厚钢板焊接（通用5篇）
厚钢板焊接 篇1
前言
近些年来, 随着国内经济的快速发展, 土地资源的稀缺使得建筑开始向高层空间发展, 在国内许多超高层商业楼和大跨度公共建筑中, 为了满足建筑的造型、结构设计的需要, 实际中钢结构的应用越来越多。在空间利用率要求越来越高的情况下, 为了减小构件截面面积以释放更大的使用空间, 高强度厚钢板开始大量使用。高强度钢板采用了新的钢材生产工艺, 加入Nb、V及Ti元素为代表的微合金, 提高钢材屈服强度;同时使S、P、N、H、O等杂质元素含量和碳含量较低, 且钢材具有更高的洁净度, 改善了其塑性和韧性, 降低了含碳量。但是高强度钢板碳当量高, 可焊性较差, 所用钢板厚度加大也会极大的增加焊接难度。所以, 高强厚钢板的广泛使用对焊接技术也提出了越来越高的要求, 如何在保证焊接接头质量的同时, 又能兼顾高效率、低操作要求、节能等方面的要求, 成为了工程技术人员日益关注的焦点。
1 工程概况
泉州世界贸易中心采用劲性混凝土结构, 由十字钢柱及大跨度连系梁组成, 设计使用Q420B低合金高强度钢材, 钢板最大厚度达50mm, 十字钢柱分布呈正八边形围绕在核心筒周围, 半径约23m。核心筒周围共布置28根十字钢柱, 最大十字钢柱规格为700×300×50×50mm。核心筒呈正八边形, 墙体里布置H型钢柱最大规格为H500×300×20×40mm。主体-2层~37层核心筒外围全部为十字钢柱布置, 核心筒部分从-2层的24根H型钢柱逐渐减少到15层的8根H型钢柱。
2 焊接施工难点
2.1 钢材强度高, 可焊性差
碳素钢中决定可焊性的因素主要是含碳量, 合金钢 (主要是低合金钢) 除碳以外各种合金元素对钢材的可焊性也起着重要作用, 为便于表达这些材料可焊性便通过大量试验数据的统计简单地以碳当量 (CE) 来表示。通常认为CE≤0.40%可性好;当CE=0.4~0.6%焊接性较差, 一般需在焊前预热;当CE≥0.60%焊接性最差, 属难焊材料, 需采用较高的预热温度和严格的工艺方法。本工程在省内首次使用Q420级别高强度钢材, 其碳当量在0.44以上, 这种高强度钢材在焊接时存在一定的淬硬倾向, 非常容易产生冷裂纹, 可焊性较差。在焊接熔合区是最薄弱的部分, 有明显的化学和物理不均匀性, 组织性能突变等。
2.2 厚钢板焊接
本工程板厚达50mm, 与薄板相比, 厚钢板在焊接时有以下特点: (1) 施焊作业时间长; (2) 焊缝单面施焊熔敷金属量大; (3) 焊接残余应力大; (4) 拘束度较大; (5) 节点复杂, 在施焊时, 容易产生表面裂纹、根部裂纹, 有的甚至在焊接完成几天后才出现延迟裂纹。若焊接过程中采取的质量控制不当甚至会产生层状撕裂, 严重影响焊接质量。因此, 必须采取特殊的焊接工艺措施进行处理。
2.3 焊接质量要求高
板厚达到50mm的现场拼装焊缝为一级焊缝, 要求进行100%超声波探伤, 焊缝余高0.5~3mm, 焊缝宽度偏差不超过3mm, 焊缝外观要求成型美观。
3 焊接工艺制定
3.1 主要焊接方法选择:
针对本工程所用钢板厚度大、建设周期短、既要保证焊接质量, 又要提高生产效率的特点, 钢结构构件工厂制作采用埋弧自动焊和半自动CO2气体保护焊 (实芯焊丝) , 现场安装采用CO2气体保护焊。埋弧自动焊和半自动CO2气体保护焊均具有焊接速度快, 效率高, 焊接质量好, 焊后变形小, 可适用多种板厚多种材质的优点。但是埋弧自动焊适应性较差, 只能在水平位置焊接长直焊缝或大直径的环焊缝, 适合用于工厂进行十字型钢和H型钢柱翼缘板与腹板连接焊接的焊接;而半自动CO2气体保护焊还具有易操作、适应性好, 可用于全位置焊接等优点, 适合用于在工厂进行钢柱的端板、牛腿等零部件的安装焊缝以及钢柱现场安装焊缝的焊接。
3.2 焊接材料选择
本工程钢结构采用Q420B钢板, CO2气体保护焊选用ER55-G+Φ1.2mm焊丝, 埋弧自动焊选用H10Mn2+Φ5.0mm焊丝匹配SJ-101焊剂。经检测两种焊接方法焊缝熔敷金属力学性能均符合要求, 详见表1。
3.3 构件焊接接头型式及坡口选择
根据本工程设计图纸, 焊接接头型式主要有对接接头、T型接头等, 为保证各类接头的焊接质量符合要求, 合理的选择坡口是很重要的。
3.3.1 构件工厂制作
工厂制作过程中, 主要有对接接头、T型接头。
3.3.1. 1 对接接头
