SQ460FRW抗震耐蝕耐火鋼氣保焊焊接技術(shù)

王壘　劉中華　張偉　趙英建　蘇英強(qiáng)　曾祥文　俞奇效　劉錕

摘要：通過(guò)焊接性試驗(yàn)對(duì)28 mm厚的新鋼種SQ460FRW抗震耐蝕耐火鋼進(jìn)行焊接工藝研究。改善了焊接坡口，對(duì)比純CO2和混合氣體保護(hù)下對(duì)接平焊的差異，對(duì)氣保焊對(duì)接接頭平焊、立焊、橫焊、仰焊和十字接頭橫焊、立焊進(jìn)行了工藝評(píng)定。在十字接頭中應(yīng)用了雙面雙弧單熔池同步同向焊接、高速脈沖壓縮電弧技術(shù)、雙面K型坡口35°+4 mm間隙等焊接方法，焊縫無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)、宏觀金相、沖擊試驗(yàn)、微觀金相組織觀察等各項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容均合格，可用于指導(dǎo)后續(xù)新鋼種的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：坡口;工藝評(píng)定;同步同向焊接;高速脈沖壓縮電弧

中圖分類號(hào)：TG444+.72文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-2303（2020）05-0027-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.05.05

0 前言

隨著我國(guó)高層鋼結(jié)構(gòu)建筑和重點(diǎn)工程的發(fā)展建設(shè)，建筑結(jié)構(gòu)用鋼高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命和安全性等方面的需求越來(lái)越迫切。發(fā)展高強(qiáng)度級(jí)別，同時(shí)兼?zhèn)淇拐?、耐蝕及耐火特征的高性能建筑鋼，攻克保障鋼材性能與質(zhì)量穩(wěn)定一致的關(guān)鍵技術(shù)，解決應(yīng)用配套難題，是實(shí)現(xiàn)新一代建筑結(jié)構(gòu)鋼研發(fā)、推廣與應(yīng)用的重點(diǎn)。

隨著國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“建筑結(jié)構(gòu)用抗震耐蝕耐火鋼”課題深入研究，460 MPa級(jí)建筑結(jié)構(gòu)用抗震耐蝕耐火鋼板（以下簡(jiǎn)稱SQ460FRW）和配套的焊材得到了一定的量產(chǎn)。為了加快新鋼種在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用，需深入研究新鋼種可焊性、與焊接材料的匹配性，與新型脈沖焊機(jī)（高速脈沖壓縮電弧技術(shù)）、已有焊接小坡口、雙面雙弧單熔池同步同向焊接等多項(xiàng)高效焊接技術(shù)的適應(yīng)性。同時(shí)，摸索驗(yàn)證新鋼種各個(gè)焊接位置及接頭形式的焊接參數(shù)也是研究重點(diǎn)。

針對(duì)28 mm厚新型鋼種，采用新研制的氣體保護(hù)焊焊絲進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊試驗(yàn)。通過(guò)一系列焊接試驗(yàn)[3]，得到了新鋼種合理的焊接參數(shù);解決了高效焊接方法及技術(shù)的適應(yīng)問(wèn)題;同時(shí)，結(jié)合新鋼種在各焊接位置的焊縫無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)、宏觀金相、沖擊試驗(yàn)、微觀金相組織觀察等合格檢測(cè)數(shù)據(jù)，確定了合理的工藝參數(shù)，編制出新鋼種焊接工藝評(píng)定，為后續(xù)新鋼種的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)材料和設(shè)備

試驗(yàn)用SQ460FRW鋼板板件尺寸為300 mm×600 mm×28 mm（厚度），焊接設(shè)備為新型脈沖氣保焊機(jī)，焊絲為鋼鐵研究總院研究的新型高強(qiáng)焊絲G2。

2 鋼板和焊絲復(fù)驗(yàn)

針對(duì)鋼板及焊接材料首先進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)[5]，鋼板進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)內(nèi)容主要為力學(xué)性能[抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等均略高于質(zhì)保書(shū)，-40 ℃沖擊略低于質(zhì)保書(shū)測(cè)試值（平均280 J），屈強(qiáng)比為0.84，硬度值為209～219 HV]，鋼板各向性能均優(yōu)、化學(xué)成分與質(zhì)保單基本一致（Ceq=0.41）。

焊絲進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)內(nèi)容主要為熔敷金屬試驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均高于質(zhì)保書(shū)測(cè)試值，延伸率略低于質(zhì)保書(shū)，低溫沖擊韌性高于質(zhì)保書(shū);化學(xué)成分中C含量略低于質(zhì)保書(shū)，其他元素含量均略高于質(zhì)保書(shū)，焊接材料匹配為等強(qiáng)匹配或超強(qiáng)匹配。

3 高速脈沖壓縮電弧技術(shù)

新型脈沖氣保焊機(jī)采用高速脈沖壓縮電弧技術(shù)，與常規(guī)氣保焊相比具有以下優(yōu)勢(shì)：無(wú)飛濺、焊接HAZ熔深大、焊接效率高、焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良、可靠等。

