浅析低合金高强钢的焊接工艺.doc

浅析低合金高强钢的焊接工艺郭炳武摘要：从冶金原理、化学成分分析低合金高强钢的焊接性。以700t浮式起重机吊臂主肢（Q460D无缝管）为例，从焊材选用、焊前准备、焊接工艺、焊后热处理等几方面提出要求，保证钢管对接焊缝达到要求关键词：低合金高强钢、无缝管、单面焊双面成形、UT探伤1、 概述当今科技水平的迅猛发展，对钢材的要求越来越高。低合金高强钢在保证良好的焊接性的同时，可以达到更强更好的力学性能指标。所以低合金高强钢的应用对于减少产品自重，节约成本、降低制造难度、提高工作效率、缩短工期等方面起到了积极作用。当今低合金高强钢被广泛应用于海上浮式起重机、石油钻井平台、石油管线等大型及高压设备。对低合金高强钢焊接工艺的研究也变得越来越广泛和深入。下面以公司刚刚制作完成的700t全回转浮式起重机吊臂主肢管对接为例，从Q460D的冶金原理、化学成份、焊接工艺等几个方面对低合金高强钢的焊接性进行分析说明。2、 冶金原理传统的钢材习惯采用提高含碳含量的方法来提高强度，而含碳量的增加就会降低材料的焊接性。低合金高强钢打破传统C、Mn、Si系钢的传统思想，加入V、Nb、Ti、Cu、Re、B等多种微量合金元素，细化晶粒、净化基体，同时控制S、P、O、N、H的含量，并通过适当的热处理工艺提高其综合性能。此类钢的冷裂纹敏感系数Pcm0.2%，碳当量CE0.4%3、 Q460D的焊接性分析表1 Q460D的化学成分牌号质量等级化学成分（质量分数）/%CSiMnpsNbvTiCrNiCuNMoBAls不大于不小于Q460DD0.20.61.80.030.0250.110.20.20.30.80.550.0150.20.0040.015碳当量计算公式按下式：WCE=WC+WMn/6+W(Cr+Mo+v)/5+Si/24+(Ni+CU)/15=0.2%+0.21%+0.16%+0.02%+0.04%=0.63%可以看出，对于正火状态交货的Q460D的WCE0.45%，焊接时有明显的淬硬倾向，热影响区容易形成脆而硬的马氏体组织，塑性和韧性下降，耐应力腐蚀性能恶化。冷裂纹倾向增加，因此焊接时需要较小的线能量，焊接线能量过高，会导致热影响区性能降低；减少高温区停留时间；同时为防止产生裂纹，焊接过程中应严格保持低氢条件，因此焊接材料应严格脱脂，采用C02气体保护焊。同时如果C02气体含水分过多，则应进行干燥处理。以减少热影响区的韧性下降。4、 Q460D焊接工艺4.1焊接设备焊接设备选用林肯INVERTEC STT II脉冲焊机和松下KRII-500型焊机，直流、反接。4.2焊接材料焊接材料:药芯焊丝 GFR-81K2/1.2； 99.7%的CO2保护气体表2 焊接材料的化学成分名称牌号规格化学成份（%）机械性能备注CSiMnSPNiCrMoCuNbRelN/mmRmN/mmA%焊丝GFR-81K21.23.7371120.61.113731580635234.2.1坡口制备首先将钢管对接端200mm范围内的水渍、油渍、铁锈等影响焊接质量的杂质清除干净，按照工艺排管图将管道长度精确测量，使用磁力管道坡口机将管端切割出单边30度，钝边01mm的对接坡口，要求切割后的坡口面粗糙度不高于25，坡口面上的不允许有超过0.5mm的切割痕，否则需要利用角磨机修磨达到要求。4.2.2装配定位焊将两管件置于水平胎架上，两侧定位板固定防止自己转动。对接间隙2mm,对接错边量1mm。定位焊与实际焊接选用相同的焊材。定位焊时采取与正常焊接同样的预热措施。定位焊长度一般不小于50mm，焊高不超过坡口深度的1/3。定位焊位置应在上方两侧各一处，（严禁在底部定位）。焊缝质量要达到单面焊双面成型要求，定位焊完成后，用角磨机将定位焊缝两端修磨至光滑过度（倾斜度如爬坡一样，边缘越薄越好利于保证接头质量） 4.2.3焊前预热据Q460D的6.3的碳当量，钢管需要焊前适当预热。预热方式是采取电加热带将对接缝两端80mm的范围加热到150200度。预热措施可以防止裂纹，降低焊缝及热影响区冷却速度，减少应力的作用，预热时应保证预热均匀并焊后缓冷。4.2.4 单面焊双面成型因无缝管对接不能进行背面清根，所以采取单面焊双面成型技术，焊接时尤其注意打底焊接的技术要求，熔池成型时打底焊的熔池要将钝边熔化，熔孔比坡口每侧增加0.5-1mm为宜，过小容易造成背面成形不良，过大容易造成背面焊缝余高过大形成焊瘤。焊接时分两段从底部中央位置向上施焊。因刚开始施焊母材温度较低所以应先用电弧将引弧处预热见母材有出汗（接近熔化）状态时再填充焊丝焊接。4.2.5焊接工艺焊接时采取将钢管旋转的方法使焊接工位保持在1G和3G的位置不变，焊接过程中利用红外线测温仪随时监测焊缝的层间温度，当层间温度小于预热温度时，应采取氧-乙炔火焰加热方式重新进行加热。保证的冷却速度。焊丝的干伸长度20mm，焊丝伸出过长，飞溅严重，气体保护效果较差；焊丝伸出过短，飞溅物容易堵塞导电嘴，保护效果也不好。气体流量对焊接质量也有很大的影响，力量过大，会产生不规则气流，保护效果反而变差。同时应合理的控制堆焊速度。速度过快会引起气孔等缺陷，焊接速度过慢则效率低，输入焊缝的热量过多，熔敷层金属晶粒粗大成型差。焊接工艺参数符合表3：表3 焊接工艺参数面次层次填充金属焊接电流(A)电弧电压(V)焊接速度(m/h)层间温度（）线能量（KJ/cm）型(牌)号直径焊接其余GFR-81K2F1.2210230242612201501809.1-17.94.2.6焊后热处理由于一根成形的主肢管长度约有24m，无法对焊缝做整体退火去应力的热处理，所以只能在焊后进行150200度2小时的火焰后热和300400度2小时的消氢处理，再包裹石棉布进行缓冷。通过控制高温停留时间tH和800500度的冷却时间t8/5来控制裂纹产生。最后对焊缝余高不合要求的地方进行修磨，同时为后续的NDT做准备。4.2.7检测焊后24小时对焊缝进行100%UT和100%RT,分别达到了GB11345-89 B I级和GB3323-2005 II级的要求。5、 结论为保证700t浮式起重机吊臂主肢管的质量，在主肢管拼接时需要结合母材Q460D的性能特点，减少焊缝裂纹及气孔的产生，执行焊接工艺时需考虑以下几点：1）、焊接时严格控制焊缝热量的输入，并合理控制焊后冷却速度。2）、采用小的线能量，多层多道焊（注意多层焊时道与道之