采用双边对称V型坡口, 坡口角度为50°, 中间留2mm钝边, 装配间隙2mm。本工程钢板厚度较大 (40mm、50mm) , 考虑到焊缝太宽会导致变形过大, 若适当减小焊缝宽度既可保证焊透, 又可提高生产效率, 所以实际施工时, 所开坡口角度比焊接规程推荐的小10°。详见图1。
3.3.1. 2 T型接头
采用双边V型坡口, 坡口角度为60°, 中间留2mm钝边。为方便碳弧气刨碳棒深入十字柱腹板进行清根刨白, 因此坡口两边不对称。详见图2。
3.3.2 工地现场安装焊缝
采用单边V型坡口, 坡口角度40°, 不留钝边, 装配留5mm间隙。工地现场安装焊缝主要是对接接头, 焊接方式为横焊, 难度大, 焊接条件不如工厂完善, 作业空间小, 焊缝处背面碳弧气刨清根困难, 须采用背面加钢衬垫, 单面焊接双面成型的方法, 且坡口角度比焊接规程推荐的角度小5°。详见图3。
3.4 焊接工艺参数的选择
所谓焊接工艺参数是焊接时为保证焊接质量而选定的各项参数, 如焊丝直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接层数、气体流量等。
3.4.1 焊接电流
焊接电流强度的大小是影响焊缝质量和焊接生产率的主要因素。电流过小, 易造成未焊透和夹渣、气孔等缺陷。同时降低了生产效率。电流过大, 焊丝熔化快, 生产效率高, 在母材上的熔深也大, 为保证接头有良好的结合强度, 通常选用较大的焊接电流。但是电流过大时, 容易产生烧穿、咬边和弧坑等缺陷, 而且有可能影响机械性能。
3.4.2 焊接电压
焊接电压小则焊道狭窄, 电压高则焊道宽, 由于本工程钢板厚度较大, 需要进行多层多道焊接, 因此电压不宜太小。
3.4.3 焊接速度
焊接速度是决定焊接效率的重要环节, 焊接速度慢则熔化焊接材料多、焊道厚且宽, 产生的焊接热量较大从而引起焊接变形大, 焊缝成型差, 并且焊缝易产生粗晶粒;焊接速度快则容易产生未焊透、焊缝狭窄, 焊道及层数多, 易产生焊缝缺陷。
3.4.4 焊接层数
从提高生产效率角度考虑, 在增大焊接电压、电流的情况下, 焊接层数越少越好, 但是焊接层数太小易造成焊缝过热, 熔敷金属晶粒粗大, 影响机械性能。
综合以上要求, 结合本工程特点, 选择的焊接工艺参数详见表2。
3.5 焊接预热及层间温度控制
厚钢板焊接预热是工艺上必须采取的措施, 采用电加热器、火焰加热器等加热, 加热时应力求均匀;预热范围应在焊接坡口两侧, 宽度应各为焊件施焊处厚度的2t, 且不小于100mm;预热温度控制在100℃~150℃, 层间温度控制同预热温度;预热温度采用专用的红外测温仪测量, 应在焊件反面测量, 测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处。
4 焊接工艺评定
为了验证所制定焊接工艺的有效性、合理性, 选择板厚50mm的钢板为代表, 按照制定的焊接工艺制作工艺评定试板, 对其各项力学性能进行试验, 试验项目依据《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002确定。试验结果详见表3和表4。
表3和表4的试验结果表明所制作焊接工艺评定试板各项试验结果均符合设计文件及相关标准要求, 证明所制定的焊接工艺合理、有效, 能够保证焊接质量, 可以指导工程实际施工。
5 焊缝检测
本工程制作施工过程中严格按照以上焊接工艺进行焊接, 待焊缝冷却24h后由第三方单位进行无损检验, 进行焊缝无损检验的人员持无损检验2级或2级以上资格证书。超声波探伤的方法及评定标准依据《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89及《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001进行。相关焊缝经超声波探伤合格率达98%以上, 获得了良好的焊接质量。
6 小结
本工程采用Q420级别的高强度钢材在福建省内尚属首次, 且所用钢板厚度较大, 对施工焊接质量的控制提出较高的要求。施工前根据工艺评定制定了合理的焊接工艺指导书, 并且在实际施工过程严格控制焊接流程, 得到了良好的施工质量, 为同类型高强度厚钢板工程的焊接质量控制提供了借鉴经验。
参考文献
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[5]哈尔滨焊接研究所, 东方锅炉 (集团) 股份有限公司.GB/T 985.2-2008埋弧焊的推荐坡口[S].北京:中国标准出版社, 2008.
