高强度钢QStE700TM和普通钢Q345B之间的可焊性分析

摘要: 分析了高强钢QStE700TM与普通钢Q345B的异种焊接性能，进行了焊接工艺设计，并进行了焊缝试验。 结果表明，两者焊接性良好，具有良好的强度和韧性。

关键词：乘用车； 高强度钢； 普通钢； 异种钢； 焊接工艺

为了减少CO2排放和能源消耗，采用高强度钢材实现客车轻量化已成为重要方向之一[1-2]。 高强度钢是在碳钢中添加少量合金元素（总量一般不超过3%）制成的。 由于碳钢中添加了合金元素，其焊接性能也发生了变化。 此外，钢材焊接还与焊接结构的复杂程度、刚度、焊接方法、焊接材料和焊接工艺密切相关。 这个问题在焊接异种高强度钢时尤为突出。 本文对高强钢QStE700TM与普通钢Q345B之间的异种钢焊接工艺进行研究，对于高强钢在兼顾轻量化和低成本的客车车架上的广泛应用具有重要的指导意义目标。

1 两种钢材的焊接性能分析

钢的焊接性通常用碳当量（Ceq）和裂纹敏感性系数（Pcm）两个指标来表征：若Ceq≤0.45%，则钢无明显硬化倾向，具有良好的焊接性； 如果Pcm≤0.3%，则钢材出现焊接裂纹缺陷的风险较低，不需要预热。 两者的计算经验公式如下[3-4]：

Ceq=C+(Mn/6)+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

(1)

Pcm=C+(Mn+Cr+Cu)/20+V/10+Mo/15+Si/30+Ni/60+5B

（2）从QStE700TM和Q345B的化学成分[5-7]可以计算出QStE700TM的Ceq≈0.4%，Q345B的Ceq≈0.42%，均小于0.45%； QStE700TM的Pcm≈0.17%，Q345B的Pcm≈0.26%，均小于0.3%。 两种钢的焊接性均良好，焊缝产生裂纹的概率较小，因此不需要预热，可直接焊接。

2 焊接工艺试验设计

2.1 焊接接头工艺设计及要求

按照钢材生产厂家推荐的焊接方法，高强钢QStE700TM和普通钢Q345B采用135金属电弧焊进行焊接。 保护气体为CO2+Ar，混合比例为20%+80%。 根据“低强度匹配”原则，焊丝采用某公司生产的HTW-50。 国家标准规格型号为ER50-6，焊丝直径为1.0毫米，执行标准为GB/T 8110-2008。 其化学成分和力学性能见表1。

表1 焊丝化学成分及力学性能

母线架一般采用矩形钢管制成，常见的焊接接头主要有管对接接头和管角接头。 本次焊接试验采用QStE700TM和Q345B作为基材。 使用两根矩形管钢。 基材力学性能见表2。试验接头形式见图1。

表2 QStE700TM和Q345B的机械性能指标

(a) 管道对接

(b) 管道角接

图1 焊接试验接头示意图

试验焊接设备采用YD-200KR焊机，由持有国际焊工证书的技术人员进行焊接操作。 焊接前需打磨试样表面的锈迹并清除油污、水渍，直至露出金属光泽。 正式焊接前，需要在矩形管接头四个边的中心进行点焊。 每个点焊段的长度应控制在10毫米以内，以保证焊接可靠。 点焊两端应磨平，以免影响正式焊接。 所有试件接头均采用单层焊道，管道对接接头采用单面焊接双面成型，管道角接接头采用单面角焊缝。

2.2 焊接参数的制定

焊接热输入直接影响焊缝及热影响区的力学性能。 若热量输入大，则热影响区扩大，热影响区组织软化，过热区晶粒长大，熔池过大，不利于熔池的​​熔合。焊接。 结构综合性能[8-9]； 如果热输入太小，则容易出现未熔合、未焊透等缺陷，导致冷却速度加快，容易产生硬化和裂纹。 焊接热输入一般按式（3）计算[10-11]：

Q=(k×U×I)/(v×1 000)

