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    SQ460FRW抗震耐蝕耐火鋼氣保焊焊接技術(shù)

    2020-09-10 07:22:44王壘劉中華張偉趙英建蘇英強(qiáng)曾祥文俞奇效劉錕
    電焊機(jī) 2020年5期
    關(guān)鍵詞:坡口

    王壘 劉中華 張偉 趙英建 蘇英強(qiáng) 曾祥文 俞奇效 劉錕

    摘要:通過(guò)焊接性試驗(yàn)對(duì)28 mm厚的新鋼種SQ460FRW抗震耐蝕耐火鋼進(jìn)行焊接工藝研究。改善了焊接坡口,對(duì)比純CO2和混合氣體保護(hù)下對(duì)接平焊的差異,對(duì)氣保焊對(duì)接接頭平焊、立焊、橫焊、仰焊和十字接頭橫焊、立焊進(jìn)行了工藝評(píng)定。在十字接頭中應(yīng)用了雙面雙弧單熔池同步同向焊接、高速脈沖壓縮電弧技術(shù)、雙面K型坡口35°+4 mm間隙等焊接方法,焊縫無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)、宏觀金相、沖擊試驗(yàn)、微觀金相組織觀察等各項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容均合格,可用于指導(dǎo)后續(xù)新鋼種的實(shí)際應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞:坡口;工藝評(píng)定;同步同向焊接;高速脈沖壓縮電弧

    中圖分類號(hào):TG444+.72文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1001-2303(2020)05-0027-04

    DOI:10.7512/j.issn.1001-2303.2020.05.05

    0 前言

    隨著我國(guó)高層鋼結(jié)構(gòu)建筑和重點(diǎn)工程的發(fā)展建設(shè),建筑結(jié)構(gòu)用鋼高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命和安全性等方面的需求越來(lái)越迫切。發(fā)展高強(qiáng)度級(jí)別,同時(shí)兼?zhèn)淇拐?、耐蝕及耐火特征的高性能建筑鋼,攻克保障鋼材性能與質(zhì)量穩(wěn)定一致的關(guān)鍵技術(shù),解決應(yīng)用配套難題,是實(shí)現(xiàn)新一代建筑結(jié)構(gòu)鋼研發(fā)、推廣與應(yīng)用的重點(diǎn)。

    隨著國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“建筑結(jié)構(gòu)用抗震耐蝕耐火鋼”課題深入研究,460 MPa級(jí)建筑結(jié)構(gòu)用抗震耐蝕耐火鋼板(以下簡(jiǎn)稱SQ460FRW)和配套的焊材得到了一定的量產(chǎn)。為了加快新鋼種在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用,需深入研究新鋼種可焊性、與焊接材料的匹配性,與新型脈沖焊機(jī)(高速脈沖壓縮電弧技術(shù))、已有焊接小坡口、雙面雙弧單熔池同步同向焊接等多項(xiàng)高效焊接技術(shù)的適應(yīng)性。同時(shí),摸索驗(yàn)證新鋼種各個(gè)焊接位置及接頭形式的焊接參數(shù)也是研究重點(diǎn)。

    針對(duì)28 mm厚新型鋼種,采用新研制的氣體保護(hù)焊焊絲進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊試驗(yàn)。通過(guò)一系列焊接試驗(yàn)[3],得到了新鋼種合理的焊接參數(shù);解決了高效焊接方法及技術(shù)的適應(yīng)問(wèn)題;同時(shí),結(jié)合新鋼種在各焊接位置的焊縫無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)、宏觀金相、沖擊試驗(yàn)、微觀金相組織觀察等合格檢測(cè)數(shù)據(jù),確定了合理的工藝參數(shù),編制出新鋼種焊接工藝評(píng)定,為后續(xù)新鋼種的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

    1 試驗(yàn)材料和設(shè)備

    試驗(yàn)用SQ460FRW鋼板板件尺寸為300 mm×600 mm×28 mm(厚度),焊接設(shè)備為新型脈沖氣保焊機(jī),焊絲為鋼鐵研究總院研究的新型高強(qiáng)焊絲G2。

    2 鋼板和焊絲復(fù)驗(yàn)

    針對(duì)鋼板及焊接材料首先進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)[5],鋼板進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)內(nèi)容主要為力學(xué)性能[抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等均略高于質(zhì)保書(shū),-40 ℃沖擊略低于質(zhì)保書(shū)測(cè)試值(平均280 J),屈強(qiáng)比為0.84,硬度值為209~219 HV],鋼板各向性能均優(yōu)、化學(xué)成分與質(zhì)保單基本一致(Ceq=0.41)。

    焊絲進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)內(nèi)容主要為熔敷金屬試驗(yàn),抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均高于質(zhì)保書(shū)測(cè)試值,延伸率略低于質(zhì)保書(shū),低溫沖擊韌性高于質(zhì)保書(shū);化學(xué)成分中C含量略低于質(zhì)保書(shū),其他元素含量均略高于質(zhì)保書(shū),焊接材料匹配為等強(qiáng)匹配或超強(qiáng)匹配。

    3 高速脈沖壓縮電弧技術(shù)

    新型脈沖氣保焊機(jī)采用高速脈沖壓縮電弧技術(shù),與常規(guī)氣保焊相比具有以下優(yōu)勢(shì):無(wú)飛濺、焊接HAZ熔深大、焊接效率高、焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良、可靠等。

    關(guān)于45 mm厚度板件新型脈沖氣保焊與常規(guī)氣保焊對(duì)比試驗(yàn),新型脈沖氣保焊焊接28道(見(jiàn)圖1),常規(guī)氣保焊焊接32道(見(jiàn)圖2);新型脈沖氣保焊(高速脈沖壓縮電弧技術(shù))焊接工藝相比傳統(tǒng)常規(guī)氣保焊焊接工藝,熔敷效率提高了12.5%[4]。