厚钢板焊接 篇2
随着我国建筑业的快速发展, 钢结构在建筑中的应用越来越广泛, 大跨度钢结构和超高层钢结构的迅猛发展, 使构件的截面越来越大, 钢板的厚度也越来越厚, 焊接时厚钢板不易焊透, 层间温度相差较大, 焊接变形控制越来越困难, 再加上厚钢板焊接通常适用于高层, 超高层钢结构柱制作的焊接 (箱型柱、H型柱) , 梁柱节点焊接, 大跨度重载梁的翼缘与腹板的焊接, 大跨度重载桁架节点焊接等, 使得厚板焊接质量的要求非常严格, 从而导致厚钢板焊接难度比普通钢板大得多。如何提高厚钢板焊接接头质量成为了工程技术人员日益关注的焦点, 但是现在的研究大多数都是关于普通钢板焊接质量管理, 或是只涉及部分的厚钢板焊接质量管理, 不够全面。基于PDCA循环的管理模式即通常所说的动态管理, 是由美国质量管理专家戴明 (Deming, W.Edwards) 博士在1950年挖掘出来并应用于全面质量管理中, 主要用于质量管理体系的持续改进问题[1]。本文在综合相关文献内容后, 从动态管理的理念出发, 将之与厚钢板焊接质量管理相结合, 提出一套贯穿整个厚钢板焊接过程、具有普遍适用性的厚钢板焊接质量管理流程, 能有效提高厚钢板的焊接质量。
2 厚钢板焊接应考虑的问题
通常对于板厚大于或等于40mm, 且承受沿板厚方向拉力作用的焊接时, 我们应考虑厚钢板的焊接问题。板材要有Z向性能保证, 并且符合国家标准《厚度方向性能钢板》 (GB/T 5313-1985) 的规定。
为防止焊接厚钢板过程中出现裂纹和变形, 应注意以下问题[2]:
①坡口形式。选用合理的坡口形式, 焊缝填充量少, 便于反面清根和砂轮机打磨。在保证焊透的前提下, 采用小角度、窄间隙坡口, 以减小焊接收缩量、提高工作效率、降低焊接残余应力。
②合理的预热及层间温度。采用合理的预热方法, 有利于热量向板中心传递, 施焊过程中严格保证防风和保温措施, 防止焊缝在短时间内快速冷却而产生裂纹。
③后热及保温处理。为保证焊缝金属中扩散氢含量和消除焊接应力, 焊后应立即进行热处理并按规定时间保温, 焊缝热处理后, 应对母材和焊缝进行超声波无损检测。
3 厚钢板焊接质量管理流程
3.1 调查焊接环境
焊接环境对焊接质量的影响主要是由钢结构的结构特点及安装工艺方法决定的。焊接作业有时会遇到恶劣的自然环境, 有时也不得不在夜晚等能见度很低的情况下进行施工, 不仅如此, 若焊接中使用到大型构件会受到焊接工作操作空间的限制, 且在实际的焊接工作中, 施工人员可能会被辐射及被电等[3]。
所以, 焊接环境可被分成理化环境和劳动环境两类。其中理化环境又被分成两类:一种是通过焊接设备、焊接材料等直接影响焊接的质量的环境, 这一点我们会在编制焊接质量控制计划一节中详细介绍, 这里略过;另一种是可以直接影响焊接质量的自然环境, 如焊接作业时的空气温度对焊接过程的细节部分具有重大影响, 例如会通过影响焊接过程中的热循环过程、其间的各部分化学反应程度、金相组织转变、合金元素及应力的分布等, 从而影响焊接的质量与性能。影响环境湿度大小的因素主要是空气中的水分, 水分的化学成分是氢元素和氧元素, 其中氢元素直接参与焊接过程的化学反应。氢元素的含量及分布会对焊接接头脆性情况和延迟裂纹有着直接的影响, 严重时可能会造成安全危害。因此氢元素对焊接质量的影响很大, 也就是环境湿度大小对焊接质量有着重要的影响。风力对钢结构焊接质量的影响范围较广, 它既可以直接影响焊接的电弧形态, 也可以在空气温度的协作下对焊接质量造成间接影响, 如通过加快冷却速度来影响焊接热循环等环节。劳动环境是指焊接工人的焊接作业的操作环境, 它通过影响施工人员的健康、安全、心理以及操作的方便与否来间接影响焊接质量的环境。如仰焊难度会高于平焊, 特别的, 对于大型构件的厚钢板焊接而言, 焊接的空间有时会受到构件的影响而特别的狭小, 影响焊接工人的操作, 从而影响厚钢板的焊接质量。
