Q690D高強(qiáng)鋼JCOE鋼管焊接工藝研究及應(yīng)用

何文坤 蔡春濤

（江蘇巨鑫石油鋼管有限公司，江蘇 揚(yáng)州225004）

0 引言

Q690D高強(qiáng)板屈服強(qiáng)度較高，熱影響區(qū)淬硬傾向和氫致裂紋敏感性較大，焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生冷裂紋。目前國(guó)內(nèi)Q690高強(qiáng)鋼JCOE鋼管焊接工藝還不成熟，處于研發(fā)階段。與此同時(shí)，招商局重工江蘇有限公司要建造一臺(tái)3 000t浮吊，讓我公司為他們?cè)嚿a(chǎn)一批Q690D高強(qiáng)鋼JCOE鋼管，鋼管外徑800mm，厚度分別為26mm、28mm、30mm。為了滿足用戶需求，我公司決定對(duì)Q690高強(qiáng)鋼的焊接工藝進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)Q690高強(qiáng)鋼JCOE鋼管新產(chǎn)品。通過(guò)不斷地進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，總結(jié)出一套合理的焊接工藝，通過(guò)小批量試生產(chǎn)，最終生產(chǎn)出了合格的Q690D高強(qiáng)鋼JCOE鋼管。

1 材料準(zhǔn)備

表1 Q690D鋼板化學(xué)成分 單位：%

表2 Q690D鋼板力學(xué)性能

（2）埋弧自動(dòng)焊焊絲和焊劑生產(chǎn)廠家為德國(guó)OERLIKON公司，焊絲牌號(hào) FLUXOCORD42，直徑4.0mm；焊劑牌號(hào)OP121TTW。焊絲和焊劑化學(xué)成分及熔敷金屬力學(xué)性能如表3～5所示。

表3 埋弧焊絲化學(xué)成分 單位：%

表4 埋弧焊劑化學(xué)成分 單位：%

表5 埋弧焊絲與焊劑熔敷金屬力學(xué)性能

（3）氣體保護(hù)焊焊絲生產(chǎn)廠家為德國(guó)DRAHTZUG STEIN公司，焊絲牌號(hào)STEIN －MEGAFIL 742M，直徑1.2mm。焊絲化學(xué)成分及熔敷金屬力學(xué)性能如表6、表7所示。

