CN102441745A - 一种用于高速列车转向架的耐候气体保护焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体为一种用于高速列车转向架的耐候气体保护焊丝，适用于动车组转向架构架等低合金高强钢的焊接，尤其是一种专门使用于CRH3动车组转向架构架焊接的耐候气体保护焊丝，解决现有技术中高速列车转向架的耐候气体保护焊丝一直依赖于进口，成本较高等问题。按重量百分比计，其基本化学成分组成为，C：0.02-0.08、Mn：0.80-1.20、Si：0.20-0.60、Ni：0.60-1.00、Cu：0.20-0.50、Cr≤0.20、0.02≤Ti≤0.08、S≤0.008、P≤0.012和余量为铁及不可避免的杂质。本发明焊丝的焊缝金属屈服强度σ0.2≥420MPa，抗拉强度σb：500～640MPa，延伸率A≥24％，-40℃下焊缝金属和标准冲击功AKv≥27J。

Description

一种用于高速列车转向架的耐候气体保护焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体为一种用于高速列车转向架的耐候气体保护焊丝，适用于动车组转向架构架等低合金高强钢的焊接，尤其是一种专门使用于CRH3动车组转向架构架焊接的耐候气体保护焊丝。
背景技术
近年来为满足国内日益增长的快速铁路客运服务需要，时速300-350公里铁路动车组得到快速发展，转向架是支撑铁路机车车辆的重要部件，是轨道列车的核心部件之一，构架是转向架的主体，铁路高速化发展，对转向架提出了轻量化要求，焊接结构构架可以根据需要选择合适的材料，减薄板厚，减轻转向架重量，在高速列车中得到广泛应用，构架焊接质量直接影响转向架的使用性能、寿命和安全性。
CRH3动车组转向架构架材料为S355J2W钢，其是一种具有较高强度和韧性的低合金耐候钢，其工艺性能较好，生产成本低，应用广泛，大多直接使用，常用于铁路、桥梁、船舶、汽车，常用作焊接结构件和机械构件等。按重量百分比计，S355J2W钢的化学成分如下：C 0.067；Si 0.39；Mn 1.32；Ni 0.21；Cu 0.24；Cr 0.42；Nb 0.014；S 0.002；P 0.010。
针对该材料焊接的耐候气体保护焊丝直依赖于进口，国内现有的气体保护焊用耐候焊丝中，还未发现有经过认证可以与该材料匹配的焊丝，也未发现相关的技术报导。根据母材性能和焊接接头性能的匹配要求，对该钢种的焊缝金属具有如下技术要求：屈服强度σ0.2≥420MPa，抗拉强度σb：500～640MPa，延伸率A≥24％，低温冲击韧性-40℃的AKv≥27J。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用于高速列车转向架的耐候气体保护焊丝，解决现有技术中高速列车转向架的耐候气体保护焊丝一直依赖于进口，成本较高等问题。
本发明的技术方案为：
一种用于高速列车转向架的耐候气体保护焊丝，按重量百分比计，其化学成分如下：
C：0.02-0.08；Mn：0.80-1.20；Si：0.20-0.60；Ni：0.60-1.00；Cu：0.20-0.50；Cr≤0.20；0.02≤Ti≤0.08；S≤0.008；P≤0.012，余量为铁及不可避免的杂质构成。
构成上述的高速列车转向架用耐候气体保护焊丝的表面有镀铜层，镀铜层中Cu含量占焊丝总重量的0.05-0.35％，镀铜层采用常规化学镀技术获得。
该气体保护焊用耐候焊丝，可采用真空感应炉冶炼生产，亦可采用电炉加炉外精炼方法冶炼生产，只要焊丝最终的化学成分能满足以上发明内容的要求即可；此外，焊丝的拉拔过程无需中间退火处理。
本发明耐候气体保护焊丝化学成分的设计思想是：
C含量的控制主要考虑焊接性，防止产生淬硬组织，产生焊接裂纹，同时需要保证焊缝金属的低温冲击性能。Mn、Si是主要的强化元素，同时在焊接过程中起到脱氧作用，会发生部分烧损，为保证焊接接头强度与木材相匹配，焊接材料中加入的Ni含量要稍高于母材。加入Cu、Ni的另外一个作用是提高焊缝金属的耐候性能，使之与母材相匹配。加入微量Ti，可细化焊缝金属组织，提高其低温冲击性能。S、P杂质含量控制是为了防止焊接过程中产生焊接裂纹。
本发明所具有以下优点：
1、经实验，本发明耐候气体保护焊丝适用于CRH3动车组转向架构架材料S355J2W钢的焊接。
2、本发明耐候气体保护焊丝添加了微量合金元素Ti，能够实现焊缝的微合金化，提高焊缝金属的冲击性能，-40℃下标准冲击功高于现有CRH3动车组转向架焊接材料。
3、本发明耐候气体保护焊丝的焊缝金属屈服强度σ0.2≥420MPa，抗拉强度σb：500～640MPa，延伸率A≥24％，-40℃下标准冲击功AKv≥27J。
具体实施方式
本发明中，耐候气体保护焊丝可采用真空感应炉冶炼生产，亦可采用电炉加炉外精炼方法冶炼生产，只要焊丝最终的化学成分能满足以上发明内容的要求即可；采用常规技术拉拔焊丝，焊丝的拉拔过程无需中间退火处理。
本发明中，构成上述的高速列车转向架用耐候气体保护焊丝的表面有镀铜层，镀铜层中Cu含量占焊丝总重量的0.05-0.35％。
实施例1：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.024；Mn：1.07；Si：0.43；Ni：0.88；Cu：0.35；Cr：0.01；Ti：0.024；S：0.0041；P：0.010；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.10％。