由此可以看出焊接环境对厚钢板焊接质量的影响重大, 所以施工人员在进行焊接作业前必须对环境因素进行调查分析, 确定各因素对焊接质量潜在影响, 再根据施工工艺要求做出调整, 尽量避免一切可能对厚钢板焊接质量有重大影响的因素, 从而保证厚钢板焊接的质量。
3.2 查阅焊接专家系统
将大量的焊接经验知识和设计准则, 用知识库方式封装并高度概括、归纳、演绎形成的数据就是焊接专家系统。在焊接质量管理体系中应用焊接专家系统, 不仅可以有效降低工作失误, 还能够通过减少大量重复性工作, 缩短设计流程, 而达到提高工作效率的目的, 同时提高了知识的利用率和传递性[4]。对于提高焊接工程技术人员的素质、传递生产经验, 提高焊接质量、改善生产管理有重大意义。
焊接作业前, 根据之前调查所得的焊接环境的情况和工程情况, 在专家系统中查找相似工程, 根据相似工程的数据, 能对即将实施的工程情况有个大致的判断和了解, 吸取别人的经验教训, 使得接下来的焊接计划的制定更加周全, 详实, 避免前人犯过的错误, 有效提高焊接质量。
3.3 编制焊接质量控制计划
经过充分的焊接环境调查, 仔细查阅焊接专家系统后, 在此基础上制定厚钢板焊接质量控制计划。焊接质量控制计划制定的合理与否会直接影响到焊接质量, 因而焊接质量控制计划是焊接质量得以保证的基础, 它应包括下列内容:母材信息、坡口型式及坡口准备要求、装配顺序、焊缝顺序及焊接方向、焊接方法、所用设备、焊接材料和辅助材料、焊接位置、焊接参数、预防焊接变形的措施、加热工艺 (焊前、焊中及焊后) 、要求达到的焊接质量、恶劣的气候条件下保证焊接质量的措施、人员资质[5]等。
母材信息很重要, 它直接影响到焊接材料、焊接参数和预热方式的选择。母材信息应该包括母材的厚度和母材的成分以及母材的焊接工艺性能等会对焊接质量有影响的相关信息, 母材不同, 焊接工艺也不尽相同。
厚钢板焊接时, 坡口尽量选用双U形和X形坡口, 坡口清理时通常要求坡口两侧25mm范围内用不锈钢丝刷打磨光亮, 去除氧化膜, 然后用丙酮擦洗焊缝及两侧, 彻底清除焊缝周围的灰尘、铁屑、油污等一切污物。焊接方法优先选择单丝埋弧焊, 根据工艺要求和母材的不同, 对焊材进行选择和使用在编制焊接顺序的时候有几点基本规则需要考虑[5]:复杂结构应合理分配各个组焊单元的组焊顺序;构件刚性最大的部位应最后焊接;对称焊缝对称焊接, 包括两侧对称和空间对称;长焊缝由中间向两侧对称焊接;先焊对接焊缝, 后焊角焊缝;先焊短焊缝, 后焊长焊缝;先焊对接焊缝, 后焊环焊缝;当构件存在应力时, 先焊拉应力区, 后焊剪应力和压应力区;当对变形有特殊限制时, 可采用分段退焊法。
对于厚钢板而言, 由于钢板厚度大, 焊接时层间温度相差也大, 如果不进行焊前预热处理, 焊接时温度应力会对焊接质量的产生影响。焊前预热的加热方式选择应根据焊接环境而定, 通常选择火焰加热[6]。在火焰加热过程中有几点需要考虑:
①选用火焰加热法进行焊接热处理时, 应根据焊件的大小选择合适的烤枪喷嘴, 并确定相应的数量。当需要使用多把烤枪时, 应安排多人在焊件四周进行对称性的均匀加热并用远红外测温仪监控加热温度。
②火焰加热时, 火焰焰心至工件的距离应控制在10 mm以上;加热过程中, 烤枪喷嘴的移动速度要均匀一致, 不得在一个位置长期停留, 且要求注意控制火焰的燃烧状况, 防止焊件的氧化和增碳。
