S690QL1高強(qiáng)鋼板焊接線能量試驗(yàn)

鄧小君，任艷艷，王富林

（1.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 鄭州 450046；2.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450046）

S690QL1高強(qiáng)鋼板焊接線能量試驗(yàn)

鄧小君1，任艷艷1，王富林2

（1.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 鄭州 450046；2.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450046）

通過對某工程壓力鋼管所用的S690QL1高強(qiáng)鋼板的焊接線能量進(jìn)行試驗(yàn)，確定該鋼種在焊條電弧焊及埋弧自動焊時(shí)所應(yīng)采用的焊接線能量范圍，為工程建設(shè)中焊接施工時(shí)能夠正確制定焊接工藝提供了可靠依據(jù)。

690QL1鋼；線能量；焊條電弧焊；埋弧自動焊

0 前言

某工程的壓力鋼管采用的是進(jìn)口S690QL1高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼。該鋼材在我國同類工程中應(yīng)用較少，有必要對該鋼種及配套焊材進(jìn)行焊接性試驗(yàn)研究，為工程建設(shè)時(shí)的焊接施工提供依據(jù)?，F(xiàn)已通過抗裂性試驗(yàn)確定該鋼板的焊接預(yù)熱溫度，在此僅對S690QL1高強(qiáng)鋼板的焊接線能量試驗(yàn)進(jìn)行分析研究[1-2]。

1 試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)鋼板

試驗(yàn)鋼板牌號為S690QL1，其化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1所示，試驗(yàn)鋼板厚度44 mm。

1.2 試驗(yàn)焊材

（1）焊條。

焊條牌號PhoenixSHNi2K100，規(guī)格φ3.2mm× 350 mm和φ4.0 mm×450 mm兩種。焊條的技術(shù)要求按照美國焊接學(xué)會（AWS）的《低合金鋼藥皮焊條技術(shù)條件》A5.5）的有關(guān)規(guī)定。熔敷金屬的典型化學(xué)成分及力學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。

（2）埋弧焊絲及焊劑。

埋弧焊絲：牌號Union S 3 NiMoCr，規(guī)格φ4.0。

焊劑：牌號UV 421 TT，類別：EN760 SA FB 165 DC H5。

焊絲和焊劑的技術(shù)要求按照美國焊接學(xué)會（AWS）的《埋弧焊低合金鋼焊絲和焊劑技術(shù)條件》（A5.23）的有關(guān)規(guī)定。

埋弧焊絲Union S 3 NiMoCr及焊劑的主要化學(xué)成分如表3所示，熔敷金屬力學(xué)性能如表4所示。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及過程

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

（1）焊條電弧焊。試板焊接線能量分別為10kJ/cm、20 kJ/cm、30 kJ/cm、35 kJ/cm。

（2）埋弧自動焊。試板焊接線能量分別為20 kJ/cm、30 kJ/cm、35 kJ/cm。

表1 S690QL1鋼板的化學(xué)成分及力學(xué)性能Tab.1 Mechanical properties and chemistry composition of S690QL1 steel plate

表2 焊條Phoenix SH Ni 2 K 100的熔敷金屬典型化學(xué)成分及力學(xué)性能Tab.2 Chemistry composition and Mechanical properties and of deposited metal of electrode Phoenix SH Ni 2 K100

表3 埋弧焊絲Union S 3 NiMoCr與焊劑的主要化學(xué)成分Tab.3 Chemistry composition of deposited metal of submerged arc welding wire Union S 3 NiMoCr and flux %

表4 埋弧焊絲Union S 3 NiMoCr的熔敷金屬力學(xué)性能Tab.4 Mechanical properties of deposited metal of submerged arc welding wire Union S 3 NiMoCr

2.2 試驗(yàn)過程及要求

（1）試板準(zhǔn)備。焊條電弧焊試件尺寸450 mm× 170 mm×36 mm，共兩塊；埋弧焊試件尺寸600 mm× 170 mm×36 mm，共兩塊。其焊接坡口形狀及尺寸如圖1所示。

（2）焊接基本參數(shù)選擇如表5所示。

（3）試樣種類、數(shù)量及取樣部位的確定。

焊接試板的力學(xué)性能試樣的種類及數(shù)量如表6所示，取樣位置見圖2。焊接接頭硬度測試位置見圖3。沖擊試樣在試板的中部取樣，其中大坡口一側(cè)的試樣用作-40℃沖擊，小坡口一側(cè)的試樣用作-20℃沖擊。分別在對焊縫區(qū)、熔合區(qū)及熱影響區(qū)各取3個(gè)沖擊試樣。沖擊試樣取樣位置及缺口位置如圖4所示。

圖1 試板坡口形狀及尺寸示意Fig.1 Groove shape and size of test plate

（4）拉伸試驗(yàn)按GB/T2651-2008焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法進(jìn)行；彎曲試驗(yàn)按GB/T2653-2008焊接接頭彎曲及壓扁試驗(yàn)方法進(jìn)行；沖擊試驗(yàn)按GB/T2650-2008焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法進(jìn)行，試驗(yàn)溫度分別為-20℃、-40℃；硬度測試按GB/2650-2008焊接接頭及堆焊金屬硬度試驗(yàn)方法進(jìn)行。

