G20Mn5 铸钢焊接用焊条探讨与应用

1、G20Mn5铸钢焊接用焊条探讨与应用韦疆宇(中建一局钢结构工程有限公司)摘 要：本文介绍40.5m×43.2m索桁架结构，其中无缝钢管下端索夹具及上端球形支座为德标G20Mn5铸钢，与Q345B无缝钢管焊接连接。对锦泰JM-56焊丝和大西洋CHE-507焊条，通过进行焊接工艺评定试验进行焊接方案对比，最终确定使用CHE507焊条。关键词:铸钢 焊条 焊接一、焊接工程概况中国石油大厦工程主中庭40.5m*43.2m桁架为索桁架结构，屋面为箱型框架，下半部为球面不锈钢索，钢索与屋面通过不等长的无缝钢管连接。箱型结构屋盖由于不锈钢拉索将交织成网状球面形状，钢索于各连接点所成角度均不相同，而

2、上部与箱型屋盖采用球型接头和碗状扣盖，构件造型复杂，因此采用铸造形式进行构件加工。无缝钢管下端索夹具及上端球形支座为德标G20Mn5铸钢，无缝钢管材质为Q345B。无缝钢管与铸钢夹具及支座以焊接形式联接，见图1、图2。球形支座节点无缝钢管铸钢索夹具图一 索桁架结构图图2 球形节点支座二、材料性能1.G20Mn5铸钢本次使用的铸钢件为德国DIN EN 10293（Steel castings for general engineering uses 10293 2005一般工程用途钢铸件10293-2005）标准中的G20Mn5铸钢，交货状态为调质态QT（即淬火+回火）,含碳量0.170.23%

3、，添加有少量Ni成分。化学成分见下表 G20Mn5铸钢化学成分表（%）牌号CSiMnPSNiMinMaxMaxMinMaxMaxMaxMaxG20Mn50.170.230.601.001.600.0200.0200.80 G20Mn5热处理及力学性能表牌号正火温度（oC）回火淬硬温度（oC）屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）伸长率（%）冲击功（J）-40 oCG20Mn5900-980610-660300500-65022272.Q345B无缝钢管无缝钢管材质为国产Q345B。其理化性能见下表。 Q345B化学成分表（%）牌号含碳量SiMnPSMaxMaxMinMaxMaxMaxQ345B0

4、.200.601.001.600.0400.040 Q345B力学性能表牌号屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）伸长率（%）常温冲击功（J）Q345B345470-6302134通过对两种材质材料性能比较，可知两者在化学成分及力学性能上有些差别，且二者在交货状态上有较大差异。Q345B没有Ni成分，冲击韧性较低。由于G20Mn5在铸造过程中不可避免会产生缩孔缩松以及成分偏析、晶粒粗大等缺陷，一定程度的影响到其焊接性能。后期经过正火、淬火和回火的调质处理，焊接性得到改善，但由于G20Mn5铸钢中含有Ni成分，成分偏析导致的局部Ni含量过高也会增加焊接热裂纹发生的倾向。三、焊材的选择根据工件的体积

5、壁厚、适用的焊接方法和材质，试用两组焊接材料和工艺，经试验比对后，取效果好的一组焊材和工艺用于实际施工。1.大西洋CHE507焊条第一组选用常用易购的大西洋CHE507焊条手工焊条。CHE507焊条为低氢钠型直流焊条，用于压力容器、承压管道强度型低合金钢及强度型低合金钢与耐热型、低温型低合金钢之间的焊接，适用本工程结构。焊丝理化性能见下表。 CHE507焊条熔敷金属化学成分表（%）型号CMnSiPSCrNiMoVCHE507-1.600.750.0400.0350.200.300.300.08 CHE507焊条熔敷金属力学性能表型号屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）伸长率（%）冲击功（J）-

6、30 oCCHE50740049022272.锦泰JM-56实芯焊丝第二组选用JM56实芯焊丝（二氧化碳保护焊）。此型号焊丝在钢结构安装焊接施工中应用广泛，焊接工艺成熟。其理化性能见下表。JM-56实芯焊丝金属化学成分表（%）型号CMnSiPSJM-560.081.1300.600.0100.011 JM-56实芯焊丝熔敷金属力学性能表型号屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）伸长率（%）冲击功（J）-29 oCJM-564315552969对两种型号焊材的参数比较可知，JM-56实心焊丝的熔敷金属因为较低的含碳量，应拥有更佳的韧性，实例值冲击韧性优于CHE507焊条，但强度偏高，而CHE507

7、在强度上更接近于G20Mn5铸钢和Q345B。四、焊接工艺评定试验缺少试件尺寸板厚1.焊接工艺及参数焊接参数见下表 焊接工艺参数表手工电弧焊焊接工艺参数层次焊接方法焊条或焊丝焊剂或保护气保护气体流量（1/min）电流（A）电压（V）焊接速度（cm/min）牌号直径（mm）12电弧焊CHE5074/14016035045035电弧焊CHE 5074/140160350450盖面电弧焊CHE 5074/140160350450预热温度（0C）200-2500C(铸钢侧)层间温度2000C2500C后热温度及时间2500C 2小时二氧化碳气体保护焊焊接工艺参数层次焊接方法焊条或焊丝焊剂或保护气保护气

8、体流量（1/min）电流（A）电压（V）焊接速度（cm/min）牌号直径（mm）12CO2JM561.2CO24050270-28036-3835045035CO2JM561.2CO24050300-32038-40350450盖面CO2JM561.2CO24050260-28036-38350450预热温度（）200-250(铸钢侧)层间温度200250后热温度及时间250 2小时焊接时，根据铸钢的焊接性能，提高其预热温度至200250（见图3），并对其进行焊后250两小时的后热处理，后热完成做保温缓冷，以利于其消氢。焊接用焊条经烘干箱中350烘烤2小时后用保温桶储存，随时取用，以降低焊缝中

9、的氢含量（见图4）。焊接见图5、图6 图3 焊前火焰加热 图4 焊条保温桶图5 J-507手工电弧焊 图6 实芯焊丝CO2气体保护焊2.焊接工艺评定结果焊接工艺评定试验显示，CHE507焊条手工电弧焊一组试件拉伸试验合格，冲击功试验：热影响区Akv17J，铸钢侧还是Q345B侧？试验温度？焊缝中心Akv85J（试件截面尺寸5mm×10mm），合格；二氧化碳气体保护焊一组试件拉伸试验合格，冲击功试验：热影响区Akv16J，焊缝中心Akv54J（试件截面尺寸5mm×10mm）,不合格。根据焊接工艺评定结果，并且考虑碱性焊条熔渣脱硫、脱磷能力强，抗热裂及冷裂性能好的优点更适用于焊镍铸钢的焊接，最后决定使用CHE507焊条手工电弧焊。五、现场焊接结果现场焊接完成后经自检和第三方超声波探伤，一次合格率96%，复检合格率100%，没有发生焊接裂纹。焊缝外观成型平整美观，无明显咬边，无需打磨即可直接进行氟碳喷涂作业。见图7、图8。焊缝