③火焰加热时以焊缝为中心, 加热宽度为焊缝两侧分别外延50~100 mm, 热处理恒温时间按每毫米厚度保温1~2 min计算。加热完毕, 应立即使用厚度不小于40 mm的硅酸铝保温岩棉按工艺要求进行覆盖保温。
同时, 厚钢板焊接的焊后热处理也不可缺少。焊后热处理是为了消除焊接残余应力, 钢板焊接完成后, 因冷却速度不均也会导致产生层间温度应力, 严重时会破坏已完成的焊缝, 应高度重视, 在焊接工艺计划的制定过程中要重点考虑, 根据不同的施工环境采取相应的热处理工艺。
当然在焊接工艺计划的制定还有很多的内容, 我们在制定该计划的过程中, 应结合前文所述的焊接工艺计划的内容来比对, 使得计划制定完善, 同时由于厚钢板的焊接与普通钢板的焊接有差异, 按照经验制定的计划会存在纰漏, 计划制定人员对于这点应有考虑。
3.4 焊接过程质量控制
焊接开始前的准备工作完成后, 接下来就要开始厚钢板焊接的实际操作了。除了需要严格按照制定的焊接顺序操作外, 钢结构工程在焊接过程中质量的影响因素, 还有各种客观因素和主观因素, 包括存在于项目管理系统之内的人的因素、技术因素、环境因素等[7]。环境因素在第一节中已有阐述, 不再重复。
人的因素对钢结构工程焊接质量的影响起决定性的, 包括承担本工程项目质量的管理者和作业者。与生产、施工有关的活动都是靠人来完成的, 因此, 对人的因素控制对焊接工程质量起着决定性作用。在钢结构工程焊接中, 焊工起决定性作用, 因为, 无论多么成熟的焊接工艺、多么先进的焊接技术、多么完美的焊接方案最终都要靠焊工来完成实现。焊工的技术水平、质量意识、责任心、身体状态等直接影响焊接质量的形成。因此, 加强对焊接人员的技能鉴定和质量意识的教育培训至关重要。而作为管理人员, 不仅要随时对焊接工人的焊接过程检查, 查看焊接工人是否严格按照制定的计划操作, 焊接过程中是否注意力集中, 将每条焊缝的焊接人员记录在册等等, 还应该及时采集工人在焊接过程中的反馈信息, 收集焊接监控过程出现的问题, 找出出现这些问题的原因, 相应的修改计划的内容, 完善计划, 便于提高后续焊接质量。
技术因素涉及内容很广, 包括勘察、设计、施工、检验、试验等技术。对于钢结构工程焊接质量而言, 优化焊接接头设计、制定科学的焊接工艺、选择合理的焊接顺序都是在焊接工艺计划制定过程中应该考虑的, 而对于焊接过程中则应该通过提高监控焊接过程的技术手段来对焊接过程实时监控。焊接过程的复杂性和微观熔滴过渡过程的随机性, 使得对焊接过程的分析和评定成为一个难以有效解决的课题, 目前主要通过焊接过程控制的传感器从焊缝跟踪和熔池形态提取两个方面对焊接过程监控。
3.5 焊后质量检测
焊接完成后, 对焊缝进行无损探伤检测是确保焊缝质量的重要手段, 进行无损探伤检测时, 应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况[8], 划分不同的质量等级, 根据不同的质量等级来确定无损探伤检测的方式, 最后对检测出来的缺陷采用不同的处理方式。
3.5.1 焊缝质量等级确定原则
①焊缝质量等级主要与其受力情况有关, 受拉焊缝的质量等级要求高于受压或受剪的焊缝;受动力荷载的焊缝质量等级要高于受静力荷载的焊缝。
②凡对接焊缝, 除非作为角焊缝考虑部分熔透的焊缝外, 一般都要求熔透并与母材等强, 故需要进行无损探伤。因此, 对接焊缝的质量等级不宜低于二级[8]。
③在建筑钢结构中, 角焊缝一般不进行无损探伤检验, 但对外观缺陷的等级 (见现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001附录A) 可按实际需要选用二级或三级。
