车轮钢与镀锌板高效焊接技术

       河钢集团构建了完善的技术研发平台，拥有 3 个国家认定企业技术中心、6个省级认定企业技术中心和 7 个通过 CNAS 认可理化试验室，以及冷轧及涂层钢板、钢结构用钢等 6 个省级工程技术研究中心，设有 3 个院士工作站和 3 个博士后科研工作站。装备了一流的深加工等中试设备10余台套，物理、化学、力学等高端理化检测设备130余台；拥有各类焊接实验设备6台套。

        与伍伦贡大学建立了联合创新中心，目前已立项课题《车轮钢及镀锌板的焊接工艺开发》，项目配套经费60万澳元（约合285万人民币）。拟申请引智资助专项经费50万元，费用分解情况如下：

合作方澳大利亚参与人员4人，河钢集团参与人员10人，拟聘专家信息如下：

Valerie Linton，现任澳大利亚伍伦贡大学工程与信息学院教授，院长。本科、博士分别毕业于英国谢菲尔德大学和剑桥大学，毕业后历任英国British Steel高级焊接研究员和澳大利亚阿德莱德大学教授。对于焊接接头组织的预测、分析与焊接模拟过程中对于不同焊接条件下焊接接头组织的再现，具有丰富的经验，目前是澳洲Welding CRC成员和能源管线钢铁协会的CEO。迄今共发表论文35篇，累计引用量328次。

韩俭博士，现任澳大利亚伍伦贡大学工程与信息学院研究员，本科与博士分别毕业于天津大学与澳大利亚伍伦贡大学。历任宝钢研究院主管研究员、国际钢铁协会高级经理、伍伦贡大学研究助理和德国林德集团亚太研发中心高级焊接专家。在国内工作期间是“国家石油储备用钢的开发及焊接性研究“与“资源节约型特殊钢关键技术及应用示范”等国家级课题的研究骨干，在澳期间是“澳大利亚焊接工程中心”、“国防类钢铁材料研发中心”成员。共发表SCI论文30余篇，获中国发明专利授权6项。

本项目技术难题在于以下两个方面：

1）车轮用钢闪光对焊后需经历扩口、胀形等成型过程，由于焊接接头组织粗大、韧性差，成型过程中常出现开裂问题。

2）镀锌板焊接时，由于电弧温度远大于锌层的气化温度，造成锌层烧损影响板材的耐蚀性。更严重的是，锌蒸汽会伴随卷入熔池中，凝固在焊材中形成气孔缺陷，进而引起开裂等焊接质量问题。

解决方案与研究内容：

1）针对典型车轮钢进行焊接性评价，优化闪光对焊的工艺参数，并进行相应数值模拟研究。建立闪光对焊工艺参数如顶锻力、电流电压、加热时间等与焊接接头各部位微观结构的联系，进而阐明焊接工艺对力学性能特别是服役性能的影响。

2）针对不同板厚、不同锌层厚度的镀锌板，通过调整焊接保护气体的设计及焊接电流电压速度等工艺参数，并采用高速摄像的方法，阐明典型镀锌板焊接过程中锌蒸汽与电弧、熔池互相作用过程及机理，并精确优化焊接质量。

预期实现目标：

（1）明确闪光对焊工艺参数对不同车轮钢焊接接头熔合区、热影响区等重要部位微观结构的影响，并阐明其力学性能变化规律；

（2）针对具体的闪光对焊车轮件，开展工艺参数优化研究，解决焊接接头成型开裂问题，使车轮钢焊接接头部位成型开裂率降低到2%以内；

（3）优化不同锌层厚度的镀锌板焊接工艺，明确保护气体中氧化性气体对于镀锌板产品的焊接质量的影响；

（4）采用高速摄像法研究焊接工艺参数，建立各参数对锌蒸汽形成的对应关系；

（5）培养1-2名焊接技术高端人才，完成相关论文2-3篇（其中北大核心及以上论文2篇），申请专利2项。

        河钢集团邯钢公司相继开发了低碳微合金系列和双相系列车轮钢，迄今累计生产车轮钢160多万吨，是公司热轧板的拳头产品之一。河钢集团承钢公司热基镀锌线于19年投产，具有基板强度高、锌层厚度范围宽等优势，其超厚锌层产品广泛应用于建筑、管廊等领域。

        车轮用钢闪光对焊后需经历扩口、胀形等成型过程，由于焊接接头组织粗大、韧性差，成型过程中常出现开裂问题。影响车轮用钢焊接接头开裂的因素复杂，主要是因为钢材在焊接与成型复合过程中，焊接工艺与成型工艺的匹配性尚未阐明。因此对不同成分体系的典型车轮钢焊接-成型过程进行系统的模拟仿真与实验研究、进而明确其开裂机理势在必行。进行此项研究不仅有利于对焊接接头开裂原因进行精准明确的诊断，更会直接提升河钢集团车轮钢产品的质量与用户满意度。

        镀锌板焊接时，由于电弧温度远大于锌层的气化温度（镀锌层在787ºC熔化，在1663ºC气化），焊接过程中产生的锌蒸汽与空气混合形成氧化锌，造成锌层烧损。此外，随着高温熔融钢液的过渡流动，锌蒸汽也会伴随卷入熔池中，以气体的形式凝固在焊道中而形成气孔缺陷。目前国内镀锌板均在打磨锌层之后再进行焊接，之后为保证其耐蚀性必须再次进行涂装，影响生产效率的同时造成环境污染。因此，通过开展镀锌钢板的焊接工艺优化与焊接材料的匹配性研究，可以减少镀锌板焊接过程中的焊接缺陷。