Q550低合金板結(jié)構(gòu)件的焊接工藝

王曄++張洪偉

摘 要：文章從Q550低合金板的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能方面進(jìn)行分析，選擇出合適的焊接接材料和焊接工藝措施，保證了焊接質(zhì)量，從而保證結(jié)構(gòu)件尺寸穩(wěn)定、能夠承受動(dòng)、靜載荷，應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象等，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)件 焊接 工藝

中圖分類號(hào)：TG386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（a）-0090-01

目前，大型機(jī)械設(shè)備如煤礦機(jī)械設(shè)備、重型車輛、工程機(jī)械、港口機(jī)械等在使用過程中承受動(dòng)、靜載荷，同時(shí)有應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，為保證此類產(chǎn)品有足夠的強(qiáng)度及良好的使用性能該類產(chǎn)品大多采用高強(qiáng)板進(jìn)行加工制作，在產(chǎn)品的制作過程中高強(qiáng)板的焊接質(zhì)量的決定著制造的產(chǎn)品質(zhì)量。

下面結(jié)合我廠產(chǎn)品制造中Q550低合金高強(qiáng)板使用情況，對Q550板的成份、焊接性能、焊接材料及焊接工藝等方面分析說明。

1 材料的化學(xué)成分分析

Q550合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，為改善鋼的性能，在冶煉時(shí)加入一些合金元素，提高了鋼的強(qiáng)度；細(xì)化了晶粒，增加了鋼的韌性，改善鋼的性能。

2 焊接性能分析

鋼材焊接性能的好壞主要取決于它的化學(xué)組成而其中影響最大的是碳元素，含碳量越高，可焊性越差，按照碳當(dāng)量推薦的計(jì)算公式Q550碳當(dāng)量：

C當(dāng)量=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

0.18+0.6/6+（0.8+0.3+0.12）/5+（0.8 +0.8）/15

=0.63%

Q550碳當(dāng)量大于0.45%，焊接時(shí)有較明顯的淬硬傾向大，熱影響區(qū)容易形成硬而脆的馬氏體組織，塑性和韌性下降，耐應(yīng)力腐蝕性能惡化，冷裂紋傾向增加，因此焊接時(shí)需要較小的熱輸入量。焊接熱輸入量過高，會(huì)導(dǎo)致熱影響區(qū)性能降低；同時(shí)為防止產(chǎn)生裂紋，焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格保持低氫條件，為此焊接材料應(yīng)嚴(yán)格脫脂，采用CO2氣體保護(hù)焊，如CO2氣體中水分過多，則應(yīng)進(jìn)行干燥處理。

3 焊接材料選擇

在焊接結(jié)構(gòu)件的過程中，保證產(chǎn)品質(zhì)量的首要條件是合理選擇焊接材料及焊接工藝。熔池金屬是由母材金屬和焊接材料在高溫液態(tài)下共同組成的，成分偏析在發(fā)生物理反應(yīng)的熔渣與金屬之間產(chǎn)生，由于合金元素的氧化、還原、蒸發(fā)等，在熱影響區(qū)內(nèi)，會(huì)改變金屬化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能，例如，影響焊縫力學(xué)性的氣孔是由熔入與析出氧、氮、氫等雜質(zhì)造成的，并且熱裂是由于紋熔池結(jié)晶時(shí)的成分偏析及結(jié)晶方式導(dǎo)致的，這些均在在成分偏析之后的凝固結(jié)晶過程中形成。

嚴(yán)格控制可能導(dǎo)致焊縫熱裂紋傾向和C、S、P等造成金屬脆化的元素，以保確保焊縫金屬力學(xué)性能與母材相似。為了確保焊縫金屬有較強(qiáng)的韌性、較好塑性和強(qiáng)度，我廠選用低碳合金材料作為焊接材料，SLD-70焊絲CO2氣體保護(hù)焊，以便焊縫金屬的抗裂力能夠提高。

4 焊接工藝措施制訂

4.1 焊接坡口形狀與角度

在機(jī)械設(shè)備的大型結(jié)構(gòu)件制作時(shí)由于強(qiáng)度級(jí)別要求較高，所以要對結(jié)構(gòu)件高強(qiáng)板進(jìn)行坡口制作，在開坡口時(shí)采用數(shù)控切割機(jī)加工或機(jī)械加工，焊接接頭處開V型坡口，坡口角度60°，焊接時(shí)在坡口兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)，應(yīng)嚴(yán)格除去，水、油、銹等臟物。