3.5.2 焊缝无损探伤的种类和适用范围
(1) 焊缝无损检测方法。
国内外最常用的四大无损探伤检测的方法有:射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤[9]。各种无损检测方法都有一定的特点和适用范围, 应根据相关的规范、标准, 结合建筑钢结构的类型、材质、加工方法、介质、使用条件等选择最合适的无损检测方法[8]。
1) 对于设计要求熔透焊缝内部缺陷检测, 应优先选用超声波探伤方法, 当超声波探伤不能对缺陷做出判断时, 即超出使用标准的适用方法时, 应采用射线探伤。
2) 当采用射线探伤方法时, 应优先采用X射线源进行透照检测, 确因厚度、几何尺寸或工作场地所限无法采用X射线时, 可采用γ源进行射线透照。
3) 对于焊缝表面缺陷的检测, 应优先采用磁粉探伤, 只有存在结构形状等原因无法进行磁粉检测的场合下才采用渗透检测。
4) 当采用渗透探伤方法时, 宜优先选用具有较高检测灵敏度的荧光渗透检测, 当检测现场无水源、电源的情况下, 可以采用着色渗透检测。
5) 当采用两种或两种以上的检测方法对同一部位进行检测时, 应符合各自的合格级别;如采用同种检测方法的不同检测工艺进行检测, 其检测结果不一致时, 应以危险度大的评定级别为准。质量检查部门质量检查工程师对已焊接完成的焊口信息在现场进行实物外观检查, 并记录每道焊口的外观检查信息, 如外观检查结果、外观检查日期、检查人, 并将这些信息转录入计算机便于整理。
②常见缺陷分析。
在钢结构施工中最常用的无损探伤方法是超声波无损探伤, 本文结合超声波无损检测的波形对焊缝内部缺陷的性质的估判以及缺陷的产生的原因、防止措施及处理措施大体总结了以下几点[10]:
1) 气孔:单个气孔回波高度低, 波形为单缝, 较稳定。从各个方向探测, 反射波大体相同, 但稍一动探头就消失, 密集气孔会出现一簇反射波, 波高随气孔大小而不同, 当探头作定点转动时, 会出现此起彼落的现象。产生这类缺陷的原因主要是:气体保护焊时保护气体纯度低;埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大;焊材未按规定温度烘干, 焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀, 焊丝清理不干净, 手工焊时电流过大, 电弧过长等。一旦出现了气孔缺陷, 必须及时采取有效措施进行治理, 否则后果不堪设想。防止这类缺陷的措施有:不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条, 生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干, 坡口及其两侧清理干净, 并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。
2) 夹渣:点状夹渣回波信号与点状气孔相似, 条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高, 波形多呈树枝状, 主峰边上有小峰, 探头平移波幅有变动, 从各个方向探测时反射波幅不相同。这类缺陷产生的原因有:含硫、磷较多, 母体金属和焊接材料化学成分不当, 被焊边缘和各层焊缝清理不干净, 熔渣来不及浮起, 速度过快, 焊接电流过小等。防止措施有:多层焊时必须层层清除焊渣, 焊前必须把坡口清理干净, 焊接件的坡口角度不要太小, 正确选用焊接电流等。
