有着明显的下降趋势；研究表明：熔敷金属中的[O]含量随着CO2含量的增加呈线性增加，断口扫描发现其韧窝变得大而浅，夹杂物直径相对增大，为Si、Mn系氧化物，最终导致了冲击韧性的下降。采用80%Ar+20%CO2的MAG焊时，电弧呈不稳定的钟罩状，电弧电压、焊接电流发散不稳定，熔滴呈不稳定过渡的大颗粒，过渡频率很低，熔滴过渡困难，飞溅很大，熔敷金属-40℃的冲击吸收能量只有48J，焊接金属-40℃冲击吸收能量仅为41J，冲击韧性裕度不大。采用95%Ar+5%CO2的MAG焊时，电弧呈稳定的伞状，电弧电压、焊接电流非常稳定，熔滴呈形状大小稳定的小球状，过渡频率很高，焊道齐整，几乎无飞溅，熔敷金属-40℃冲击吸收能量达到140J，焊接金属-40℃冲击吸收能量达到138J，力学性能优良。采用本文提出的焊接新工艺进行了焊接接头组织与综合力学性能试验研究，结果表明：焊接接头冲击、拉伸、弯曲及硬度等力学性能良好，接头金相组织未见异常，新工艺明显优于旧工艺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号清单
• 插图清单
• 表格清单
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 耐候钢的国内外研究现状
• 1.2.1 耐候钢的国内外发展历程
• 1.2.2 耐候钢的耐蚀机理
• 1.2.3 国产耐候钢的研制与应用概况
• 1.3 高耐候钢及其焊接材料的研究现状
• 1.3.1 新材料在铁路货车上的应用概况
• 1.3.2 高耐候钢用焊接材料最新研究成果
• 1.4 铁道货车用高耐蚀型耐候钢—S450EW
• 1.4.1 高耐蚀型耐候钢 S450EW 技术条件（暂行）
• 1.4.2 高耐蚀型耐候钢 MAG 焊丝 TH650EW-Ⅱ 技术条件（暂行）
• 1.4.3 焊接过程中出现的问题
• 2含量对电弧工艺特性的影响'>第2章 保护气体中 CO₂含量对电弧工艺特性的影响
• 2.1 引言
• 2.2 不同焊接规范下的工艺性试验初探
• 2.3 试验材料及工艺
• 2.4 试验结果与分析
• 2.4.1 电弧电压及焊接电流的宏观波形分析
• 2.4.2 电弧电压分析
• 2.4.3 焊接电流分析
• 2.4.4 短路时间 T1分析
• 2.5 本章小结
• 2含量对电弧形态及熔滴过渡的影响'>第3章 保护气体中 CO₂含量对电弧形态及熔滴过渡的影响
• 3.1 引言
• 3.2 试验设备、材料及方法
• 3.2.1 试验设备及参数
• 3.2.2 试验材料及工艺
• 3.2.3 试验方法
• 3.3 纯氩气体保护时的电弧形态分析
• 2含量下的电弧形态分析'>3.4 不同 CO₂含量下的电弧形态分析
• 3.4.1 宏观电弧形态分析
• 2含量对弧长的影响规律'>3.4.2 保护气体中 CO₂含量对弧长的影响规律
• 2含量对弧压的影响规律'>3.4.3 保护气体中 CO₂含量对弧压的影响规律
• 2含量下的熔滴过渡分析'>3.5 不同 CO₂含量下的熔滴过渡分析
• 3.5.1 熔滴过渡形式
• 3.5.2 熔滴体积的统计分析
• 3.5.3 飞溅率及飞溅类型的研究
• 2含量对过渡频率的影响规律'>3.5.4 保护气体中 CO₂含量对过渡频率的影响规律
• 3.6 本章小结
• 第4章 焊接工艺及力学性能试验研究
• 4.1 引言
• 2含量下的焊道成型分析'>4.2 不同 CO₂含量下的焊道成型分析
• 4.2.1 熔深分析
• 4.2.2 熔宽分析
• 4.2.3 余高分析
• 4.2.4 润湿性分析
• 2含量下的焊道成型'>4.2.5 不同 CO₂含量下的焊道成型
• 2含量对熔敷金属力学性能的影响'>4.3 保护气体中 CO₂含量对熔敷金属力学性能的影响
• 2含量下的焊缝组织和力学性能分析'>4.4 不同 CO₂含量下的焊缝组织和力学性能分析
• 4.4.1 焊接工艺条件
• 2含量下的焊缝冲击韧性试验结果'>4.4.2 不同 CO₂含量下的焊缝冲击韧性试验结果
• 2含量下的焊接接头金相组织结果'>4.4.3 不同 CO₂含量下的焊接接头金相组织结果
• 2含量下的焊接接头硬度试验结果'>4.4.4 不同 CO₂含量下的焊接接头硬度试验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 焊缝组织和综合力学性能评价
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料及工艺
• 5.3 冲击试验结果
• 5.4 拉伸试验结果
• 5.5 弯曲试验结果
• 5.6 硬度试验结果
• 5.7 金相组织分析
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况