Q420B鋼板對接焊工藝探討

施志強

摘 要：目前，Q420B高強鋼已經(jīng)廣泛應(yīng)用于輸電線路鐵塔中，而Q420B高強鋼的焊接工藝還不成熟、不規(guī)范。以Q420B鋼板對接焊為例，通過闡述Q42B鋼板對接焊的過程，為Q420B鋼板的對接焊和Q420B高強鋼的焊接工藝提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Q420B鋼板；對接焊；焊接工藝；焊接性

中圖分類號：TU758.16 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.123

近年來，由于我國南方地區(qū)的自然災(zāi)害不斷，對輸電線路鐵塔造成了嚴(yán)重的損壞，而且我國電力事業(yè)正朝著能源節(jié)約型方向迅猛發(fā)展。因此，Q420B高強度鋼開始被應(yīng)用于輸電線路鐵塔中。Q420B高強度鋼是一種剛被引入輸電線路鐵塔行業(yè)中的新型鋼種，目前其焊接工藝還很不成熟。在輸電線路鐵塔加工中，焊接是一道非常重要的工序，而焊接件則往往是鐵塔中受力比較大的關(guān)鍵聯(lián)接構(gòu)件。這些焊接件往往會因焊接質(zhì)量問題，使其機械性能下降，出現(xiàn)裂紋，甚至開裂，進而會給電網(wǎng)帶來很大的損害。為此，本文就Q420B鋼板對接焊進行了探討。

1 Q420B鋼板的焊接性分析

由于在鐵塔中，420B鋼板焊接要求很高的強度、硬度、耐磨性和機械性能，所以我們首先對其焊接性能進行分析。Q420B的化學(xué)成分如表1所示。

表1 Q420B的化學(xué)成分

牌號 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/（%）

C Mn Si S P

Q420B 0.17 1.44 0.27 0.006 0.011

從表1可以看出，Q420B鋼板作為母材，其含碳量較高，且含有大量合金元素，我們根據(jù)國際焊接協(xié)會（IIW）推薦的碳當(dāng)量（CET）計算公式來計算這一鋼板的焊接性能：

CET=C+（Mn+Mo）/10+（Cr+Cu）/20+Ni/40（%）.

（1）

計算可得Q420B的CET=0.314%.而根據(jù)表2，我們可以看出Q420B的焊接性能不良。

表2 按碳當(dāng)量鋼的可焊性分類

碳當(dāng)量 可焊性 碳當(dāng)量 可焊性

<0.25% 優(yōu)良 0.35%～0.45% 尚好

0.25%～0.35% 較好 >0.45% 不良

>0.60% 必須采取一定的焊接工藝措施

綜合上述數(shù)據(jù)和零件本身的剛性（厚度16 mm），我們可以得出：Q420B板淬硬傾向較為嚴(yán)重（C、Cr均是淬硬性元素），焊接性不良，且其焊接性的主要內(nèi)容就是防止裂紋和內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。要取得滿意的拼接效果，我們既要合理選擇焊接材料，又要制訂相應(yīng)的焊接工藝措施。

2 焊接材料的選擇

2.1 過渡層材料的選擇

因母材有較強的淬硬傾向，焊接過渡層是必不可少的，它是拼接成功與否的關(guān)鍵一環(huán)。選擇過渡層材料的原則是：焊材的含碳量要低，塑性要好。因此我們選用了抗裂性較好的低氫型焊條純鐵焊條J350，成功地解決了過渡層產(chǎn)生裂紋的難題。

2.2 工作層材料的選擇

由于這類焊接板表面要承受著較大的載荷，因此要求其表面具有較高的強度、硬度和耐磨性。但此對接縫只是連接焊縫，并非工作焊縫?；谶@個前提，我們選擇了ER55-G氣保焊絲，取得了滿意效果。

3 焊接工藝

3.1 焊前準(zhǔn)備

3.1.1 坡口的制備

由于Q420B的淬硬傾向極為嚴(yán)重，為了防止坡口制備過程中淬硬層和微細裂紋的出現(xiàn)，我們采用機加工方式制備坡口，如圖1所示。

圖1 坡口示意圖

3.1.2 坡口區(qū)域的清理

對坡口區(qū)域進行全面、徹底的清理，保證焊縫坡口處平整、無毛刺、無裂紋、無氣割熔瘤、夾層等缺陷，清除影響焊縫質(zhì)量的附著物存在，例如油、銹、氧化皮等。