關(guān)于45 mm厚度板件新型脈沖氣保焊與常規(guī)氣保焊對(duì)比試驗(yàn)，新型脈沖氣保焊焊接28道（見(jiàn)圖1），常規(guī)氣保焊焊接32道（見(jiàn)圖2）;新型脈沖氣保焊（高速脈沖壓縮電弧技術(shù)）焊接工藝相比傳統(tǒng)常規(guī)氣保焊焊接工藝，熔敷效率提高了12.5%[4]。

針對(duì)高速脈沖壓縮電弧和常規(guī)氣保焊工藝進(jìn)行焊接HAZ熔深對(duì)比試驗(yàn)分別如圖3、圖4所示，高速脈沖壓縮電弧焊接工藝熔深明顯優(yōu)于常規(guī)氣保焊工藝。

4 氣保焊小坡口試驗(yàn)

氣保焊平焊保護(hù)氣體為φ（CO2）20%+φ（Ar）80%，坡口選擇30°+6 mm間隙單面坡口（見(jiàn)圖5），氣保焊焊接完成后，進(jìn)行UT探傷發(fā)現(xiàn)直邊厚度25 mm處有缺陷，反復(fù)焊接后仍測(cè)出類似缺陷，后續(xù)對(duì)坡口進(jìn)行優(yōu)化，選擇雙面坡口30°+6 mm間隙坡口（見(jiàn)圖6），焊接后UT和射線探傷合格。

5 氣保焊保護(hù)氣體對(duì)比試驗(yàn)

為保證鋼板在工廠的適應(yīng)性，對(duì)純CO2和混合氣體φ（CO2）20%+φ（Ar）80%進(jìn)行平焊對(duì)比試驗(yàn)。

28 mm厚Q460抗震耐蝕耐火鋼平焊對(duì)接接頭，采用新型脈沖焊機(jī)，V型坡口，坡口角度30°+6 mm間隙（見(jiàn)圖6），焊接道數(shù)如圖7所示，焊后進(jìn)行外觀、射線（RT）檢測(cè)、沖擊（-40 ℃）、拉伸（2件）、彎曲（4件）試驗(yàn)以及宏觀形貌及微觀金相組織觀察（焊縫區(qū)、熱影響區(qū)）。

結(jié)果表明，相同條件下混合氣體φ（CO2）20%+φ（Ar）80%焊縫質(zhì)量各檢測(cè)參數(shù)均合格，純CO2焊后焊縫中心區(qū)域低溫沖擊韌性明顯下降，焊縫中心和熱影響區(qū)-40 ℃沖擊均不合格。原因是純CO2焊接過(guò)程中合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，導(dǎo)致焊縫金屬低溫沖擊韌性不合格。

6 氣保焊（混合氣體）橫焊、立焊、仰焊對(duì)接接頭工藝評(píng)定[2]

對(duì)接形式橫焊、立焊、仰焊進(jìn)行了工藝評(píng)定，采用V型坡口+墊板30°+6 mm間隙、CO2氣體保護(hù)焊機(jī)（新型脈沖焊機(jī)）混合氣體進(jìn)行焊接，如圖8～圖10所示。對(duì)焊縫進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)及宏觀微觀金相組織觀察等，均合格，確定了對(duì)接形式下不同焊接位置的工藝參數(shù)，如表1～表3所示。

7 氣保焊（混合氣體）橫焊、立焊十字接頭工藝評(píng)定

對(duì)十字形式橫焊、立焊進(jìn)行了工藝評(píng)定，采用雙面雙弧單熔池同步同向焊接[1]、雙面K型坡口35°+4 mm間隙、GMAW+混合氣體等進(jìn)行焊接，如圖11、圖12所示。進(jìn)行了焊縫無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)及宏觀微觀金相組織觀察等，均合格，確定了十字接頭形式下幾種不同焊接位置的焊接工藝參數(shù)，如表4、表5所示。

8 結(jié)論

對(duì)28 mm厚SQ460FRW抗震耐蝕耐火鋼進(jìn)行了一系列焊接工藝試驗(yàn)研究，得出結(jié)論如下：

（1）單V坡口易在直邊處中出現(xiàn)缺陷，建議采用V型坡口。（2）高強(qiáng)鋼使用高速脈沖壓縮電弧技術(shù)焊接HAZ熔深大、焊接效率高、焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良、可靠。（3）純CO2氣體焊接后焊縫中心區(qū)域沖擊韌性明顯下降，焊縫中心和熱影響區(qū)沖擊均不合格，相同條件下采用φ（CO2）20%+φ（Ar）80%混合氣體焊接的焊縫質(zhì)量各檢測(cè)參數(shù)均合格。（4）采用V型坡口+墊板30°+6 mm間隙及新型脈沖混合氣體保護(hù)焊在對(duì)接形式平焊、橫焊、立焊、仰焊的工藝評(píng)定均為合格。（5）采用雙面K型坡口35°+4 mm間隙、GMAW+混合氣體雙面雙弧單熔池同步同向焊接技術(shù)在對(duì)接形式為十字形式橫焊、立焊的工藝評(píng)定為合格。

參考文獻(xiàn)：

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