表6 氣保焊焊絲化學(xué)成分 單位：%

表7 氣保焊焊絲熔敷金屬力學(xué)性能

（4）20%CO2＋80%Ar混合氣體。

2 焊前準(zhǔn)備

（1）銑邊、銑焊接坡口，鋼板寬度及坡口尺寸示意圖如圖1所示。

圖1 鋼板寬度、坡口尺寸示意圖

（2）焊劑烘干：焊劑為燒結(jié)焊劑，烘干溫度300～350℃，烘烤時(shí)間2h，隨后在烘烤箱中緩冷。

（3）鋼管預(yù)彎、成型后，將內(nèi)焊道坡口兩側(cè)30mm范圍內(nèi)母材上的油、銹、水等污物清理干凈。

3 施焊

3.1 合縫、預(yù)焊

鋼管邊合縫邊預(yù)焊，預(yù)焊采用手工氣體保護(hù)焊，焊接工藝如下：

（1）焊前用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～200℃，要求邊預(yù)熱邊焊接。

第二，建立考核評(píng)價(jià)與責(zé)任追究機(jī)制。建立科學(xué)有效的考核評(píng)價(jià)與責(zé)任追究機(jī)制，實(shí)施檢查、測(cè)評(píng)長(zhǎng)效機(jī)制，形成有效的常規(guī)管理模式和制度性保障。堅(jiān)持“風(fēng)險(xiǎn)防范人人有責(zé)”的原則，明確每個(gè)職能部門(mén)的風(fēng)險(xiǎn)防范職責(zé)，將防范工作落實(shí)到具體的崗位和人員，形成以崗定責(zé)、歸責(zé)到人的責(zé)任體制。堅(jiān)持首問(wèn)責(zé)任制，對(duì)于最早發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的部門(mén)或人員，應(yīng)當(dāng)立即組織辦理、及時(shí)處置或主動(dòng)聯(lián)系相關(guān)部門(mén)處理，否則將追究首位發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)人員的責(zé)任。堅(jiān)持責(zé)任追究制，在工程項(xiàng)目組織管理規(guī)定中明確法律風(fēng)險(xiǎn)防控責(zé)任追究辦法，自上而下層層分解防控目標(biāo)責(zé)任，對(duì)違反責(zé)任規(guī)定、給企業(yè)利益造成損害的，依據(jù)責(zé)任追究辦法進(jìn)行責(zé)任追究，杜絕懈怠違規(guī)和有法不依現(xiàn)象。

（2）焊接參數(shù)如表8所示。

（3）焊后緩冷：邊焊接邊保溫。焊接完成后，即時(shí)用石棉墊進(jìn)行保溫，緩冷至室溫。

表8 氣保焊焊接工藝參數(shù)

3.2 引、熄弧板焊接

采用手工氣體保護(hù)焊。

（1）引弧板和熄弧板的厚度及坡口尺寸必須與鋼管的厚度和坡口尺寸相一致。

（2）焊前用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～200℃。

（3）引、熄弧板焊接參數(shù)如表8所示。

3.3 鋼管內(nèi)焊、外焊

（1）焊前用電加熱箱進(jìn)行預(yù)熱，焊接采用單絲多層多道焊，焊接工藝參數(shù)如表9所示。

表9 內(nèi)、外焊焊接工藝參數(shù)

（2）內(nèi)焊完成后，應(yīng)即時(shí)用石棉墊進(jìn)行保溫，緩冷至室溫。

（3）外焊縫根部用碳弧氣刨進(jìn)行清根處理，氣刨完成后，用磨光片將坡口表面的滲碳層全部清理干凈。

（4）外焊前用電加熱箱進(jìn)行預(yù)熱，焊接采用單絲多層多道焊，焊接工藝參數(shù)如表9所示。

（5）內(nèi)、外焊縫結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 內(nèi)、外焊縫結(jié)構(gòu)示意圖

（6）外焊完成后，應(yīng)立即用電加熱箱對(duì)鋼管焊縫進(jìn)行200℃／2h焊后熱處理，然后再進(jìn)行保溫，緩冷至室溫。

（7）焊接完成后，按工藝要求對(duì)鋼管進(jìn)行整圓處理，確保鋼管圓度滿足用戶要求。

4 檢驗(yàn)

（1）鋼管焊接完成48h后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，結(jié)果如表10所示。

表10 焊縫無(wú)損檢測(cè)結(jié)果

（2）焊縫力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如表11所示。

表11 焊縫力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

（3）焊接接頭宏觀金相、維氏硬度檢測(cè)如圖3、圖4所示。

圖3 焊縫接頭宏觀金相

圖4 硬度檢測(cè)點(diǎn)分布圖

1）焊縫宏觀金相圖片顯示，內(nèi)、外焊縫全部熔合，重合量約3mm。

2）焊接接頭維氏硬度（HV10）檢測(cè)結(jié)果如表12所示。

表 12 維氏硬度（HV10）檢測(cè)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明：Q690D高強(qiáng)板JCOE鋼管，采用20%CO2＋80%Ar作為保護(hù)氣體，STEIN－MEGAFIL 742M、?1.2mm焊絲進(jìn)行合縫預(yù)焊，再采用FLUXOCORD42、?4.0mm焊絲和OP121TTW焊劑進(jìn)行內(nèi)、外埋弧自動(dòng)焊接，只要焊接工藝合理，預(yù)熱溫度和焊后熱處理溫度合適，保溫緩冷措施到位，不但可能避免焊接冷裂紋產(chǎn)生，而且JCOE鋼管焊接接頭的力學(xué)性能完全可以滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及用戶要求。