不同坡口形式对ASTM A588焊接接头力学性能的影响

不同坡口形式对ASTM A588焊接接头力学性能的影响
陈丽园;穆云平;郝晓卫;张艳辉;么振江
【摘要】ASTM A588是美国标准ASTM A588/A588M-15中一种抗大气腐蚀的高强度低合金钢.依据车体的结构设计,对ASTM A588低合金高强钢对接接头不同坡口形式进行焊接工艺试验,分别对8HV和4DHV坡口形式的焊接接头进行室温拉伸和弯曲试验,并在-40℃条件下对焊缝及热影响区进行低温冲击试验.结果表明:8HV坡口形式的焊接接头抗拉强度高、塑性及延展性好,低温冲击韧性较好,均达到标准AWS D1.1-D1.1M-2015要求;推荐板厚8mm及以下的对接接头采用单面焊的坡口形式,为车体的焊接结构设计提供一定的理论依据.%ASTM A588 is a high strength low alloy steel in the American Standard ASTM
A588A/588M-15 for anti-atmospheric corrosion.Based on the structural design of the car body,research on technology test for the ASTM A588 high strength low alloy steel butt joints with different groove form,tensile and bending tests are conducted for 8HV and 4DHV groove welded joints at room temperature,and the low temperature impact test is conducted for the weld and heat affected zone at the temperature of-40℃.The results show that,the 8HV welded joint has high tensile strength,good plasticity and ductility,and has good low-temperature impact toughness,have reached the standard requirements of AWS D1.1-D1.1M-2015,recommend butt joints with a plate thickness of 8 mm and below have a single-sided groove form,provide a theoretical basis for the design of welding structure of vehicle body.
【期刊名称】《电焊机》
【年(卷),期】2018(048)003
【总页数】3页(P224-226)
【关键词】ASTM A588;坡口形式;力学性能
【作者】陈丽园;穆云平;郝晓卫;张艳辉;么振江
【作者单位】中车唐山机车车辆有限公司,河北唐山063035;中车唐山机车车辆有限公司,河北唐山063035;中车唐山机车车辆有限公司,河北唐山063035;中车唐山机车车辆有限公司,河北唐山063035;中车唐山机车车辆有限公司,河北唐山063035
【正文语种】中文
【中图分类】TG457.11
0 前言
随着轨道交通行业的迅猛发展，中国中车以高端轨道装备产业登陆国际市场。

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车体全部采用美标材料，其中端底架采用ASTM A588低合金钢，是美国标准ASTM A588/A588M-15中一种抗大气腐蚀的高强度低合金钢[1]。

按照AWS
D1.1-D1.1M-2015《钢结构焊接规范》对不同坡口形式的焊接接头进行焊接工艺试验对比，选择最优的焊接坡口形式。

1 试验材料及方法
1.1 试验材料
试验母材为低合金钢高强钢ASTM A588[2]，尺寸8 mm×150 mm×530 mm；采用 AWS A5.28：ER80S-G焊丝，直径1.2 mm；GMAW焊。

