q320低合金高強(qiáng)度鋼焊接工藝研究

q320低合金高強(qiáng)度鋼焊接工藝研究

0高強(qiáng)鋼節(jié)點(diǎn)的選擇長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)能源線路輸鐵站使用的鋼材料僅限于q235和q245。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，品種少，強(qiáng)度低。當(dāng)設(shè)計(jì)荷載增大時(shí),一般采用加大材料規(guī)格或組合斷面的方法來(lái)提高鐵塔的承載能力,這必然導(dǎo)致鐵塔耗鋼量的增加,從而造成投資和資源消耗的增加。Q420高強(qiáng)鋼具有強(qiáng)度高和承載能力大的特點(diǎn),如采用Q42O高強(qiáng)鋼(材料等級(jí)一般為B級(jí))作鐵塔的主材,從理論上講,由于減小了塔身?yè)躏L(fēng)面積因而減小了塔身風(fēng)壓,可降低塔重7%～9%;從經(jīng)濟(jì)角度上講,使用Q42O高強(qiáng)鋼可節(jié)省整體造價(jià)3%～7%。因此,Q42O高強(qiáng)鋼在國(guó)家電網(wǎng)公司“兩型三新”輸電線路建設(shè)中得到大力的推廣應(yīng)用。1焊接結(jié)構(gòu)四個(gè)20鋼1.1焊接接頭的工藝及焊接性能金屬焊接性是指材料在一定的焊接工藝條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件,并滿足預(yù)定服役要求的能力。焊接性受材料、工藝、結(jié)構(gòu)及使用條件4個(gè)因素的影響。其內(nèi)容包括2個(gè)方面:一是金屬在經(jīng)受焊接加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力,即工藝焊接性;二是焊成的接頭在使用條件下可靠運(yùn)行的能力,即使用焊接性。明確焊接接頭所在部件使用性能的要求對(duì)焊接工藝評(píng)定是非常必要的,一個(gè)沒(méi)有缺陷(即無(wú)損檢測(cè)合格)的焊接接頭不一定能夠滿足使用性能的要求。1.2焊接工藝對(duì)大絲束產(chǎn)生的影響國(guó)內(nèi)鋼鐵廠冶煉高強(qiáng)鋼時(shí)普遍采用熱軋,且沒(méi)有加入精煉工序。與Q345普通低合金鋼相比,由于Q420低合金高強(qiáng)度鋼加入V、Ti、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素,對(duì)焊縫性能造成不良影響,使其焊接性能不夠穩(wěn)定。在焊接冷卻過(guò)程中,熱影響區(qū)容易形成淬火組織-馬氏體,使近縫區(qū)的硬度提高塑性下降,易形成冷裂紋。當(dāng)冷卻速度較快時(shí),冷裂紋趨向嚴(yán)重,應(yīng)力集中敏感性也增加。如果焊接工藝編制不當(dāng),Q420焊接結(jié)構(gòu)件的綜合機(jī)械性能反而會(huì)低于普通低合金鋼。因此,為提高鐵塔產(chǎn)品的焊接質(zhì)量,有必要開(kāi)展Q42O高強(qiáng)鋼焊接性能研究,對(duì)其焊接工藝進(jìn)行規(guī)范。2選擇鋼焊接的方法和原則焊接性試驗(yàn)包括抗裂性試驗(yàn)和焊接工藝試驗(yàn)兩個(gè)內(nèi)容?？沽研栽囼?yàn)主要解決焊接接頭結(jié)合性能問(wèn)題,而焊接工藝試驗(yàn)主要是解決使用性能問(wèn)題。2.1試驗(yàn)方法和一般方法1)間接計(jì)算法。這種方法一般不焊接模擬試件,而是以鋼材的化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能等的關(guān)系,結(jié)合焊接熱循環(huán)過(guò)程,采用估算方法確定焊接性的好壞和確定焊接條件。具體方法有:碳當(dāng)量法、焊接裂紋敏感指數(shù)等。2)直接模擬試驗(yàn)法。為達(dá)到不同的試驗(yàn)?zāi)康?而采用施焊試件方法進(jìn)行的試驗(yàn)。常用方法有:冷裂紋試驗(yàn)、熱裂紋試驗(yàn)、再熱裂紋試驗(yàn)等。3)使用性能試驗(yàn)方法。這是最直觀評(píng)定焊接性的方法,利用試件或產(chǎn)品在試驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶋H使用條件下進(jìn)行各種性能方面的試驗(yàn),以其結(jié)果直接評(píng)定焊接性。