3.1.3 裝配對接

裝配對接要求兩板之間不留間隙，且坡口板厚方向無錯邊，裝配點焊要求預(yù)熱50～80 ℃后實施，且定位焊焊縫不宜超過設(shè)計焊縫的2/3（但要有一定的厚度），定位焊長度宜為30～50 mm，間隔不宜超過600 mm，以保證接頭有一定的剛性，在翻身施焊過程中不至于開裂。

3.1.4 防變形措施

為保證鋼板拼接完成后角變形不會超差，且機械矯正角變形不易引起焊縫開裂，我們除采用交錯翻身施焊的方法外，特別采用了剛性固定法，沿焊縫方向每隔400 mm點焊一工藝“碼子”，如圖2所示。

3.1.5 焊條在焊前除氫

氫對焊接質(zhì)量是非常有害的，它使焊接冷裂紋具有延遲性。而焊接時，氫主要來源之一是焊接材料—焊條。因此，在焊前要對焊條進行烘干去氫處理，即在350 ℃下烘干1 h。

3.2 焊前預(yù)熱

預(yù)熱是指在焊接開始前對焊件的全部（或局部）進行加熱的工藝措施。預(yù)熱的目的是減少焊接區(qū)和結(jié)構(gòu)整體的溫差，溫差越小，越能使焊縫區(qū)和結(jié)構(gòu)整體盡可能地均勻冷卻，從而減小內(nèi)應(yīng)力，對于易裂的母材和剛性大的焊件，常采用此法。

根據(jù)SMS DEMAG公司沿用的SN200標(biāo)準(zhǔn)，焊前預(yù)熱溫度視母材材料分析而定，與母材碳當(dāng)量相關(guān)，其預(yù)熱溫度（TP）的推薦計算公式如下：

由此可計算出Q420B的最佳預(yù)熱溫度在85 ℃左右，因此我們采用遠紅外線履帶片加熱器輔以氧-丙烷加熱坡口區(qū)域至80 ℃后開始施焊。

4 施焊

在焊接過程中，由于對焊縫加熱時間過長，連續(xù)焊往往造成較大的變形，所以我們采用分段退焊法，使局部焊縫造成的變形適當(dāng)減小或相互抵消，從而達到減小總體變形的目的。

另外，焊縫區(qū)金屬由于在冷卻收縮時受阻會產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，在層道焊后冷卻的過程中，可用渣錘或風(fēng)鏟敲擊焊縫金屬（為防止產(chǎn)生裂紋，敲擊應(yīng)在焊縫塑性較好的熱態(tài)下進行），促使焊縫金屬產(chǎn)生塑性變形，以抵消焊縫的一部分收縮，從而起到階段性減小焊接應(yīng)力的作用。焊接過程及焊接規(guī)范如表3所示。

5 層間溫度的控制

保證一定的層間溫度，可以使熔池中的氣體充分析出，雜質(zhì)元素偏析分散，不會呈集中連續(xù)狀，同時后焊焊道對前一焊道及其熱影響區(qū)進行再加熱，使再加熱區(qū)的組織和性能發(fā)生變化，形成細小晶粒，塑性韌性得到改善。因此，我們通過采用連續(xù)施焊和相關(guān)保溫措施，使層間溫度一直保持在250 ℃左右。

6 后熱保溫（時效）

加熱至80～200 ℃，保溫5～20 h或更長時間，然后空冷，稱為時效處理。施焊完畢后，對對接縫采用這種處理方式，達到了穩(wěn)定組織尺寸、消除殘余應(yīng)力、消除氫脆傾向的良好效果。

7 結(jié)束語

通過以上一系列工藝措施的嚴(yán)格執(zhí)行，Q420B鋼板對接縫無裂紋出現(xiàn)，且對接縫錯邊小于2 mm。Q420B鋼板的成功對接焊為高強度鋼材的施焊提供了比較規(guī)范、成熟的焊接工藝。

〔編輯：王霞〕