摘要:本文簡單介紹了 Q690D 高強度結構鋼焊接技術在實際工作中的應用。

1.工作概況

Q690D 是船用牌號的淬火回火高強度結構鋼，強度等級(s≥690N)mm)，相應于EN-10137《I淬火回火或沉淀硬化高強度結構鋼板和寬平板供貨技術條件》中的S690Q(S690OL)鋼。在隧道設備制造中將會有廣泛的應用，尤其在盾構機和 TBM 生產(chǎn)中這種高強度結構鋼用于焊接結構，確有其經(jīng)濟技術優(yōu)勢。但其對焊接技術要求較高，焊接工藝參數(shù)控制較嚴，焊接生產(chǎn)過程溫度控制比較嚴格。

2.材料的基本性能

2.1 Q690D 的化學成分

690D 的理論化學成分%(實際中不大于)①

 

我們在實際焊接生產(chǎn)中根據(jù)國標由 Q690D成分和力學性能數(shù)據(jù)為計算依據(jù)實際抽樣數(shù)據(jù)為參考制定焊接工藝。

2.2. Q690D 鋼的焊接特點

2.2.1 碳當量(Cet)的計算

標準合金系的 CET 按德國 SEwo88(可焊細晶粒鋼的加工準備及熔焊規(guī)程》碳當量計算公式②:CET=C+(Mn+No)/16+(Cr+Cu)/20+Ni/40

計算可得 MaxCet=0.48%大于0.45%，(75mm板Cet=0.39%，32mm板Ceq=0.40%),可見Q690D鋼材的淬硬性傾向明顯,焊接性能不是很好,需采用適當?shù)念A熱和控制線能量等措施;其目的是為了降低焊接接頭的冷卻溫度,以減小淬硬傾向,防止生成裂紋。

2.2.2Q690D鋼焊接容易出現(xiàn)的問題

Q690D 鋼合金成分豐富，強度等級高，焊接接頭熱影響區(qū)淬硬傾向大。工藝因素不當時極有可能發(fā)生淬性硬裂紋和脆性轉變。Q690D 鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋，冷裂紋指焊接接頭冷卻到較低溫度下(對鋼來說在 MS 溫度以下)時產(chǎn)生的焊接裂紋。有的冷裂紋會在焊接接頭冷卻到室溫后并在一定時間(幾小時、幾天甚至十幾天)才出現(xiàn),稱為延遲裂紋。有資料介紹,焊接接頭的淬硬和脆性轉變與焊縫熔臺線處 800℃冷卻到 500℃的時間(即t8/5)有密切的關系， Q690D 鋼焊接時必須嚴格控制t8/5值。亦即不宜采用大線能量焊接，以免由于t8/5過長而降低焊接接頭的抗脆斷能力③。線能量的計算公式④:q = IU/v

式中:I一 焊接電流 A

U-電弧電壓V

v- 焊接速度 cm/s

q一 線能量 J/cm

另一方面 t8/5 又不能過于短載，否則易導致產(chǎn)生淬硬冷裂紋。冷裂紋敏感系數(shù)指考慮冷裂紋敏感性不僅計入鋼材的化學成分,還考慮板厚和焊縫含氫量對裂紋傾向的影響。按日本應用的計算方法,可以求出防止鋼材產(chǎn)生焊接裂紋的預熱溫度這就要通過適當?shù)暮盖邦A熱來解決。

T℃其公式為⑤:

T(℃)=1440PC-392

PC =C+Si/30 +Mn/20 +Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15

+V/10+5B +h/600+H/60(%)

式中h為板厚(mm)H為焊接金屬中擴散氫含量(mL/100g)

3.焊接施工工藝及焊接工藝參數(shù)的選擇

3.1焊接施工工藝

工件尺寸定位--點固焊--預熱--焊口施焊--自檢--焊后熱處理--無損檢測

3.2 焊接工藝的選擇

3.2.1 焊接方法和材料的選用

主要采用二氧化碳氣體保護焊,焊絲使用德國進口的特殊焊絲TUnionGM 100。

3.2.2 裝配定位焊

由于 Q690D 高結構鋼的淬硬性及結構應力，定位焊時就應預熱，且定位焊縫應具有足夠的強度，防止定位焊裂紋。建議定位焊縫的長度不小于50mm，板厚在 20mm 以內時單道定位焊，板厚超過 20mm 時，定位焊縫至少應焊兩道。

3.3.3 預熱溫度 層間溫度及后熱

Q690D 高結構鋼推薦的預熱溫度 80℃~200℃，定位焊處的預熱溫度比正常焊前的預熱溫度高 50℃左右，板厚 20~40mm 之間預熱溫度大約為65℃左右，板厚 40~65mm之間預熱溫度大約為 100℃，板厚超過 65mm預熱溫度大約為 150℃左右，層間溫度不能低于預熱溫度但不能大于 250℃。

預熱范圍，一般按焊縫一側寬 50~100mm。預熱溫度的測量點，按DIN32524 要求應在工件表面上距坡口邊緣4Xt、但不超過30mm的地方,并且是在電弧進行方向的前方50~200mm處。應避免電弧對測溫數(shù)據(jù)的影響。

層間溫度可直接在前道焊縫上測量。

后熱采用緩冷的工藝措施，第一步在 250℃~300℃持續(xù)保溫不低于6小時，第二步用石棉包敷 4~8 小時自然冷卻到室溫，冬季氣溫相對較低可延長包敷時間，防止焊縫出現(xiàn)裂紋。

3.3.4 焊接工藝參數(shù)

不應采用大線能量焊接，充分利用窄焊道，薄層焊，多層多道的焊接工藝，實際生產(chǎn)中根據(jù)需要選擇合適的焊接電流，電弧電壓，焊接速度等。

3.3.5 焊前清理和焊接順序

焊前應仔細清除坡口周圍母材表面上的油、水等污物。必要時用酒精或其它清洗劑清理焊口;采用合理的裝配和焊接順序,改善焊件應力狀態(tài)。

3.3.6 錘擊焊縫區(qū)

當焊縫金屬冷卻過程中(溫度在100℃~250℃區(qū)間),用小錘輕敲焊縫使金屬展開,可以減少應力 1 /2~1/4,對多層焊,除第一層和最后一層焊縫外,其余都要錘擊。

4.總結

Q690D 高強度結構鋼主要將在以后的刀盤制做中會有廣泛的應用，通過對 Q690D 高強度結構鋼的焊接工藝分析，在焊接過程中應根據(jù)實際應用場合選擇合適的焊接材料、焊接工藝以及焊接方法。同時還應注意在焊接過程中容易出現(xiàn)的問題,應考慮到各方面的因素做好防止措施，正確施焊確保優(yōu)良的焊接質量。

參考文獻

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