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碳素結構鋼及低合金高強鋼焊接方法選擇

作者:亚美真人来源:[亚美真人公司]访问:383时间:2019-11-26

三峽工程目前正在施工的首要結構首要有電站壓力鋼管、水輪機座和船閘門,其中水輪機座的施工工藝質量由國外公司負責,其餘兩項由國內製造商和施工單位承包,閘門製造多由國內著名船廠承擔 ,具焊接工藝比較成熟,相對船體製造的沒備和工藝已不是什麽難事;由於材料為強度級別較低(Q345)的低合金鋼,所以今後的首要題目是工地安裝時,如何進步效率,降低本錢。  壓力鋼管的建造和安裝將成為首要矛盾,工程前期共有壓力鋼管14條,約22500t,由於材料複雜(上段為16MnR ,下段為610U2低合金高強鋼),板厚度大(最厚達58mm),特別是管道直徑大(φ12499mm),安裝位置複雜,是以不同於常規管道的建造和安裝。  此次有幸參加了三峽開發總公司工程建設部組織的“三峽工程金屬結構焊接技術專家谘詢會”,受益匪淺,但由於時間太短,會前對幾個承包單位的工作和試驗資料未及細心學習 ,所以有些定見未能允分表達,現對有些觀點加以說明。1三峽工程壓力鋼管的選材思想和實踐是成功的  上段選用16MnR、下段選日本NKK的60kg級的610U2都是可焊性好的鋼種,特別是日本的610U2 ,屬於低碳調質鋼中的焊接無裂紋鋼(CF鋼),其特點是含碳量低(≤0.09)、總碳當量低(CEQ2=0.39%)、裂紋敏感係數低(PCM≤0.19)。由於在鋼材生產過程中采用新技術,如在線餘熱淬火等 ,在碳當量不大情況下,增加其淬透性,並加進多種微量元素 ,所以能在保證高強度的同時進步其塑性和韌性(-40℃時其AKv>200J甚至達300以上),增加了在減輕重量情況下得到高質量焊縫的可能性。2從焊接設計出發,選擇焊材的原則  16MnR是焊接結構利用最多的鋼種,一般焊縫按等強設計,此鋼種國內的焊接材料、焊接方法配套均非常成熟。  關於610U2類型的低碳調質鋼,本來其可焊性也是較好的,但是在焊接時若處理不當 ,在熔合區的冷裂和影響區的脆化和軟化等缺陷也有發生,在特殊情況下特別是在工地安裝中,對焊接熱輸進和預熱等方麵有一定要求。  焊接無裂紋鋼種,采用低H或超低H焊材,在板厚50mm以下或在0℃以上環境均可不預熱。此種鋼冶煉技術優越,其力學指標突出,特別是在屈強比的衝擊性能方麵(如本次選用的610U2就是如許),但在焊接時,如要求焊縫衝擊性能達到母材要求,這顯然是分歧適,焊縫設計其力學指標以工作要求為主 ,不低於母材力學指標的保證值,再留有適當餘量,而不應當以母材的實測值為標準,有時為了進步焊縫的塑韌性可適當降低焊縫的設計強度指標。實踐證實,低強匹配的焊縫,往往能進步焊縫的韌性和抗裂紋敏感性 。3關於焊接方法  壓力鋼管的首要加工工藝是焊接,原則上,手工電弧焊、埋弧焊、氣保護實心焊絲和藥芯焊絲焊 ,自保護藥芯焊絲等均可選用,應根據施工條件、結構形式、效率與本錢核算、焊接質量的水平綜合考慮,選擇原則應為 :在好的勞動條件下,低本錢地完成高質量的焊縫。  此次論證會上的基本結論是:廠房預製推行主動實心焊絲氣保護焊;工地安裝采用手工焊;研製全位置主動焊設備。對此結論大多數與會者雖能接收,但還存在某些疑慮 。  (1)從保證焊接質量出發,焊接冶金過程完善(如通過滲合金控製焊縫成分和H值含量);保護好;焊接熱源能量集中,易控製熱輸進和焊接變形;能通過焊接設備控製焊接質量等,具有這些能力的焊接方法是最好的。  對這二種鋼特別是610U2應首選氣保焊,由於低合金高強鋼焊接質量的首要題目是焊接裂紋和熱影響區的脆化和軟化,而氣保焊最大的特點是低H焊、易控製熱輸進 ,例如測擴散H含量均勻值為:手工電弧焊的酸性焊條21.9,堿性焊條3.15;CO2保護焊1 ,MAG焊0.03,埋弧焊2.17,單位 :ml/100g。  焊接的抗鏽能力實驗:埋弧焊當0.3g/10mm時產生氣孔,而CO2焊1g/10mm才產生氣孔。所以,C02焊是一種低H焊接。另外氣保焊能量密度大 ,在正常規範下,其熱輸進僅為手工焊的1/2~1/3(特別是脈衝MAG焊)而且變形小 ,這對具有一定熱敏感性的高強鋼極為首要。氣保焊的優點是效率高本錢低,由於它的熔化效率高,不用清渣換焊條,坡口小,熔敷金屬少 ,坡口加工量少。  (2)氣保焊分實心焊絲和藥芯焊絲,它們有一些共同的特點,如熱量集中、高效,也有不同處(見後)。氣保焊已成為焊接碳鋼和低合金高強鋼的首要工藝方法,我國造船產業所用鋼材與三峽的16MnR和610U2基本類似,其熔化極氣體保護所占比例已達60%以上(其中藥芯焊絲又占氣保焊50%以上),其它行業如石化、電力、機械等也基本相同。說明這類焊接方法是金屬結構製造企業的看家方法。4關於氣保焊的效率和質量  由於氣保焊特別是CO2焊有一定局限性 ,另一方麵推廣氣保焊是個係統工程 ,從設備、焊材配套到焊縫設計等,全都要適應新方法。