高强度超厚板焊接技术

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1、.高强度超厚板焊接技术尚林义王东红万六百（中机建重工有限公司广东中山528437）摘要：本文通过焊接工艺评定试验及工程实例成功应用，认真分析总结了高强度超厚板的焊接性，并针对焊接接头的特点、难点，选择合适的焊接方法，制定科学的焊接工艺方案，采取严格有效的工艺管理，确保了超厚板焊接质量。关键词：超厚板；焊接工艺；CO2焊接方法；焊接性；焊后热处理随着钢结构产业的快速发展，越来越多的高强度超厚板被用于大跨度、超高层、造型奇特的建筑工程和载荷大、冲击性能要求高的重型钢结构设备中，为了满足这些结构的设计和使用要求，无疑对其结构的焊接技术和焊接质量提出更高的要求。例如：我公司承建的澳大利亚堆

2、取料机重装备制造工程中就大量使用Q420C级高强钢，其厚度在80mm-180mm之间，主要用在三角平台、回转平台、十字平衡梁等重要受力部位和穿轴耳板部位。因Q420C钢是正火交货，再加上其强度高、板件厚，焊接时容易产生热影响区的脆化和各种裂纹。那么，采取哪些措施来保证高强度超厚板焊接质量是本文分析研究的重点。1高强钢焊接性能分析1.1原材料选择在本工程中，t≥80mm为Q420C材质，最大厚度为180mm，所以我们选用具有代表性的120mm厚材料进行试验分析。1.2原材料物理化学性能见表1-1表1-1Q420C原材料理化性能表钢号化学成分（0.001%）机械性能CSiMnSPCrA

3、lMoTiCuNbNiVσsMPaσbMPaδs%冲击、弯曲(d=3a)Q420C17043014002125037136021303539560024.5合格1.3碳当量碳当量计算公式【1】：CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.17+1.4/6+(0.05+0.001+0.035)/5+(0.03+0.06)/15=0.4265%＞0.4%1.4预热温度确定..为了计算方便准确，本文采用seferain法来计算预热温度，该方法考虑了成分碳当量和板厚的两个因素。成分碳当量计算公式【2】：[C]c=C+40(Mn+Cr)/360+20Ni/

4、360+28Mo/360另外引入了一个板厚碳当量[C]t板厚碳当量计算公式【3】：[C]t=0.005t[C]c（t为板厚mm）总的碳当量计算公式【4】：[C]=[C]c+[C]t=[C]c(1+0.005t)预热温度Tp计算公式【5】：Tp=350c-0.25即预热温度可由公式【5】得出，这种方法能较快速的得到构件焊前的预热温度。因此，由表1-1和公式【2】【3】【4】【5】可得到：预热温度Tp=184.45℃。1.5焊接性分析相关研究表明，碳当量CE大于0.4%时，钢材焊接时基本上有淬硬倾向。当冷却速度过快时，有可能产生马氏体淬硬组织。尤其当板件较厚，拘束应力和扩散氢含量较高时

5、，就必须采取适当措施来防止冷裂纹产生。式【1】中CE(IIW)=0.4265%＞0.4%，对于t=120mm的Q420C钢来说,其焊接性较差，所以焊接时必须采取有效措施来改善焊接性能和保证焊接质量。2焊接方法及焊材选择2.1焊接方法选择在本工程中，厚板焊接方法选择的是药芯CO2气体保护焊，其原因有四：一因Q420C钢供货状态是正火，随着焊接热输入增大，高温停留时间长，其脆化就越显著，所以要选择热输入较小的焊接方法，避免热影响区增大，防止正火钢过热区脆化；二药芯CO2焊电流密度大、热量集中、熔池小、热影响区窄，因此焊后工件变形小，焊缝质量好；三药芯CO2焊焊丝熔敷速度快、生产效率高、

6、操作简单、成本较低；四是与焊条电弧焊和埋弧焊相比有突出优点：熔深比焊条电弧焊大，焊缝金属的含氢量较小，坡口设计时可比焊条电弧焊的坡口角度小、间隙小和钝边大，能够减少填充量。比埋弧焊灵活，适用全位置焊接，电弧可见，便于调整。..2.2焊材选择焊材选用原则是在保证焊接结构安全的前提下，尽量选用工艺性能好、生产效率高的焊材。同时，我们也重点考虑了焊件的结构特点和工作条件，在不低于母材最低抗拉强度下，我们从提高焊接接头的抗脆性断裂能力和抗裂性能方面考虑，通过工艺试验，最终选择了含有少量Ni的林肯药芯焊丝（LW-71）。3焊接工艺方案确定由于Q420C高强度钢的碳当量较大，冷裂纹倾向大；又因

7、为板件比较厚，焊接填充量大，高温停留时间长，焊接应力大，容易产生变形；Z向性能比薄板差，容易产生层状撕裂。基于上述原因，在焊材确定后，我们分别从以下几个方面确定焊接工艺方案：3.1坡口形式设计超厚板坡口设计时，需要注意几个方面的问题：一焊接时CO2焊丝的可达性；二尽量减少焊缝金属量，减小变形量；三确保焊缝熔透和内部质量。基于这几个方面考虑，我们将120mm板对接坡口设计成不对称X型或K型坡口，如图3-1所示的两种形式：图3-1平对接和T型接头形式3.2焊前检查在焊接作