3) 裂纹:回波高度较大, 波幅宽, 会出现多峰, 探头平移时反射波连续出现波幅有变动, 探头转时, 波峰有上下错动现象。该缺陷具有极强的危险性, 不仅会影响焊接接头的强度, 甚至会在焊件承载后出现结构断裂的现象。裂纹包括冷裂纹、热裂纹和再热裂纹三类。冷裂纹产生的原因:被焊材料淬透性较大在冷却过程中受到人的焊接拉力作用时易裂开;焊接时冷却速度很快, 氢来不及逸出而残留在焊缝中, 氢原子结合成氢分子, 以气体状态进到金属的细微孔隙中, 并造成很大的压力, 使局部金属产生很大的压力而形成冷裂纹。防止措施:焊前预热, 焊后缓慢冷却, 使热影响区的奥氏体分解能在足够的温度区间内进行, 避免淬硬组织的产生, 同时有减少焊接应力的作用;焊接后及时进行低温退火, 去氢处理, 消除焊接时产生的应力, 并使氢及时扩散到外界去;选用低氢型焊条和碱性焊剂或奥氏体不锈钢焊条焊丝等, 焊材按规定烘干, 并严格清理坡口;加强焊接时的保护和被焊处表面的清理, 避免氢的侵入;选用合理的焊接规范, 采用合理的装焊顺序, 以改善焊件的应力状态。热裂纹产生的原因是:焊接时熔池的冷却速度很快, 造成偏析;焊缝受热不均匀产生拉应力。防止措施:限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量, 主要限制硫含量, 提高锰含量;提高焊条或焊剂的碱度, 以降低杂质含量, 改善偏析程度;改进焊接结构形式, 采用合理的焊接顺序, 提高焊缝收缩时的自由度。
4) 未熔合:探头平移时, 波形较稳定, 两侧探测时, 反射波幅不同, 有时只能从一侧探到。其产生的原因:电弧偏吹, 焊条角度不对, 电流过小或过大, 焊速太快, 坡口不干净等。防止措施:坡口清理干净, 正确选用坡口和电流, 正确操作防止焊偏等。
5) 未焊透:反射率高, 波幅也较高, 探头平移时, 波形较稳定, 在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷会严重影响焊接接头的机械性能, 甚至导致其出现裂纹, 具有极大的危害性。该缺陷的产生原因可能是坡口角度小, 焊接电流太小或运条速度过快, 坡口纯边间隙太小, 运条角度不对以及电弧偏吹等。防止措施有:合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。
上文对焊缝质量等级的划分, 无损探伤检测方法以及焊缝常见缺陷作了一个说明, 作为厚钢板焊接质量管理人员不仅应该了解上述内容, 还要能根据检测的结果拿出缺陷处理的方案, 并将检测结果与焊接过程中工人反馈的信息相结合, 对本次焊接工作的工艺过程进行优化, 提高后续焊接工程的质量。
3.6 焊接过程信息管理
信息资源是建设项目实施过程中需要进行充分开发和利用的重要的资源之一, 随着信息技术、计算机技术和通讯技术的飞速发展以及建设项目规模的巨大, 信息资源的有效组织与管理对建设项目的顺利实施有着越来越重要的意义。每一次焊接工作都会产生新的信息, 作为一个完善的管理工作, 我们应对每次焊接工作中的信息整理, 高度概括、归纳、演绎形成知识后的数据, 完善焊接专家库, 以辅助未来的焊接质量管理工作。随着科学技术的不断发展, 在厚钢板焊接质量管理工作中, 计算机应用会更加宽广, 对信息处理的能力将越来越大, 焊接专家库的内容将更丰富, 焊接质量信息管理其前景十分广阔。
4 结语