表5 焊接線能量試驗(yàn)基本參數(shù)Tab.5 Basic parameters of welding line energy test

表6 試板的試樣種類及數(shù)量Tab.6 Sample types and quantity of the test plate

圖2 試板上試樣的取樣位置Fig.2 Specimen sampling location of test plate

3 試驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

焊接線能量力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。各種焊接線能量試板的焊縫在-20℃和-40℃條件下的沖擊功變化曲線如圖5所示。

硬度試驗(yàn)時(shí)，對焊接線能量為10kJ/cm、20kJ/cm、30kJ/cm和35kJ/cm的焊條電弧焊試板和20kJ/cm、 30 kJ/cm和35 kJ/cm的埋弧焊試板的焊接接頭進(jìn)行硬度測試。每個(gè)硬度試樣均沿A、B、C三條測定線進(jìn)行硬度測定（見圖4），且焊縫、熱影響區(qū)和母材均各測定6個(gè)點(diǎn)。根據(jù)硬度測試數(shù)據(jù)，硬度值均在250～400 HV之間，熱影響區(qū)和母材的硬度差別不大[3]。

圖3 焊接接頭硬度測試位置Fig.3 Hardness test location of weld

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

焊接線能量試驗(yàn)結(jié)果表明，不同工藝方法及線能量下，接頭的抗拉強(qiáng)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

對于焊條電弧焊試板，隨著焊接線能量的增大，焊縫的沖擊功明顯下降，線能量為35 kJ/cm時(shí)，焊縫-40℃沖擊功偏低。線能量為30 kJ/cm、35kJ/cm時(shí)接頭冷彎試驗(yàn)均出現(xiàn)了裂紋，超過了標(biāo)準(zhǔn)，說明線能量大于或等于30kJ/cm時(shí)，接頭綜合力學(xué)性能較差[4-5]。

表7 焊接線能量試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.7 Welding line energy test data

圖4 沖擊試樣取樣位置及缺口位置Fig.4 Samplingpositionandgappositionofimpactspecimen

圖5 焊條電弧焊與埋弧自動焊在不同線能量下焊縫的沖擊功Fig.5 Impact energy of electrode arc welding and submerged arc automatic welding seam under different line energy

對于埋弧自動焊試板，線能量為20～35kJ/cm均有良好的綜合力學(xué)性能。

從硬度測試結(jié)果看，硬度值一般在250～400 HV之間，且熱影響區(qū)和母材的硬度差別不大，說明焊接過程并未引起鋼板硬度的大幅度變化。但需要說明的是，本次硬度試驗(yàn)壓力為8.6 N，與歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求的98 N有區(qū)別。

4 結(jié)論

（1）在不同的焊接線能量下，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度均接近于母材的抗拉強(qiáng)度，熱影響區(qū)和母材的硬度差別不大，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）為了確保焊接接頭獲得良好的綜合力學(xué)性能，建議焊條電弧焊時(shí)，控制焊接線能量為10～20kJ/cm，埋弧自動焊時(shí)的焊接線能量為20～35 kJ/cm。

[1]楊莉.焊接線能量對WEL-TEN80A鋼焊接接頭力學(xué)性能的影響[J].熱加工工藝，2005（3）：46-48.

[2]張勇，鄭洪國，周艷.線能量對SAF2507鋼焊接接頭性能的影響[J].裝備制造技術(shù)，2011（3）：39-41.

[3]陳文靜，張德遠(yuǎn)，何芬等.不同線能量下16Mn鋼接頭熱影響區(qū)性能研究[J].熱加工工藝，2011（3）：175-177.

[4]胡新芳，岳增武.高溫再熱器T91鋼焊接接頭裂紋分析[J].熱力發(fā)電，2009，38（2）：74-77.

[5]齊向前，陳金洪，田旭海.焊接線能量對T91鋼焊縫組織及硬度的影響[J].熱加工工藝，2010（9）：167-168.

Experimental study of S690QL1 high strength steel welding line energy

DENG Xiaojun1，REN Yanyan1，WANG Fulin2
（1.Department of Mechanical and Electrical Engineering，He'nan Institute of Vocational&Technology，Zhengzhou 450046，China；2.Zhengzhou Huadian Machinery Design Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou 450046，China）

The line energy of the S690QL1 high strength steel plate for a project of pressure pipe was researched.The welding line energy range to be used in shielded metal arc welding and submerged arc welding was determined.That provides reliable basis for making the correct welding process on the welding in project construction.

690QL1 steel；line energy；shielded metal arc welding；automatic submerged arc welding

TG444

：B

1001-2303（2015）09-0113-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.25

2015-04-07；

2015-04-22

鄧小君（1964—），女，河南鄭州人，副教授，學(xué)士，主要從事焊接材料及工藝的研究工作。