Q420高强钢焊接工艺的研究

1、Q 4 2 0 高强钢性能分析和焊接工艺研究张宇南通新华钢结构工程有限公司摘要：通过对低合金高强度结构钢的焊接影响因素的分析 ，为制定合理的焊接工艺提供了依据，应用 该工艺保证了低合金高强度钢的焊接效果。关键词：焊接性；影响因素；工艺引言自20世纪60年代以来，低合金高强钢领域取得了惊人的进展，由此而形成了 “现代低合金高强钢”，在合金设计及生产工艺诸方面导入了很多新的概念，主要的是：（1）Nb、V、Ti等强烈碳化物形成元素的应用，以及晶粒细化和析出强化为主要内容的钢的强韧 化机理的建立，出现了新一代的低合金高强钢，即以低碳、高纯净度为特征的微合金化钢；（2）低合金高强度钢不再是“简易”生产的

2、普通低合金钢，而是采用一系列现代冶金新技术生产 的精细钢类，包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、钢包冶金、连铸、控扎控冷（热机械处理）等 技术得到普遍应用，已成为低合金高强度钢的基本生产流程。高强钢的焊接性能也是塔杆设计和制造部门比较关心的一个问题， 这主要包括两个方面，一时 裂纹敏感性，二是焊接热影响区的力学性能。如果焊接工艺不当，高强钢焊接时，有焊接热影响区脆化倾向，易形成热裂纹，冷却速度较快时，有明显的冷裂倾向。1、焊接性试验的相关内容1.1 试验目的 ' /'I评价母材焊接性能的好坏，确定合理的焊接工艺参数。1.2试验方法最常用的方法（直接法）：焊接裂纹试验（冷裂纹试验、

3、热裂纹试验、再热裂纹试验、脆性断 裂）。计算法（间接法）：碳当量法、焊接裂纹敏感指数法。式中：1.3焊接冷裂纹敏感性分析钢材的焊接冷裂纹敏感性一般与母材和焊缝金届的化学成分有关，为了说明冷裂纹敏感性与钢材化学成分的关系，通常用碳当量来表示。计算碳当量的公式很多，对丁Q420钢，采用了国际焊接学会（IIW）推荐的非调质钢碳当量Ceq （IIW）计算公式（公式1）和日本工艺标准（JIS）推荐的 碳当量Ceq （JIS）计算公式（公式2）进行计算。根据JGJ812002规定：钢材碳当量小丁 0.38,焊接难度一般；在0.38 0.45范围内，焊接程 度较难。1.4热影响区最高硬度试验热影响区最高硬度

4、试验是以测定焊接热影响区的淬硬倾向来评定钢材的冷裂纹敏感性。试验按照 GB4675.584焊接热影响区最高硬度试验方法的规定进行。试验检测面经打磨抛光后，用 2%硝酸洒精溶液浅腐蚀后，参照 GB4675.5如图1所示。图1硬度的检测位置1.5斜Y坡口焊接裂纹试验斜Y坡口焊接裂纹试验（小铁研）主要是评定焊接热影响区产生冷裂纹的倾向性。试参照 GB4975.1-84斜Y坡口焊接裂纹试验方法的规定进行。试验焊缝结束后，经48小时后进行裂纹检查。1.6钢材的韧脆转变温度以得到27J的V型夏比冲击值所对应的试验温度作为韧脆转变温度， 测定Q420的韧脆转变温 度。测定方法如下：直接将角钢加工成冲击试样，

5、并分别在 20C、0C、-20C和-40C下进行冲击 实验，根据实验结果推断出冲击值为 27J时所对应的温度即为韧脆转变温度。冲击功值见图 2。图2Q420韧脆转变温度结果表明：0C时Q420角钢的冲击值大丁 27J, -5C时冲击值约在27J,因此Q420的韧脆转变温度 约在-5C。加工单位应注意：在寒冷地带施工时不要造成构件的损伤，如缺口等。2、Q420焊接影响因素的控制2.1焊接方法的选择高强钢常用的焊接方法有焊条电弧焊、 CO2气体保护焊等，为了减少电弧热量对母材的影响， 应采用能量较为集中的焊接方式，如CO2气体保护焊和混合气体保护焊。为限制线能量，不能采用大 直径的焊条或焊丝,CO

6、2气体保护焊时宜采用 巾1.2或巾1.6的焊丝。2.2焊接材料选择焊接材料时一般要求所得焊缝金届在焊态下应具有接近丁母材的机械性能，即“等强匹配”。在特殊条件下，如结构的刚度很大、冷裂纹很难避免时，选择比母材强度稍低的材料作为填充金届，即“低强匹配”，在少许牺牲焊缝强度而提高韧性的情况下, 对焊接接头的性能更为有利。2.3保护气体在用CO况体保护焊焊接高强钢时，CO况体纯度是影响高强钢焊接的重要因素之一，应符合 HG/T2537-199飒定或达到GB/T6052-1985®定的优等品要求，一般要求 CO2勺体积分数在99.5%以 上。试验表明：CO2的体积分数小丁 98.7%寸在焊缝

