Q235A與ZG270大型結(jié)構(gòu)件的焊接

【摘要】本文介紹了一種在簡單的工程環(huán)境下實施的焊接工藝，采用MAG焊接方法，并以一系列輔助措施支持，合理選擇焊接工藝參數(shù)，完成了復(fù)雜結(jié)構(gòu)ZG270-500與Q235A在工程工況下的焊接。

【關(guān)鍵詞】鑄鋼；大型結(jié)構(gòu)；焊接性

一、概述

承鋼5#高爐溜槽檢修人孔，由于長期受熱交變應(yīng)力的影響形成變形，利用大修期間對其進行更換。選定方案為在原有的法蘭面基礎(chǔ)上進行焊接，原有法蘭面材質(zhì)為Q235A，新人孔的材質(zhì)為ZG270-500，采用鑄造后加工工藝，內(nèi)部有作為冷卻用的水槽，鑄造后經(jīng)完全退火處理。項目施工期間為2012年2月份，室外氣溫約為-11—2℃，高爐爐頂風(fēng)力較大，施工正值高爐準備烘爐期間，高爐烘爐爐頂溫度約為224℃。焊接過程中搭設(shè)了臨時的防風(fēng)棚。充分利用了高爐烘爐的熱量。

二、焊接性能分析

焊接母材的元素含量及力學(xué)性能情況如下：

1.化學(xué)成份

Q235A的化學(xué)成分情況為：

碳C：0.22% 硅Si：0.35% 錳Mn：1.4% 硫S：0.050% 磷P：0.045% 鉻Cr：0.030% 鎳Ni：0.030% 銅Cu：0.030%

ZG270-500的化學(xué)成分情況為：

C 0.40 Si 0.50 Mn 0.90 S 0.04 P 0.04 Ni 0.30 Cr 0.35 Cu 0.30 Mo 0.20 V 0.05

2.力學(xué)性能

當d=65mm時，Q235A的力學(xué)性能情況為：

抗拉強度σb（MPa）：370 屈服強度σs（MPa）：65時：215 伸長率 δ5（%）：65時： 24

Zg270-500的力學(xué)性能情況為：

抗拉強度σb（MPa）：500 屈服強度σs（MPa）：270 伸長率δ 5（%）：18

3.焊接性分析

焊接性能通常使用利用C當量評價，即CE值，采用國際焊接學(xué)會推薦的碳當量公式CE

CE（IIW）=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15

Q235A的CE值為0.33%，焊接性能良好，但在厚度大于63mm的構(gòu)件焊接中易在結(jié)晶過程中形成熱裂紋；ZG270-500的CE值為0.72%，焊接性較差，當CE值超過0.6%時，材料的焊接冷裂傾向嚴重，按經(jīng)驗要采取預(yù)熱和保溫措施。

兩種鋼的焊接關(guān)鍵點在于防止裂紋的產(chǎn)生，尤其是在鑄鋼母材金屬一側(cè)，極容易產(chǎn)生裂紋，裂紋尖端的應(yīng)力集中程度大，容易使裂紋擴展擴大，因此對焊接條件和工藝要求較高。要采用多層多道焊，用以控制較小的熱輸入及結(jié)晶過程的偏析現(xiàn)象。

兩種母材的熱膨脹系數(shù)與導(dǎo)熱性都不同，在焊接的過程中容易因應(yīng)力集中而產(chǎn)生變形，因此在焊接的過程中還應(yīng)考慮合理的焊接順序防止構(gòu)件的變形。

三、焊接工藝

1.焊接方法和焊接工具

使用手工電弧焊和富氬二氧化碳氣體保護焊進行焊接，手工電弧焊打底，富氬二氧化碳氣體保護焊填充，多層多道的焊法焊接。

使用的焊機型號為ZX7-630直流焊機，E5016焊條Ф4mm，使用之前對焊條進行烘干，溫度300-350℃，保溫時間1小時，放保溫桶隨用隨取。

NB-500焊機，H08Mn2SiA焊絲Ф1.2mm，焊絲不允許有鐵銹油污。

2.焊前預(yù)熱

通過冷卻水通道通入蒸汽進行預(yù)熱，并利用烘爐的溫度進行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度120℃，溫差不大于10℃ .

3.坡口及清理

焊接接頭為T型接頭，坡口形式為K型，坡口要求按圖紙加工，舊人孔法蘭面清理平整可見金屬光澤，距坡口30mm清理干凈。新人孔單側(cè)V型坡口如圖一：

4.點固焊接及打底焊接

按點固焊長度20mm，寬度10mm，間隔150mm進行點固焊接，點固完畢使用圓鋼對新人孔橫向進行加固，使用小電流手工進行打底焊，焊接電流160A-180A，焊縫寬度不大于12mm，焊接速度100mm-150mm/min（平焊），焊條角度50°-70°，每焊完1根焊條立即用手錘、釬子擊打焊縫，錘擊至焊縫表面呈麻點狀.并待溫度降至50℃以下再繼續(xù)進行焊接，點固焊要求焊透（鈍邊燒透）。

打底焊接電弧使用短弧， 采用直線焊接工藝，直流反接。

5.填充及蓋面焊接

填充蓋面時保持層間溫度，焊縫錯開，填充電流105A-125A，蓋面電流100A-150A，層間溫度控制在100℃-120℃，焊接速度250mm-300mm/min（平焊），嚴禁焊縫超寬，并將焊縫錯開。焊接接頭清理要求清渣干凈。焊接手法要求，填充和蓋面過程中焊絲不允許大幅度擺動，二保焊焊絲伸出長度為焊絲直徑10倍。

6.焊接順序

就單焊道的順序為，先分段焊接短邊，里外同時焊接，然后焊接四個角，后焊接長邊，分段退焊，長邊短邊都采用中分逐步退焊的方式進行

7.注意問題

分層多道焊接，嚴格控制層間溫度不低于100-120℃；優(yōu)先控制焊接應(yīng)力，在控制焊接應(yīng)力的同時控制焊接變形；焊接接頭不能重疊；及時的錘擊焊縫，及時消除應(yīng)力；所有參加焊接的人員統(tǒng)一手法。四個角處不允許有焊接接頭，圓滑過渡；定位焊收弧起弧位置需打磨。

四、結(jié)論

1.采用MAG焊接，焊接后的外觀成型良好，相比普通CO2氣體保護焊的飛濺明顯減少，焊接接頭經(jīng)無損檢測驗證達到UT2級，溜槽檢修人孔經(jīng)1年的使用，焊接接頭性能穩(wěn)定，強度滿足使用要求。

2.對于低碳鋼Q235A和鑄鋼ZG270-500異種鋼大型結(jié)構(gòu)焊接，通過分析兩種母材的焊接性能，采用富氬CO2氣體保護焊焊接方法，針對焊接裂紋的產(chǎn)生，采用焊前預(yù)熱與焊后保溫以及合理的焊接順序，獲得了良好的焊接效果。

參考文獻

[1]羅乃銘，趙環(huán)宇.《動顎底板ZG270-500鋼與Q345d鋼的焊接》[J].現(xiàn)代焊接，2012年01期.

[2]李翠英.《Q235A厚鋼板焊接裂紋分析及預(yù)防措施》[J].機械工人（熱加工），1994年07期.