母材和焊接材料的化学成分及力学性能如表1和表2所示。

表1 试验材料的化学成分 %
表2 试验材料的力学性能
1.2 焊接工艺试验[3]
焊接设备为Panasonic YD-350GM3。

坡口形式8HV和4DHV，如图1所示。

按工厂现有工艺分别焊接试板。

焊接位置为立向上焊，保护气体φ（Ar）82%+φ（CO2）18%，气体流量 18 L/min。

焊接工艺参数如表3所示，两种坡口形式的焊接工艺参数基本相同，4DHV焊完第1道焊缝后需要清根，再焊接第2道，以保证焊缝的全熔透。

但这就增加了第二道焊缝的填充量，故4DHV第二道的热输入高于8HV的。

1.3 试验方法
焊接完成后，按照AWS D1.1-D1.1M-2015《钢结构焊接规范》要求加工试件尺寸并进行相关检测。

首先进行无损检测（外观检测、射线检测或超声波检测），然后进行拉伸、弯曲、冲击等破坏性试验[4]。

2 试验结果及分析[5]
2.1 无损检测试验
外观检测按AWS D1.1-D1.1M-2015《钢结构焊接规范》标准。

两种坡口形式的焊缝外观良好，表面均无裂纹、余高超高和咬边等缺陷，如图2所示。

按AWS D1.1-D1.1M-2015《钢结构焊接规范》标准要求进行射线检测及评定，内部无裂纹、气孔、未熔合、夹杂等焊接缺陷，焊接试板合格。

图1 坡口形式
表3 焊接工艺试验参数
图2 焊接试板外观检测
2.2 拉伸试验
分别对8HV和4DHV坡口形式的焊接接头进行拉伸试验，结果如表4所示。

8HV、4DHV坡口形式的焊接接头抗拉强度平均值分别为585.5 MPa和570 MPa。

两
种不同坡口形式的焊接接头拉伸试件均断裂于母材位置，抗拉强度高于
ASTMA588/A588M-15标准中ASTMA588的要求值（485MPa），满足AWS
D1.1-D1.1M-2015《钢结构焊接规范》标准要求，但8HV坡口形式的焊接接头
抗拉强度稍高于4DHV。

这与两种坡口的焊接热输入有关，由于4DHV坡口形式
需要清根，增加了焊缝填充量，故热输入增大，当热输入很大时，母材及焊材合金元素的烧损较为严重，减少了合金元素，从而降低强度及韧性。

表4 不同坡口形式的焊接接头拉伸试验结果
2.3 弯曲试验
根据标准AWS D1.1-D1.1M-2015《钢结构焊接规范》，试件弯曲试验采用2个
面弯和2个背弯。

依照母材屈服强度选择压头直径尺寸为38.1 mm。

试验环境温
度20℃，弯曲试件如图3所示。

结果表明：两种坡口形式的焊接接头弯曲试件都
经过180°弯曲变形，试件的外表面和侧面均未发现裂纹，说明两种坡口形式的焊
接接头均满足标准要求，都具有良好的塑性和延展性。

2.4 冲击试验
两种坡口形式的焊接接头低温冲击试验结果如表5所示。

根据标准AWS D1.1-
D1.1M-2015《钢结构焊接规范》，8 mm板厚的焊接接头冲击试样采用小尺寸试样，尺寸5 mm×10 mm×55 mm，冲击温度-40℃，最小合格冲击功14 J。

8HV 坡口形式的焊缝、熔合线+1 mm、熔合线+5 mm的冲击功平均值为30J、65J、
54J；4DHV 坡口形式的焊缝、熔合线+1 mm、熔合线+5 mm的冲击功平均值为24 J、45 J、47 J。

试验结果表明两种坡口形式的焊接接头都具有良好的低温冲击韧性。

但8HV的焊接接头冲击功与4DHV的相比，无论焊缝还是热影响区，冲击功都稍高，这也与热输入量有关，故8HV坡口形式的焊接接头具有更好的低温冲击韧性。

图3 焊接接头弯曲试件
表5 不同坡口形式的焊接接头冲击试验结果?
3 结论
8HV与4DHV坡口形式相比，8HV的焊接接头具有更好的抗拉强度。

焊接接头弯曲180°均合格，都具有良好的塑性和韧性。

无论焊缝还是热影响区，8HV的焊接接头冲击功均较高，8HV的焊接接头具有更好的低温冲击韧性。

推荐板厚8 mm
及以下的对接焊缝采用单面焊的坡口形式。

参考文献：
[1]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册—材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，1992.
[3]《机械工程标准手册》编委会.机械工程标准手册—焊接与切割卷[M].北京：中
国标准出版社，2001.
[4]束德林.金属力学性能[M].北京：机械工业出版社，1999.
[5]陈裕川.现代焊接生产实用手册[M].北京：机械工业出版社，2005.。