    針對(duì)高速脈沖壓縮電弧和常規(guī)氣保焊工藝進(jìn)行焊接HAZ熔深對(duì)比試驗(yàn)分別如圖3、圖4所示,高速脈沖壓縮電弧焊接工藝熔深明顯優(yōu)于常規(guī)氣保焊工藝。

    4 氣保焊小坡口試驗(yàn)

    氣保焊平焊保護(hù)氣體為φ(CO2)20%+φ(Ar)80%,坡口選擇30°+6 mm間隙單面坡口(見(jiàn)圖5),氣保焊焊接完成后,進(jìn)行UT探傷發(fā)現(xiàn)直邊厚度25 mm處有缺陷,反復(fù)焊接后仍測(cè)出類似缺陷,后續(xù)對(duì)坡口進(jìn)行優(yōu)化,選擇雙面坡口30°+6 mm間隙坡口(見(jiàn)圖6),焊接后UT和射線探傷合格。

    5 氣保焊保護(hù)氣體對(duì)比試驗(yàn)

    為保證鋼板在工廠的適應(yīng)性,對(duì)純CO2和混合氣體φ(CO2)20%+φ(Ar)80%進(jìn)行平焊對(duì)比試驗(yàn)。

    28 mm厚Q460抗震耐蝕耐火鋼平焊對(duì)接接頭,采用新型脈沖焊機(jī),V型坡口,坡口角度30°+6 mm間隙(見(jiàn)圖6),焊接道數(shù)如圖7所示,焊后進(jìn)行外觀、射線(RT)檢測(cè)、沖擊(-40 ℃)、拉伸(2件)、彎曲(4件)試驗(yàn)以及宏觀形貌及微觀金相組織觀察(焊縫區(qū)、熱影響區(qū))。

    結(jié)果表明,相同條件下混合氣體φ(CO2)20%+φ(Ar)80%焊縫質(zhì)量各檢測(cè)參數(shù)均合格,純CO2焊后焊縫中心區(qū)域低溫沖擊韌性明顯下降,焊縫中心和熱影響區(qū)-40 ℃沖擊均不合格。原因是純CO2焊接過(guò)程中合金元素?zé)龘p嚴(yán)重,導(dǎo)致焊縫金屬低溫沖擊韌性不合格。

    6 氣保焊(混合氣體)橫焊、立焊、仰焊對(duì)接接頭工藝評(píng)定[2]

    對(duì)接形式橫焊、立焊、仰焊進(jìn)行了工藝評(píng)定,采用V型坡口+墊板30°+6 mm間隙、CO2氣體保護(hù)焊機(jī)(新型脈沖焊機(jī))混合氣體進(jìn)行焊接,如圖8~圖10所示。對(duì)焊縫進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)及宏觀微觀金相組織觀察等,均合格,確定了對(duì)接形式下不同焊接位置的工藝參數(shù),如表1~表3所示。

    7 氣保焊(混合氣體)橫焊、立焊十字接頭工藝評(píng)定

    對(duì)十字形式橫焊、立焊進(jìn)行了工藝評(píng)定,采用雙面雙弧單熔池同步同向焊接[1]、雙面K型坡口35°+4 mm間隙、GMAW+混合氣體等進(jìn)行焊接,如圖11、圖12所示。進(jìn)行了焊縫無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)及宏觀微觀金相組織觀察等,均合格,確定了十字接頭形式下幾種不同焊接位置的焊接工藝參數(shù),如表4、表5所示。

    8 結(jié)論

    對(duì)28 mm厚SQ460FRW抗震耐蝕耐火鋼進(jìn)行了一系列焊接工藝試驗(yàn)研究,得出結(jié)論如下:

    (1)單V坡口易在直邊處中出現(xiàn)缺陷,建議采用V型坡口。(2)高強(qiáng)鋼使用高速脈沖壓縮電弧技術(shù)焊接HAZ熔深大、焊接效率高、焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良、可靠。(3)純CO2氣體焊接后焊縫中心區(qū)域沖擊韌性明顯下降,焊縫中心和熱影響區(qū)沖擊均不合格,相同條件下采用φ(CO2)20%+φ(Ar)80%混合氣體焊接的焊縫質(zhì)量各檢測(cè)參數(shù)均合格。(4)采用V型坡口+墊板30°+6 mm間隙及新型脈沖混合氣體保護(hù)焊在對(duì)接形式平焊、橫焊、立焊、仰焊的工藝評(píng)定均為合格。(5)采用雙面K型坡口35°+4 mm間隙、GMAW+混合氣體雙面雙弧單熔池同步同向焊接技術(shù)在對(duì)接形式為十字形式橫焊、立焊的工藝評(píng)定為合格。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 滕氄,張建平,曾祥文,等. 厚板高強(qiáng)鋼雙面雙弧單熔池同步同向焊接成形技術(shù)及應(yīng)用[J]. 電焊機(jī),2015,45(11):97-101.

    [2] GB/T 50661-2011,鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S]. 中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部,2011.

    [3] 戴為志,黃明鑫,蘆廣平,等. 國(guó)家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)鋼結(jié)構(gòu)安裝工程焊接技術(shù)[J]. 電焊機(jī),2008,38(4):51-76.

    [4] 戴為志,李華,何喬生,等. 高強(qiáng)鋼焊接前言技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究[J]. 電焊機(jī),2014,44(5):42-50.

    [5] 戴為志,高良. 鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)培訓(xùn)教程[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

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