試驗(yàn)方法有:疲勞試驗(yàn)、斷裂韌性試驗(yàn),耐腐蝕及耐磨試驗(yàn)、低溫韌性試驗(yàn)等。2.2低碳鋼調(diào)質(zhì)鋼的參數(shù)鋼材的焊接冷裂紋敏感性一般與母材和焊縫金屬的化學(xué)成分有關(guān),為了說(shuō)明冷裂紋敏感性與鋼材化學(xué)成分的關(guān)系,通常用碳當(dāng)量來(lái)表示。計(jì)算碳當(dāng)量的公式很多,對(duì)于Q420鋼,通常采用國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)推薦的非調(diào)質(zhì)鋼計(jì)算公式,見(jiàn)式(1)。式(1)中:Ceq為碳當(dāng)量;C為碳化學(xué)成分;Mn為錳化學(xué)成分;Mo為鉬化學(xué)成分;Cr為鉻化學(xué)成分;V為釩化學(xué)成分;Cu為銅化學(xué)成分;Ni為鎳化學(xué)成分。鋼材的碳當(dāng)量越大,其焊接性就越差,Ceq(%)在0.38%～0.45%范圍內(nèi),焊接難度較難。通過(guò)計(jì)算,Q420B鋼的Ceq(%)為0.4286%～0.4337%。2.3試驗(yàn)條件及評(píng)價(jià)由于焊接性的影響因素很復(fù)雜,根據(jù)Q420高強(qiáng)鋼成分、焊接接頭形式及受力狀態(tài)、環(huán)境溫度等因素,本次試驗(yàn)采用焊條電弧焊(SMAW),焊接工藝參數(shù)與實(shí)際焊接條件相符,選擇焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)和斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)對(duì)Q420高強(qiáng)鋼焊接性進(jìn)行評(píng)定。3焊接熱影響區(qū)域的最大硬度測(cè)試3.1試件機(jī)械切削加工選用Q420B角鋼進(jìn)行焊接,試件的形狀、尺寸和編號(hào)如圖1和表1示,試件采用機(jī)械切削加工成厚度20mm,并保留一個(gè)軋制表面。焊前去除試件表面的水、油和鐵銹等。3.2測(cè)定條件及焊縫環(huán)境溫度21℃,焊接方法為焊條電弧焊(SMAW),焊接速度控制在150±10mm/min,焊條牌號(hào)JL-507,焊接規(guī)范見(jiàn)表2,焊后試件在空氣中自然冷卻。3.3顯微維硬度測(cè)試焊完的試件經(jīng)12h后,試樣檢測(cè)面經(jīng)打磨拋光,再用2%硝酸酒精溶液淺腐蝕,按照?qǐng)D2所示,劃一條既切于溶合線底部切點(diǎn)O,又平行于試板軋制表面的直線,在此直線上每隔0.5mm測(cè)試顯微維氏硬度,切點(diǎn)O及其兩側(cè)各測(cè)7個(gè)點(diǎn),硬度值如表3所示。由表3可見(jiàn),試件的熱影響區(qū)維氏硬度最高值分別為289和268,平均值分別為267和253。最高硬度值均未超過(guò)HV300,說(shuō)明Q420B角鋼的淬硬傾向不大,焊接性較好。4y斜坡口焊接裂紋試驗(yàn)4.1試件的形狀、尺寸和加工加工選用厚度為14mmQ420B板材進(jìn)行焊接,試件的形狀和尺寸見(jiàn)圖3,焊條牌號(hào)JL-507,試件的坡口采用機(jī)械切削加工。焊前去除試件表面的水、油和鐵銹等。4.2試驗(yàn)構(gòu)件的焊接環(huán)境溫度21℃,焊接方法為焊條電弧焊(SMAW),焊接速度控制在150±10mm/min,焊接規(guī)范見(jiàn)表4,焊后試件在空氣中自然冷卻。4.3裂紋率的測(cè)定焊完的試件經(jīng)48h后,再進(jìn)行裂紋的檢測(cè)及解剖,并分別計(jì)算出表面裂紋率和斷面裂紋率,結(jié)果見(jiàn)下表5。由表5可見(jiàn),試件的裂紋率都小于20%,說(shuō)明Q420B鋼焊前可不預(yù)熱,抗冷裂性較好。5焊接工藝的影響高強(qiáng)鋼的焊接性能是電力鐵塔制造單位比較關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題,這主要包括2個(gè)方面,一是裂紋敏感性,二是焊接熱影響區(qū)的力學(xué)性能。如果焊接工藝不當(dāng),高強(qiáng)鋼焊接時(shí)有焊接熱影響區(qū)脆化傾向,易形成熱裂紋。焊接性試驗(yàn)是