7、中易出现气孔，当CO钵积分数高丁 99.11%寸才能 得到致密焊缝。对CO女体的提纯有两种方法：一是在使用前将气瓶倒立静置放水的简易方式；二是 在供气装置和设备间设置2个3个干燥器，以得到纯度较高的气体。2.4坡口处理坡口内的锈蚀、水分、油污等也会导致气孔和冷裂的产生，所以在进行低合金高强钢的焊接时，一定要把坡口处理干净。为了减少焊接量，在板厚大丁20m阁钢板拼接时尽量采用熔敷量较小的I毋或戒坡口。3、工艺参数的选择 xa- '卜、3.1焊接顺序焊接顺序的选择应遵循以下原则：(1)尽可能让焊缝能自由收缩，减少施焊时的拘束度，图纸设计时应避免交义焊缝，有交义时设计应力释放孔；(2)先焊接

8、收缩量大的焊缝，减少内应力；(3) 把部件整体结构划分为若干个小部件，将小部件按要求焊接后再组装成大部件，这样就大大减 少了总装时的焊接量，减少一次受热量。3.2焊接电流、焊接电压和焊接速度从减少裂纹的方面出发，焊接电流要大，焊接速度慢些为佳；但从减少热影响区脆化的角度出发 焊接电流要小，焊接速度要快。因此在焊接电流的选择上要兼顾两者的冷却速度范围，上限取决丁不产生裂纹，下限取决丁热影响区不出现脆化的混合组织。在支架生产中常用的高强钢板厚为10mm-50mm接头形式有T形接头(主筋、筋板、顶板间)，对接接头(板材拼接)，角接接头(侧板与上板、顶 板间)。在使用巾1.6焊丝时，焊接电流为280A

9、410A，焊接电压为29V40V，焊接速度为20m/h 35m/h。3.3焊接层数为限制过多热量的输入，降低母材的过热程度，高强钢焊接时应尽量采用多层、多道焊，而且最 好采用窄道焊而不作横向摆动的运条技术。每层焊道以不超过7mr*宜。这样前一层焊道对后一层焊道有预热作用，后一层焊道乂对前一层焊道起了缓冷的效果，相互影响，在严格控制层问温度(V2000 r)的条件下,有效减少了裂纹的出现和热影响区性能的变化。3.4焊前预热和焊后热处理高强钢经常在焊态下使用，焊后一般不进行焊后热处理。焊前预热应根据钢板厚度、屈服强度 和母材温度决定。在外界温度太低时应进行焊前预热 ，板材强度越高、钢板越厚，预热温

10、度就越高，预热温度一般为20C150C。母材温度不能低丁 10C，若低丁 10C，必须进行预热。4、Q420旱接工艺评定4.1选择焊接材料及确定焊接接头性能指标时应遵循与Q420!冈材的化学成分及力学性能保持一致表Q42住冈焊接接头性能指标材料类别标准抗拉强度MPa屈服强度MPa延伸率冲击吸收功J母材JGJ81520-68042018 34 (20 C):评定指标手工 焊52042018焊缝M 34 (20C)HA左 34 (20 C)埋弧 焊52042018 1焊缝M 34 (20C) 1HA左 34 (20 C)CO252042018 一焊缝M 34 (20C)HA左 34 (20 C)4

11、.2焊接接头的常见缺陷(1)焊瘤焊瘤，亦称满溢。熔化金届流淌到焊缝以外未熔化的母材上，堆积形成焊瘤。在焊瘤处，常伴 有局部未熔合。焊瘤是由填充金届过多引起的，与间隙和坡口尺寸大小、焊速高低有关。(2) 咬边沿着焊缝与母材交界部位烧熔形成凹陷或沟槽的现象， 称之为咬边。由丁焊缝与母材交界处被 熔去一定深度，而填充金届乂未能及时补充，即形成咬边，如图所示。焊接时电流过大且焊速高时， 以及焊条角度不当时，都可能产生这种缺陷。(3) 烧穿烧穿是指部分熔化金届自焊缝背面流出， 形成穿孔的现象。这种缺陷在管壁较薄地钢管相贯节 点焊接时，最容易发生。当焊接电流过大，焊速过慢或电弧在某处停过久或间隙坡口尺寸过

12、大时， 都有可能形成这种缺陷。(4) 弧坑弧坑，是指在焊缝末端所形成的椭圆形凹坑。 它是由操作者在即将焊完收弧时，电弧突然撤离 所造成的。(5) 为焊透熔焊时，焊接接头根部未完全焊透的现象，称为未焊透，如图所示。未焊透意味着焊接接头受力截面减少，严重影响焊接接头，而且，它是应力最容易集中的地方。在钢管相贯节点焊缝中，是不允 许有未焊透缺陷存在的。这种缺陷无法用肉眼发现，一般要经过 X光、超声波等探伤才能发现。形 成未焊透的主要原因，是焊接电流太小，焊速过高或坡口角度太小，钝边太厚以及焊条直径过大等。(6) 未融合熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化的部分称为未熔合。(7) 夹渣残留在焊缝中的熔渣和其他外来物即为火渣。焊接时，电流过小，焊速过快，致使焊缝金届冷却太快，火渣来不及浮出；运条不正确，熔渣不易浮出，多层焊时前层焊缝的熔渣未活除干净等都 能造成火渣。(8) 气孔气孔是焊缝常见的工艺缺陷之一，按其在焊缝的位置可分为表面气孔和内部气孔。(9) 裂纹生产中由丁各钢种和焊接结构本身特点的不同，可能出现各种裂纹，其中有焊缝的表面裂纹、 内部裂纹，有热影响区的横向裂纹、纵向裂纹，有焊道下得裂纹、弧坑处的裂纹等。裂纹有时出现 在焊接