实施例2：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.040；Mn：1.09；Si：0.41；Ni：0.87；Cu：0.35；Cr：0.01；Ti：0.021；S：0.0034；P：0.010；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.13％。
实施例3：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.048；Mn：1.09；Si：0.40；Ni：0.85；Cu：0.33；Cr：0.01；Ti：0.074；S：0.0043；P：0.011；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.12％。
实施例4：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.037；Mn：0.91；Si：0.28；Ni：0.87；Cu：0.35；Cr：0.01；Ti：0.021；S：0.0045；P：0.011；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.10％。
实施例5：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.039；Mn：1.09；Si：0.43；Ni：0.67；Cu：0.36；Cr：0.01；Ti：0.020；S：0.0046；P：0.010；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.11％。
比较例1：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.084；Mn：1.14；Si：0.43；Ni：0.87；Cu：0.35；Cr：0.01；Ti：0.005；S：0.0081；P：0.010；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.12％。
比较例2：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.12；Mn；1.36；Si：0.56；Ni：0.89；Cu：0.37；Cr：0.016；Ti：0.023；S：0.0032；P：0.010；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.10％。
比较例3：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.10；Mn：1.15；Si：0.49；Ni：0.91；Cu：0.36；Cr：0.01；Ti：0.01；S：0.011；P：0.012；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.05％。
比较例4：
该耐候气体保护焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.038；Mn；1.08；Si：0.42；Ni：0.38；Cu：0.35；Cr：0.48；Ti：0.020；S：0.0081；P：0.010；其余成分为Fe及不可避免的杂质。
采用常规化学镀技术，在上述焊丝表面镀铜，镀铜层占焊丝总重量的0.14％。
表1实施例和比较例的试验测试结果：
Figure BSA00000300565900041
表2以上实施例和比较例测试结果的试验条件
Figure BSA00000300565900051
上表中，tMAG/135的中文含义是熔化极活性气体保护焊，DCEP/+表示直流正接。
本发明耐候气体保护焊丝的焊缝金属的性能设计要求是：
屈服强度σ0.2≥420MPa，抗拉强度σb：500～640MPa，延伸率A≥24％，-40℃下标准冲击功AKv≥27J。
从实施例1-5、比较例1-4、表1和表2可以看出：
采用本发明设计的焊丝化学成分，实施例1-5满足本发明的性能设计要求。比较例1中，焊丝的碳含量未在本发明技术方案的范围内，其冲击功未满足本发明的设计要求；比较例2中，焊丝的碳含量和锰含量未在本发明技术方案的范围内，其抗拉强度和冲击功未满足本发明的设计要求；比较例3中，焊丝的碳含量未在本发明技术方案的范围内，其屈服强度和冲击功未满足本发明的设计要求；比较例4中，焊丝的镍含量和铬含量未在本发明技术方案的范围内，其冲击功未满足本发明的设计要求。

Claims (3)

1.一种用于高速列车转向架的耐候气体保护焊丝，其特征在于，按重量百分比计，其基本化学成分组成为：
C：0.02-0.08；Mn；0.80-1.20；Si：0.20-0.60；Ni：0.60-1.00；Cu：0.20-0.50；Cr≤0.20；0.02≤Ti≤0.08；S≤0.008；P≤0.012；余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1的用于高速列车转向架的耐候气体保护焊丝，其特征在于：耐候气体保护焊丝的表面有镀铜层，镀铜层中Cu含量占焊丝总重量的0.05-0.35％。
3.根据权利要求1的用于高速列车转向架低合金钢的焊接，其特征在于：焊缝金属屈服强度σ0.2≥420MPa，抗拉强度σb：500～640MPa，延伸率A≥24％，-40℃下焊缝金属标准冲击功AKv≥27J。
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