GQ70罐車低合金高強(qiáng)鋼罐板埋弧自動(dòng)焊拼接的氣孔控制措施

金寧　王建紅??

摘要： 結(jié)合生產(chǎn)車間在GQ70的制造過(guò)程中的具體情況，分析了GQ70輕油罐車低合金高強(qiáng)鋼板埋弧自動(dòng)焊接接頭產(chǎn)生大量氣孔的原因，提出了控制低合高強(qiáng)金鋼板埋弧自動(dòng)焊產(chǎn)生氣孔缺陷的措施，有效提高了低合金高強(qiáng)鋼板的焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 低合金高強(qiáng)鋼；埋弧自動(dòng)焊；氣孔

中圖分類號(hào)： TG445

0 前言

GQ70型罐車主要用于裝運(yùn)汽油、煤油、柴油等化工介質(zhì)。對(duì)于GQ70上下罐板的拼板焊接，主要采用埋弧自動(dòng)焊接工藝。埋弧自動(dòng)焊具有焊接速度快、勞動(dòng)條件好等特點(diǎn)，但若保護(hù)條件不好或工藝參數(shù)不合適等因素影響下，容易產(chǎn)生氣孔等缺陷。氣孔缺陷不僅削弱了焊縫的有效工件斷面，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)應(yīng)力集中，顯著降低焊縫金屬的強(qiáng)度和韌度，對(duì)動(dòng)載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度更為不利。

文中主要針對(duì)近期低合金高強(qiáng)鋼板埋弧自動(dòng)焊過(guò)程中產(chǎn)生大量氣孔的原因進(jìn)行了分析，研究了控制低合金鋼板埋弧自動(dòng)焊過(guò)程中產(chǎn)生氣孔的方法，為有效解決埋弧自動(dòng)焊過(guò)程中氣孔缺陷的問(wèn)題及提高焊接質(zhì)量提供了技術(shù)借鑒。

1 低合金鋼焊接氣孔產(chǎn)生機(jī)理

低合金高強(qiáng)鋼板在焊接時(shí)產(chǎn)生的氣孔類型為H2孔，N2孔以及CO氣孔。H2孔及N2孔的產(chǎn)生主要是由于高溫下液態(tài)金屬中含有過(guò)飽和氣體，當(dāng)凝固相變時(shí)，氣體的溶解度突然下降而來(lái)不及從焊縫中逸出；CO氣孔的產(chǎn)生主要是由于冶金反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生了大量的CO，在結(jié)晶過(guò)程中來(lái)不及逸出而殘留在焊縫內(nèi)部。

2 氣孔產(chǎn)生原因的初步分析

圖1為西安軌道交通裝備有限公司GQ70輕油罐車上下罐板的焊接接頭形式，表1為焊接工藝參數(shù)。

2.1 氣孔的種類

GQ70低合金高強(qiáng)鋼板埋弧自動(dòng)焊采用圖1所示的焊接接頭形式以及表1中工藝參數(shù)焊接后，出現(xiàn)大量氣孔，主要分為以下兩類。

（1）第一類氣孔：密集型呈蜂窩狀成堆出現(xiàn)，如圖2所示。此類氣孔不均勻分布于各條焊縫表面，初步懷疑是H2氣孔，并且?jiàn)A有N2氣孔。此類氣孔產(chǎn)生原因主要為：

①焊劑保護(hù)不良，有較多的空氣侵入熔池；

②焊絲中含有較多的水分，并且油污過(guò)多；

③板材表面與鈍邊銹蝕、油污過(guò)多；④焊接參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)。

（2）第二類氣孔：斷面形狀如同螺釘狀，表面呈喇叭口形，如圖3所示。此類氣孔出現(xiàn)概率呈現(xiàn)不規(guī)則性，主要表現(xiàn)為氣孔間斷性出現(xiàn)。根據(jù)氣孔形態(tài)及特征，判斷此氣孔為H2氣孔。初步分析產(chǎn)生原因?yàn)椋?/p>

①焊絲水分、油污過(guò)多；②板材表面及鈍邊銹蝕、油污過(guò)多；③焊接參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)。

