鋼板樁的焊接工藝研究

■洪天識(shí)

(中交三航局廈門分公司，廈門 361000）

鋼板樁的焊接工藝研究

■洪天識(shí)

(中交三航局廈門分公司，廈門 361000）

超長鋼板樁的施打要求決定了鋼板樁必須要有較高的強(qiáng)度和剛性，因此其材質(zhì)一般選用低合金高強(qiáng)鋼，相應(yīng)的也決定了鋼板樁焊接時(shí)必須充分考慮焊接材料的選定和焊接工藝的制定。

低合金高強(qiáng)鋼 碳當(dāng)量 冷裂紋 CO2氣保焊 藥芯焊絲 陶瓷襯墊

1 工程概況

我公司承接了福州羅源灣魯能碼頭超長鋼板樁的焊接工程，所采用的鋼板樁是從歐洲盧森堡的阿賽洛公司進(jìn)口的，材質(zhì)為SAP，規(guī)格為AZ對，生產(chǎn)廠家僅提供給我們跟焊接工藝相關(guān)的鋼材力學(xué)指標(biāo)和鋼材成分，如表1和表2。其他再無可參考的制定焊接工藝的資料。

表1 S460AP鋼材力學(xué)指標(biāo)

表2 鋼材組份

2 原材料的分析

為了了解母材的焊接性能，準(zhǔn)確的制定焊接工藝參數(shù)，必須對原材料進(jìn)行科學(xué)的分析和研究。

(1）原材料的力學(xué)性能：通過查閱廠家提供的產(chǎn)品質(zhì)量證明文件的力學(xué)指標(biāo)，如表1,該材料的鋼板樁用的正火型的高強(qiáng)鋼。

(2）原材料的化學(xué)性能：通過查閱廠家提供的產(chǎn)品質(zhì)量證明文件中的鋼材組分，如表2該材料C的含量為0.27%，在中碳鋼C的含量在0.25%～0.6%之間，因此該材料為低合金中碳高強(qiáng)鋼。

3 母材的焊接性

要了解母材的焊接性，通常還要了解母材的碳含量，碳含量計(jì)算公式：經(jīng)計(jì)算，母材的碳含量為0.554%，大于0.45%，因此，其焊接性一般，焊接時(shí)候須適當(dāng)控制焊接預(yù)熱溫度，層間溫度，焊接后的緩冷，以避免產(chǎn)生冷裂紋。表3是焊接性與碳含量的關(guān)系。

表3 焊接性與碳含量

4 防止冷裂的措施

(1)焊前預(yù)熱：預(yù)熱的目的是延緩熔池凝固時(shí)間，以利于氫的逸出，減少氫致裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)也減少熔池和母材的溫差造成的內(nèi)應(yīng)力，減少約束裂紋的產(chǎn)生。材料預(yù)熱溫度隨鋼板的當(dāng)量板厚 不同而不同，如表4、圖1～2所示，Sk=S1+S2，S1,S2分別為對接接頭75mm內(nèi)的平均板厚。

圖1 AZ樁外形尺寸

圖2 AZ樁接頭型式

表4 預(yù)熱溫度與當(dāng)量板厚的關(guān)系

由于Sk=12.2+12.2=24.4，綜合表3、表 4，采用的預(yù)熱溫度為80℃，層間溫度控制在200～250℃之間。

(2）產(chǎn)生冷裂紋的主要原因是有應(yīng)力存在的焊縫金屬中有氫的存在。因此，在焊件組裝前坡口50mm附近母材表面上的所有氧化皮，鐵銹、油污及水分應(yīng)清除干凈。避免這些物質(zhì)在焊接過程中分解出氫而導(dǎo)致焊接裂紋和氣孔的產(chǎn)生。

(3）通過采用良好的焊接順序，合理組裝，避免強(qiáng)力組對以減少構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)為防止焊接過程的焊接變形，提高產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)將工件壓緊墊牢，并盡可能采用單面焊雙面成型工藝。以減少焊接的翻轉(zhuǎn)扭力。

圖3 組對時(shí)的胎架型式

圖4 接口型式

為了減少約束應(yīng)力的產(chǎn)生，并防止構(gòu)件的扭曲變形和繞曲變形。組對時(shí)采用如圖3所示的胎架型式。除鎖口外所有焊縫采用陶瓷襯墊單面焊雙面成形，如圖4所示，焊接順序?yàn)橄群负傅?，再焊焊道3、焊道2，最后焊焊縫4，如圖 5。

圖5 焊縫焊接順序

(4）影響焊接裂紋產(chǎn)生的因素還有：焊接材料的含氫量，焊接參數(shù)等。為減少焊接材料的含氫量，必須選用低氫型焊接材料。按規(guī)定做防潮存儲(chǔ)，使用前按規(guī)定進(jìn)行嚴(yán)格烘烤并隨取隨用。在焊接參數(shù)的選擇上，選用較大的焊接參數(shù)線能量輸入也較大，焊接效率高，但熱影響區(qū)容易產(chǎn)生過熱組織而降低焊接接頭的抗裂性能。因此必須采用合理的焊接參數(shù)。通過工藝試驗(yàn)，最終選用表5所示的焊接參數(shù)。

5 焊接材料的選擇

(1）根據(jù)本工程所使用的材料的力學(xué)性能指標(biāo)。按照焊縫等強(qiáng)設(shè)計(jì)原則，采用熔敷金屬抗拉強(qiáng)度＞550MPa，屈服強(qiáng)度＞460MPa的焊接材料，根據(jù)本工程所使用的材料的化學(xué)成分，采用低氫或超低氫焊材。

(2）含Ni的焊接材料。其熔敷金屬塑性良好，能夠減少焊接接頭的接頭應(yīng)力，在中低碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，較小的預(yù)熱溫度甚至在南方的常溫天氣中不預(yù)熱也可避免熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，因此選用的焊材還必須含有Ni。

綜合4.1，4.2，選用的手工焊焊條為符合GBE6015-D1J607Ni。選用的CO2氣保焊：符合GBE601T1-K2的藥芯焊絲 YJ602(Q）Ni。

6 焊接方法的選擇

常規(guī)的焊接方法有：手工電弧焊，埋弧焊，CO2氣體保護(hù)焊。本工程采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

表5 焊接參數(shù)

表6 焊接方法

7 結(jié)論

通過對本工程AZ600鋼板樁材料分析和焊接性能分析，相應(yīng)地制定了焊接工藝并進(jìn)行工藝評定試驗(yàn)。結(jié)果是成功的。在實(shí)際生產(chǎn)中也是可行的。

(1）焊接方法：采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

(2）焊接材料：采用含有Ni的藥芯焊絲YJ602(Q）Ni。

(3）焊接工藝：采用陶瓷襯墊單面焊雙面而成型焊接工藝。焊接接頭進(jìn)行80度預(yù)熱。接頭型式應(yīng)避免大的剛性約束，并采用能分散應(yīng)力的分段跳焊方法。

(4）焊接參數(shù)：打底焊時(shí)在保證熔焊透的情況下宜采用小的焊接電流，焊接電壓和焊接速度。

[1]焊接手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]焊接工程師手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]焊工技師手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.