4.2 裝配定位焊接方法

裝配定位焊時(shí)，結(jié)構(gòu)件的裝配間隙不能過大，避免強(qiáng)力裝配。為防止定位焊焊縫開裂，定位點(diǎn)固焊選用的焊接材料應(yīng)與焊接材料類型相同，焊條使用進(jìn)行預(yù)熱過的J607，這與正常焊接時(shí)保持一致。實(shí)際中我廠采用的預(yù)熱方法是在焊縫兩側(cè)80 mm，預(yù)熱溫度不低于200 ℃的氧乙炔局部預(yù)熱，原因是構(gòu)件體積大導(dǎo)致不方便預(yù)熱。為了防止較大的拘束，工件有適當(dāng)?shù)淖冃卧谘b配定位焊中是被許可的，一般焊縫長度不低于50 mm，并且所使用的電流在定位焊接時(shí)一般大于正常焊接時(shí)，依順序進(jìn)行定位焊，須均勻?qū)ΨQ分布焊縫。

4.3 焊前預(yù)熱溫度控制

當(dāng)母材碳當(dāng)量大于0.45%時(shí)，根據(jù)碳當(dāng)量法，應(yīng)進(jìn)行適度預(yù)熱。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)件是低合金鋼比一板板材較厚，并且為了保證均勻受熱，我廠在部件裝配、點(diǎn)焊后，進(jìn)行預(yù)熱選取的溫度應(yīng)該大于200 ℃的整體預(yù)熱方式進(jìn)行預(yù)熱，加熱到200 ℃后保溫30 min后出爐并在預(yù)熱后及時(shí)進(jìn)行焊接。在焊接前結(jié)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)熱的作用有：防止產(chǎn)生裂紋，有效的使焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度降低并且確保焊接應(yīng)力減少。

4.4 焊接工藝參數(shù)的確定

隨著Q550低合金結(jié)構(gòu)材料厚度增大，低塑性淬硬組織容易在其鋼熱影響區(qū)產(chǎn)生，并且會(huì)增加淬硬傾向，冷裂紋更容易出現(xiàn)。由于Q550低合金有較大的淬硬傾向，盡管使用大焊接熱輸入量能夠有效削弱淬硬傾向，但馬氏體的形成僅通過這一措施通常是不能避免。相反的這一措施會(huì)導(dǎo)致形成粗大的馬氏體，原因是使用大焊接熱輸入量使奧氏體的過熱增加，并且也使奧氏體更加穩(wěn)定，熱影響區(qū)加劇脆化。

采用小的熱輸入量和減少結(jié)構(gòu)材料在高溫區(qū)的停留時(shí)間，是避免熱影響區(qū)脆化的主要工藝措施，這樣可以防止奧氏體的過熱，增加奧氏體的不穩(wěn)定性，降低奧氏體成分的均勻性。為了有利的改善熱影響區(qū)的性能，須將預(yù)熱措施和緩冷措施同時(shí)進(jìn)行，并且選用隨著焊縫高度及板材厚度的變化焊接層數(shù)亦變化的多層多道焊工藝。為了防止氣體保護(hù)效果不好，焊絲伸出長度過長導(dǎo)致的嚴(yán)重飛濺和焊絲伸出長度過短導(dǎo)致的噴嘴被飛濺物堵塞，我廠采用Ф1.2 mm焊絲以確保焊接質(zhì)量，保障焊絲伸出長度在20 mm附近浮動(dòng)。另外，氣體流量和焊接速度也會(huì)影響焊接質(zhì)量。當(dāng)氣體流量過大時(shí)，氣體保護(hù)效果不但不會(huì)增強(qiáng)，反而會(huì)導(dǎo)致不規(guī)則湍流；氣孔等缺陷會(huì)在焊接速度過快時(shí)產(chǎn)生；當(dāng)焊接速度過慢時(shí)，不僅僅導(dǎo)致焊接效率不高，而且會(huì)使大大增加焊縫的輸入熱量，熔敷金屬的品粒粗大，致使成形變差。

4.5 焊后熱處理退火

構(gòu)件的尺寸和結(jié)構(gòu)長期使用的質(zhì)量穩(wěn)定性以及工作的安全性的提高，焊接內(nèi)應(yīng)力的消除，抗應(yīng)力腐蝕和接頭及力學(xué)性能，的增強(qiáng)是改善和等焊后熱處理的目標(biāo)。焊接后的Q550結(jié)構(gòu)鋼，進(jìn)行消除應(yīng)力退火，我廠采用電阻爐整體加熱，收到了良好的效果。具體做法：將部件低溫入爐，升溫速度在每小時(shí)100 ℃～150 ℃，升溫到500 ℃進(jìn)行保溫，隨爐冷卻至320 ℃出爐空冷

5 結(jié)語

為保證結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量，制訂產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的焊接工藝時(shí)，必須考慮下列工藝措施：裝配定位焊時(shí)要在定位模具上定位裝配焊接，以保證結(jié)構(gòu)件的幾何尺寸。Q550低合金高強(qiáng)板碳當(dāng)量較高，所以在結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱，并進(jìn)行焊后熱處理，以改善熱影響區(qū)的組織與力學(xué)性能，消除殘余應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)件質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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