(3) 式中：Q为焊接热输入； U为焊接电压； I为焊接电流； v为焊接速度； k为焊接方法的热效率，熔化极电弧焊的k值一般为0.8。

本次焊接试验的工艺参数设置为：I=90~120 A，U=18~22 V，v=3~5 mm/s。 由式（3）可知Q为0.32～0.7 kJ/mm，满足QStE700TM和Q345B钢厂推荐的焊接热输入范围（0.3～0.7 kJ/mm）的要求。 另外，保护气体流量设定为15～20L/min。

3 焊接结果评价分析

通过对试件焊缝进行外观、渗透、射线探伤和破坏性试验，评价焊接是否符合设计要求。

3.1 焊缝无损检测

试件焊缝的无损检测按照EN ISO 5817:2007-B级进行外观和宏观金相检验； 焊缝的熔深按照ISO 23277-2X级进行检验，试件的射线照相检验按照ISO 10675-1/-2 1级进行检验。 检查结果表明，焊缝饱满、熔合良好、无气孔、无夹渣，符合标准要求。

3.2 焊缝破坏试验

由于试样厚度较薄，不适合进行冲击试验； 按照GB/T 2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》和GB/T 2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》，对管道对接焊缝进行拉伸试验。 拉伸和弯曲失效试验[12-13]，管道角接头不适合进行拉伸和弯曲失效试验。

使用线切割设备从四个圆角处切割出矩形管对接焊缝试样。 将切割好的四块钢板用铣床加工，分别制作拉伸和弯曲测试样品。 形状如图2所示。采用WAW-1000C电液伺服万能试验机进行拉伸和弯曲试验。

图2 测试样品切割示意图

试验结果如下： QStE700TM与Q345B对接焊缝抗拉强度≥500 MPa。 拉伸断裂发生在Q345B母材一侧。 焊缝无缺陷，热影响区无裂纹和晶粒长大。 淬火结构等； 弯曲试验未发现缺陷。 试验结果表明，焊接过程中接头焊缝具有良好的强度和韧性，制定的焊接工艺合理。

4。结论

本文的研究结果表明，高强度钢QStE700TM和普通钢Q345B两种异种钢的焊接，不需要预热和焊后热处理，具有良好的焊接性。 QStE700TM和Q345B异种钢焊接工艺已在许多客车车架上得到应用。 通过密集的道路测试和四年多的质量跟踪，焊接接头未出现裂纹失效等质量问题，焊缝质量可靠，同时实现了车架轻量化。 降低材料成本。

参考：

[1] 张春雷，王金奇，张星虎。 汽车轻量化新思路——低密度钢板[J]. 鞍钢科技，2006（5）：10-13。

[2]肖守仁，周永生，郑小秋。 先进高强钢在汽车轻量化中的应用分析[J]. 井冈山大学学报（自然科学版），2010，31（6）：96-100。

[3]潘永坤，王振甲。 钢材焊接最低预热温度的确定[J]． 焊接技术，2001（3）：6-8。

[4] 刘汉谊. 焊接碳当量的计算及公式应用[J]． 成钢科技，2007(1)：34-38。

[5]杨振平. 超高强钢焊接浅析[J]. 《装置》，2006（11）：47-48。

[6]谭兴，蒋亚平，倪传浩，等。 Q890高强钢免预热焊接裂纹敏感性技术研究[J]. 金属加工（热加工），2021（1）：46-49。

[7]刘戈，陈世刚。 异种钢焊接工艺综述[J]． 中国高新技术企业，2016（17）：83-84。

[8] 马敏莉. F22、F91异种钢焊接工艺研究[J]. 焊接技术，2014，43(10)：45-48。

[9] 陈玉川. 低合金结构钢焊接技术[M]． 北京：机械工业出版社，2008：165-172。

[10]陈伯礼. 金属焊接性基础[M]． 北京：机械工业出版社，1982：6-15。

[11] 李亚江. 高强度钢焊接[M]． 北京：机械工业出版社，2010：180-195。

[12]史春元，于其瞻． 异种金属焊接[M]． 北京：机械工业出版社，2012：36-54。

[13]尹世科. 焊接材料及接头显微组织与性能[M]． 北京：化学工业出版社，2011：275-280。