所以推廣時還需擬定規程和獎勵製度。4.1氣保焊的效率  一種焊接方法的效率,由它的熔深、能量密度 、熔化速度、熔敷效率等身分決定,除此以外,被焊工件的坡口型式及其填允量,也直接影響效率。  手工焊和氣保焊熱源雖都是電弧,但是由於燃弧率不同,弧區介質不同,所以會影響熔深和能量密度,從而使熔化速度 ,熔敷效率有很大差別。--------------------------------------------------------------------------------燃弧率熔敷速度熔敷效率均勻熔深--------------------------------------------------------------------------------手工焊30%35~50g/min55%3mmCO245%均勻90g/min90~95%6mmMIG/MAG>50%60~140g/min96~99%4~6mm焊芯焊絲>50%140~200g/min83~87%4~6mm--------------------------------------------------------------------------------  從表中熔敷速度和熔敷效率看,氣保焊單位時間熔敷到焊縫上的金屬量應當比手工焊多兩倍以上。在推廣氣保焊時,實際效率的進步往往達不到理論數據,很首要的啟事是焊件坡口型式沒有做相應的改變;另外就是由於氣保焊設備材料不配套或使用不當,大大增加了輔助時間,從我國船廠統計看 ,氣保焊逐日消耗焊材10~15kg(日本可到50kg) ,手工焊6~7kg。4.2氣保焊的質量  氣保焊不但可用於低合金高強鋼的焊接,而且可以說是焊接的首選方法。這不僅由於它比手工焊的效率最少高一倍以上,而且它最易保證高強鋼的焊接質量。  如在1中所述,選材很好,碳當量和裂紋敏感係數都很小,可焊性良好,這就不需要很多複雜工藝而能保證質量。當然對如許一項跨世紀工程來說,仍需作到萬無一失。16MnR屬於C-Mn係列的熱軋正火鋼,610U2屬於超低碳多元素調質鋼,一般均在焊態下使用。這兩類鋼焊接接頭質量的首要題目是保證焊縫的高綜合性能,防止影響區的脆化和軟化,保證熔合區和熱影響區不發生裂紋並有一定韌性。由於610U2屬於熱處理強化鋼在焊態下使用,如何同時保證焊縫的綜合性能及熱影響區的韌性,實踐證實雖不是非常困難 ,但在選擇焊接材料及工藝時應保證焊縫金屬一定的化學成分,選擇合適的線能量與適當的預熱和層間溫度相配合,從而得到合適的t8/5,以保證熱影響在AC1-AC3之間的部分得到合適的組織(最多的針狀鐵素體,最少的M-A組元)和品粒度。另外還應控製含H量 ,進一步防止冷裂的發生 。  低C調質鋼特別是CP鋼 ,含C量極低,熱影響區隻能形成低C馬氏體、巳由於Ms點較高,能產生自回火,所以冷裂傾向不大,又由於含C,S量都低,Mn/S大,所以熱裂傾向很小,隻要重視工藝的選用,不管是手工焊、埋弧焊,實心或藥芯氣保焊均可保證焊接質量。可以看出,選擇焊材可以保證焊縫成分,但更首要的是選擇合適的工藝。  選用氣保焊焊接上述兩種鋼,應當說是最合適的方法,由於它熱量集中,輕易控製熱輸進,又是一種低H焊接法;在許可的同樣線能量下,其焊接效率又大大高於手工焊,焊接變形小,不易引發應力集中和矯正工時,但是為什麽至今在部分單位得不到認同呢?其啟事首先是方法本身的局限性 :氣保焊有惰性氣體非熔化極(T1G)、CO2氣體實心焊絲和藥芯焊絲、氧化性混合氣體實心和藥芯焊絲幾種。除TIG外均可用於此二種鋼,與手工焊和埋弧焊相比,實心焊絲保護焊不是氣渣聯合保護,在調整成分方麵首要通過焊絲。在冶金反應方麵單—,所覺得保證質量,冶煉專用配套焊絲很首要;另外,由於氣體起保護感化並參與熱反應,有很多優點(如能形成帶電離子和壓縮電弧,電弧能量密度加大,低H)也有其缺點(如增C,形成氣孔),所以,在焊接碳素結構鋼和熱軋正火低合金鋼常用的焊絲中,降低含C量,加大Mn、Si含量以保證焊縫的金屬成分和性能,特別是韌性。除氣保焊本身局限性外,我國配套焊絲極不完善(H08Mn2Si和H08Ma2SiA) ,這就是很多部分采用氣保焊後不能達到希看的焊縫性能的啟事。特別是在焊接低C調質鋼時,需要針對鋼種選用合適的焊絲。加之選擇工藝程序不公道,設備使用不當,氣體選用處理不當,工人又都是手工焊轉行,自然推廣氣保焊就有一定阻力。
5關於韌性  對韌性的擔心源於焊接接頭的低應力破壞,而低應力破壞的啟事,是材料在一定溫度下的塑脆改變和接頭存在的缺陷擴張釀成的,是以從質量保證體係上分別用衝擊韌性和斷裂韌性指標來控製以上兩種啟事所引發的脆性破壞。  固然過往發生的脆斷實例均是在有缺陷的情況下產生的,但是接頭中微小缺陷難於檢測,而且斷裂韌性的實驗過1頁

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