型罐车罐体焊接接头试验工艺

　　摘要：GQ80型轻油罐车罐体是由高强度耐大气腐蚀钢（Q450NQR1）和压力容器用钢（Q345R）焊接而成，其中Q450NQR1钢首次在罐车罐体上使用，如何获得优质的焊接接头，是确保GQ80型罐车使用可靠、安全稳定运行的关键。所以，对Q450NQR1钢焊接接头的性能试验和研究是非常必要的。
　　关键词： 熔敷金属； 焊接热输入； 力学性能
　　中图分类号：TG407
　　0 前言铁路货运重载运输是提高运能、降低运营成本的有效途径，是世界铁路货车技术发展的重要标志和趋势，罐车作为国内主型铁路货车之一也不例外。在70吨级罐车成熟技术的基础上，自行开发设计了GQ80型轻油罐车，传统的罐车罐体通常采用Q345A或G345R等低合金钢，焊接工艺成熟，通过多年的使用证明Q345钢制造的罐体安全可靠，焊接性能良好，而GQ80型罐车罐体采用了高强度耐候钢Q450NQR1，由于此钢种是首次在罐车罐体上使用，为了确保GQ80型罐车在制造、使用、运行过程中焊缝的安全可靠，对罐体的焊接接头的性能进行全面试验研究是非常有必要的[1-2]。
　　1 焊接试板制作工艺
　　GQ80型轻油罐车罐体板材采用符合《运装货车387号文》的高强度耐大气腐蚀钢Q450NQR1，特点是低磷、强度高及低温冲击韧性高，其化学成分见表1。
　　罐车罐体纵环缝均采用埋弧自动焊，所以焊接接头试验为埋弧焊焊接接头，选用的埋弧焊丝为符合TB/T2374-2008《铁道车辆用耐大气腐蚀钢及不锈钢焊接材料》的TH550-NQ-Ⅲ，焊丝直径5 mm，焊剂SJ101， 焊丝的化学成分见表2。
　　试板焊接完全按照罐体纵环缝焊接形式进行制作，坡口形状为V形，坡口角度70°，钝边5 mm，组对间隙0～2 mm，具体如图1所示。焊接方法采用埋弧自动焊，焊前焊剂SJ101在300～350 ℃烘干1～2 h，先焊接坡口正面焊缝，背面用角磨机打磨，清除金属溢流物等，不清根，埋弧焊焊接背面焊缝，焊接工艺参数见表3。试件焊接完成后，通过外观检测，再放置24 h后，进行射线探伤，合格后按照试验要求分别加工试样。
　　2 力学性能试验
　　根据GQ80罐车技术条件，罐体焊接必须按照NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》进行焊接工艺评定，依据标准要求，在焊接试板上截取制作拉伸、弯曲和冲击试样，试验试样如图2～4所示，评定结果见表4。
　　根据NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》要求，试样抗拉强度应不低于规定母材抗拉强度最低值，10 mm厚的高强度耐候钢（Q450NQR1）抗拉强度下限值为550 MPa，试验结果均大于550 MPa。弯曲试样弯曲到180°后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内沿任何方向没有产生开口缺陷，4个弯曲试样均合格。按照设计和材料的要求，冲击试验在-40 ℃下进行，3个标准试样冲击吸收能量平均值≥31 J，试验结果合格。从表4的试验数据可看出此焊接接头的抗拉强度、弯曲性能及冲击值均符合设计和标准的要求，能够满足新产品的焊接质量要求。
　　3 硬度试验
　　硬度试验可以测得焊缝金属、热影响区和母材的硬度值，通过硬度测试，可以了解区域偏析和近缝区的淬硬倾向，根据淬硬倾向大小来反应钢材对冷裂纹的敏感程度。此次硬度试验按照GB/T 2654—2008《焊接接头硬度试验方法》进行测定，焊接接头试验位置示意图如图5所示。
　　通过对14个点的硬度测试，结果见表5。
　　从表5的测试结果可以看出，高强度铁道用耐候钢Q450NQR1在常温下焊接接头的最高硬度明显低于焊接冷裂纹倾向的临界维氏硬度值350 HV，即高强度铁道用耐候钢Q450NQR1无需预热便可进行焊接，这种钢材对焊接冷裂纹不敏感，即其焊接性良好。
　　4 腐蚀试验
　　根据罐车运输的介质，选用典型的汽油作为GQ80型轻油罐车罐体母材和焊接接头的腐蚀介质，按照JB/T 7901—1999《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行试验。
　　采用板状材料试样，试样尺寸为：50 mm×25 mm×2 mm，平行试样取3个；试验温度为（50±1） ℃；时间为168 h；试验介质为汽油；试验仪器为电热恒温水浴锅、1 L玻璃烧杯等（图6）。
　　按照要求进行试验后，用清水冲洗试样，用毛刷去除试样表面的腐蚀产物，然后用丙酮超声波清洗试样，吹干称重。全浸腐蚀试验的评定方法根据试样的腐蚀形态特征情况和腐蚀失重（对于腐蚀产物难以去除的则为增重）综合评定，对于均匀性全面腐蚀，可以根据腐蚀速率判断腐蚀的严重性，腐蚀试样如图7所示。
　　试样通过腐蚀后腐蚀形貌如图8所示。可以看到，Q450NQR1母材和焊缝试样表面均无明显腐蚀特征，即在汽油环境中两种材料状态均具有很好的耐蚀性能。
　　5 卷板试验
　　为了了解带丁字接头的Q450NQR1钢板在制造罐体过程中，通过滚圆机将板材卷制成筒体，板材和焊接接头是否会产生缺陷（如裂纹），通过卷板试验评估板材与焊接接头的力学性能。
　　将规格为2 000 mm×1 000 mm×10 mm的3块板按照图9的尺寸及型式拼接成一块大板，按照评定合格的焊接工藝进行焊接，这样拼板在卷制时就会出现一条纵缝和一条环缝（图10），按照GQ80罐体弧度进行卷制（图11），成形前后进行射线探伤，来判断焊接接头是否有裂纹的产生。再在卷制后的试板上的母材
　　图11 卷板后的实物
　　和焊接接头上截取600 mm×300 mm试板，按照弯曲方
　　向，母材纵向和横向试板各一块，纵缝和环缝试板各一块。将带焊缝的试板焊缝余高打磨与母材平齐，通过校平，取试样，进行力学性能试验。
　　通过射线探伤，滚圆前后焊缝均无裂纹产生，母材的性能测试结果见表6，焊接接头测试结果见表7。
　　6 结论（1）通过力学性能测试，焊接接头的各项力学性能和弯曲性能均符合设计和标准要求，满足GQ80型轻油罐车焊接质量要求。（2）通过焊接接头的硬度值测试，说明高强度耐候钢Q450NQR1无需预热便可进行焊接，对焊接冷裂纹不敏感，其焊接性良好。（3）通过Q450NQR1母材和焊缝试样在汽油环境中的腐蚀试验。说明Q450NQR1钢材可用于制备储存汽油等轻油介质的容器或罐车。（4）通过卷板试验，说明带焊缝的Q450NQR1钢板进行滚圆不会产生裂纹，且各种性能符合要求。
　　参考文献
　　[1] [ZK（#]曲朝霞，李自刚.宝钢高强度铁道车辆用钢的焊接技术[J].钢铁，2005，40（5）：65-68.
　　[2] 陈增有.Q450NQR1高强度耐候钢的焊接[J]. 焊接， 2004（10）：37-39.