2.2 解決措施

通過(guò)以上對(duì)氣孔產(chǎn)生的原因進(jìn)行初步分析，提出了相應(yīng)的解決措施：

（1）埋弧焊劑HJ431焊前進(jìn)行充分烘干，烘干溫度250 ℃，烘干時(shí)間1～2 h。

（2）使用表面光潔沒(méi)有黑斑的焊絲代替原來(lái)的焊絲。

（3）對(duì)板材表面距離坡口20 mm范圍內(nèi)進(jìn)行除銹處理，鈍邊也需處理。

（4）焊前使用氣割把子對(duì)焊縫兩側(cè)20 mm范圍的母材進(jìn)行預(yù)熱。

（5）適當(dāng)調(diào)整焊接電流、電壓與焊接速度。

提出如上解決措施并按此執(zhí)行后，氣孔出現(xiàn)情況依然沒(méi)有改善。依然呈現(xiàn)大量且無(wú)規(guī)則出現(xiàn)氣孔的情況?？紤]是否因?yàn)槠渌驅(qū)е麓罅繗饪桩惓３霈F(xiàn)。

3 氣孔產(chǎn)生原因的進(jìn)一步分析

經(jīng)過(guò)上述分析與采取的相應(yīng)措施，氣孔大量異常出現(xiàn)的現(xiàn)象依然沒(méi)有得到改善，從其他方面進(jìn)行分析解決：

①是否因?yàn)楹附蝇F(xiàn)場(chǎng)坡口角度過(guò)大，鈍邊過(guò)薄，背面焊劑經(jīng)過(guò)高溫加熱，有害成分更容易滲透至坡口側(cè)，導(dǎo)致氣孔增多；②是否因?yàn)樵撆魏覆模ê竸〩J431+焊絲H08MnA）或母材所含Mn，Si含量過(guò)少，導(dǎo)致脫氧性變差。

根據(jù)以上分析，分別提出相應(yīng)的解決措施：

（1）適當(dāng)將坡口角度變小，較之前多留1～2 mm鈍邊，重新進(jìn)行焊接；或采用適當(dāng)焊接參數(shù)，利用懸空焊對(duì)此因素進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）采用不同批次的焊材（焊劑HJ431+焊絲H08MnA）進(jìn)行驗(yàn)證，以排除焊材的影響因素。

（3）采用焊劑SJ101+焊絲H08Mn2A（含錳量更高）代替原有焊材，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接驗(yàn)證。

（4）對(duì)母材（Q345A與Q345B）的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)檢測(cè)Mn，Si含量。

通過(guò)對(duì)以上因素逐一排除，發(fā)現(xiàn)該批次母材的含錳量有部分低至0.1%～0.3%，結(jié)合以往母材的含錳量0.8%～1.2%，雖然該批次母材化學(xué)成分符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但過(guò)低的含錳量導(dǎo)致脫氧性變差，因此有大量氣孔異常出現(xiàn)。

4 氣孔控制措施

在對(duì)低合金高強(qiáng)鋼板焊接氣孔的產(chǎn)生機(jī)理及導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)埋弧自動(dòng)焊接工藝特點(diǎn)，可以通過(guò)以下途徑減少低合金高強(qiáng)鋼板焊接氣孔的產(chǎn)生。

4.1 提高焊前母材表面處理質(zhì)量

埋弧自動(dòng)焊之前，對(duì)板材表面距離坡口20 mm范圍內(nèi)以及鈍邊進(jìn)行除油、除銹處理，必要情況下，使用氣割把子對(duì)焊縫兩側(cè)20 mm范圍的母材進(jìn)行預(yù)熱。

4.2 控制母材與焊材的化學(xué)成分

建議母材錳含量在0.8%以上（不超過(guò)1.7%），或者采用高錳焊絲（H08Mn2A）可有效提高脫氧性。

4.3 焊劑的控制

埋弧焊劑HJ431焊前進(jìn)行充分烘干，烘干溫度250 ℃，烘干時(shí)間1～2 h。焊前確保焊劑墊壓實(shí)，板材與焊劑墊之間不會(huì)出現(xiàn)間隙。

4.4 工藝參數(shù)的控制

焊接實(shí)驗(yàn)室所做的工藝評(píng)定為理想狀態(tài)下，幾乎沒(méi)有其他因素的影響。生產(chǎn)車間必須結(jié)合具體情況對(duì)焊接缺陷進(jìn)行具體分析，以工藝評(píng)定作為參考，適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)（電流，電壓，焊速以及坡口大小，鈍邊等）盡量減少焊縫出現(xiàn)缺陷的概率。

5 結(jié)論

主要從GQ70上下罐板埋弧自動(dòng)焊入手，分析了低合金高強(qiáng)鋼板埋弧自動(dòng)焊過(guò)程中氣孔產(chǎn)生的機(jī)理及導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生的原因，并從母材、焊材以及焊接工藝參數(shù)等角度提出了控制氣孔產(chǎn)生的措施，有效改善了焊縫表面出現(xiàn)氣孔的情況，提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

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