Q690C低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼焊接工藝研究

Q690C低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼焊接工藝研究摘要：通過對Q690C低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼材料性能分析、焊接性能分析、試驗并進行焊接工藝評定確定合適的焊接方法、焊接材料及合理的焊接規(guī)范，在生產(chǎn)中采用高強度實芯焊絲和富氬混合氣體保護焊，通過焊前預(yù)熱、焊中嚴(yán)格控制焊接規(guī)范，焊后緩冷等措施，有效的保證了Q690C低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的焊接質(zhì)量。關(guān)鍵詞：Q690C；低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼；焊接規(guī)范引言：進入二十一世紀(jì)，隨著社會在不斷的進步與發(fā)展，國家電力事業(yè)正在蓬勃發(fā)展。電網(wǎng)在不斷升級，電壓等級從原先的110kV、220kV向超高壓330kV、500kV及特高壓750kV、1000kV發(fā)展，輸電線路鐵塔承受的荷載也越來越大，基塔重量也隨之加大。為了保證鐵塔質(zhì)量，又能達(dá)到減輕塔重、降低造價之目的，國家電網(wǎng)公司在近幾年一直研究高強鋼在輸電線路鐵塔中的應(yīng)用，Q420、Q460等低合金高強度鋼材在不斷進行推廣和應(yīng)用。2009年國家把低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的標(biāo)準(zhǔn)GB/T1591從鋼材強度的最高級別從Q460提高到Q690，這就為輸電線路鐵塔應(yīng)用高強鋼提供了更大的空間。焊接是鐵塔制造中的關(guān)鍵過程，從鋼材的性能、化學(xué)成分分析；焊接冷裂紋敏感性分析、試驗；焊接性能試驗；焊接工藝評定等方面進行試驗、分析、研究，確定Q690C低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的焊接性能。一、鋼材的復(fù)檢本焊接實驗選用鋼材為唐山鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)的鋼材牌號為Q690C、厚度為8㎜控軋鋼板，鋼材化學(xué)成分和力學(xué)性能符合《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591-2008中的要求。所有鋼材進行復(fù)檢，復(fù)檢結(jié)果與鋼材質(zhì)量證明書及GB/T1591-2008《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)對照，化學(xué)成分要求見表1。表1鋼材的化學(xué)成分力學(xué)性能要求見表2。其中拉伸試驗用試樣取橫向試樣，沖擊試驗用試樣取縱向試樣，采用10㎜×7.5㎜×55㎜的V型缺口試樣。表2鋼材的力學(xué)性能通過表1和2的鋼材復(fù)檢結(jié)果比較看出：鋼材的化學(xué)成分及各項力學(xué)性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。二、鋼材的焊接裂紋敏感性分析（一）焊接裂紋敏感性指數(shù)分析GB/T1591-2008標(biāo)準(zhǔn)6.1.9規(guī)定：熱機械軋制（TMCP）或熱機械軋制加回火狀態(tài)交貨鋼材的碳含量不大于0.12%時，可采用焊接裂紋敏感性指數(shù)（Pcm）代替碳當(dāng)量評估鋼材的可焊性。Q690鋼材的Pcm值≤0.25%。Pcm值應(yīng)由熔煉分析并采用下式計算：Pcm=C+Si/30＋Mn/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B=0.21％計算結(jié)果看出，Q690C鋼材的焊接裂紋敏感性指數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。不同強度鋼材的焊接裂紋敏感性趨勢見圖1圖1不同強度鋼材焊接裂紋敏感性趨勢圖（二）碳當(dāng)量計算鋼材的焊接冷裂紋敏感性與母材和焊縫金屬的化學(xué)成分有關(guān)，通常用碳當(dāng)量來表示。GB50661《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》引用了國際焊接學(xué)會（IIW）推薦的非調(diào)質(zhì)鋼碳當(dāng)量Ceq計算公式進行計算：Ceq=C＋++（％）按表2鋼材的質(zhì)量證明書數(shù)值，依據(jù)上述公式進行計算其碳當(dāng)量為0.518％；從碳當(dāng)量計算結(jié)果看出，鋼板的碳當(dāng)量大于0.50％，說明其焊接難度為：難。（GB50661標(biāo)準(zhǔn)對工程焊接難度劃分：碳當(dāng)量在0.50％以上范圍內(nèi)為“難”）。為保證焊縫質(zhì)量，需進行具體的焊接工藝評定來指導(dǎo)鋼材的焊接生產(chǎn)。不同強度鋼材碳當(dāng)量趨勢見圖2圖2不同強度鋼材碳當(dāng)量趨勢圖三、斜Y坡口焊接裂紋試驗參照GB4975.1《斜Y坡口焊接裂紋試驗方法》進行斜Y坡口焊接裂紋試驗（小鐵研），以評定焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋的傾向性。（一）試驗圖樣：見圖3；圖3試件形狀及尺寸（二）試驗條件：見表3；表3焊接冷裂紋試驗條件（三）試驗結(jié)果：見表4。表4試驗結(jié)果斜Y坡口試驗結(jié)果表明，Q690C鋼材在焊接時，需要進行預(yù)熱150-180℃。四、焊接性能試驗（一）焊接材料的選擇焊接材料的匹配一般采用等強原則，即焊絲熔敷金屬力學(xué)性能與母材力學(xué)性能相當(dāng)。但是近年來美國、日本等國家從焊接裂紋角度考慮，對“低強匹配”焊接接頭的性能進行了研究。采用“低強匹配”焊接材料可使焊縫裂紋顯著減少的經(jīng)驗，在美國和日本的一些工程結(jié)構(gòu)中被采用，國內(nèi)也有這方面的報道。考慮到防止焊縫裂紋、改善工藝條件以及焊接區(qū)的韌性和裂紋敏感性，為此參照GB50661標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)焊接材料標(biāo)準(zhǔn)，CO2氣保焊時選用焊絲型號為：武漢鐵錨焊接材料有限公司生產(chǎn)的牌號為WH-70-G實心焊絲（符合GB/T8110-2008中ER70-G）。焊接氣體采用富氬（Ar80%+CO220%）混合氣體。（二）熔敷金屬力學(xué)性能試驗按照GB/T8110-2008《氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》的要求進行制備試件見圖2，。圖2熔敷金屬力學(xué)性能試驗試件制備焊接規(guī)范見表5。表5焊接規(guī)范試驗結(jié)果見表6、表7。表6熔敷金屬力學(xué)性能通過表6、表7的試驗結(jié)果看出：CO2氣保焊焊絲熔敷金屬力學(xué)性能和化學(xué)成分基本與母材性能相當(dāng)，按照焊材選用低匹配的原則可以使用。五、結(jié)論試驗結(jié)果表明，Q690C鋼材在采用氣體保護焊接時，焊絲選用70公斤級焊材、氣體選用富氬(80％Ar+20％C02)混合氣體；焊前需要預(yù)熱150～180℃，能夠滿足焊接要求。參考文獻(xiàn):[1].GB50661-2011.鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].北京：中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2011[2].G