综上所述, 厚钢板焊接质量管理体系运转的基本形式是PDCA管理循环, 通过四个阶段把厚钢板焊接质量管理活动有机的联系起来[11]。第一阶段是计划阶段 (P) , 分析现状, 找出影响焊接质量的主要原因, 制定改善焊接质量的措施, 提出行动计划和预计效果。第二阶段是实施阶段 (D) , 主要是根据措施和计划, 组织各方面的力量分别去贯彻执行, 完成厚钢板焊接工作。第三阶段是检查阶段 (C) , 主要是检查焊接质量和发现问题。第四阶段是处理阶段 (A) , 主要是对检查结果进行总结和处理。厚钢板焊接质量管理活动的全部过程就是反复按照PDCA循环不停地, 周而复始地运转, 每完成一次循环, 解决一次质量问题, 质量水平就提高一步, 管理循环不停地运转, 质量水平也就随之不断提高。
摘要：针对现如今大跨度、超高层钢结构迅猛发展使得所使用的钢板厚度越来越厚带来的厚钢板焊接质量问题如焊接缺陷、焊接应力、焊接变形等会直接影响工程的使用功能和安全, 本文在综合了普通钢板焊接质量管理以及部分厚钢板焊接质量管理经验, 结合工程实际, 并基于动态管理理念提出一套适用度高的厚钢板焊接质量管理流程, 作为厚钢板焊接质量管理的参考文件, 能有助于提高厚钢板焊接质量。
特厚钢板坯料冶金技术概述 篇3
随着现代工业的飞速发展, 对压力容器、锅炉、钻井平台及各类舰船用板需求量逐年增加, 为降低各种装置的制造成本, 这些装置都趋于大型化;为提高大型装置的安全可靠性, 对使用的钢板质量要求越来越严格, 对制造这些大型装置必须使用的大单重 (≥20t) 、特厚 (≥100 mm) 钢板的需求量越来越大。
近几年国内外生产特厚钢板主要采用以下三种方法[1]:1) 新建宽厚板厂通过增大连铸坯厚度来实现, 如秦皇岛首秦金属材料有限公司将连铸坯厚度扩大到400mm, 新余钢铁有限责任公司扩大到420mm, 德国迪林根厚板厂最大连铸板坯厚度达400mm;2) 利用传统的模铸钢锭、水冷模铸钢锭、电渣重熔钢锭进行轧制, 如舞阳钢铁有限责任公司、宝钢集团有限公司、五矿营口中板有限责任公司、鞍钢鲅鱼圈钢铁有限责任公司、鄂城钢铁有限责任公司、南阳汉冶特钢有限公司等宽厚板厂;3) 日本是生产特厚钢板品种最先进的国家, 其生产特厚钢板的方法有铸坯软压下及轧制技术、连铸坯焊接复合轧制技术、双向锻造轧制技术。此外, 日本新日铁公司为了以更高的生产率生产高质量的特厚钢板坯, 开发了同时具备模铸和连铸优点的立式连铸机。
由于连铸生产节奏快, 不足以使所有夹杂有足够的时间上浮, 在凝固过程中, 部分夹杂上浮受到连铸坯外部凝固层阻隔, 接近完全凝固的液芯补缩通道不畅通, 因而造成连铸坯不同程度的夹杂富集、偏析及疏松产生。连铸受设备条件或钢种的限制难以生产厚度过大的特厚钢板, 尤其是压缩比不够时, 内部质量也难以保证, 且连铸机投资大、成本高。大型模具钢和特厚钢板仍采用传统模铸方式生产, 但大型模铸钢锭凝固的基本特点是从侧壁向中心进行, 上部有缩孔, 底部为沉积三角锥, 钢锭内部还存在显微缩孔, 倒V型偏析和V型偏析依次存在于柱状晶与等轴晶交界面和等轴晶区[2,3]。
1 四项冶金技术阐述
以下主要对水冷模铸技术、电渣重熔技术、连铸坯焊接技术、立式连铸技术进行分析比较。
1.1 水冷模铸技术
1.1.1 研究现状
中冶京诚 (湘潭) 重工设备有限公司开发的水冷模铸设备, 采用铜板结晶器, 水冷锭规格为960mm×2300mm×3200mm, 单重为54t。据了解, 湖南湘潭钢铁集团有限公司 (以下简称“湘钢”) 采用水冷模铸每月产量1500~2000t, 探伤合格率75%。水冷模铸坯存在表面裂纹, 压缩比为4~5, 优于连铸坯。湘钢特厚钢板生产具有工艺装备优势, 采用电炉或转炉炼钢、LF和VD炉外精炼, 浇注采用水冷模铸, 经5m宽厚板轧机轧制, 板宽可达到4.95m, 成品板单重可达42t。轧后经过功能齐全的钢板热处理系统, 包括3条正火处理线、1条淬火处理线、1条回火处理线, 湘钢已经能够稳定生产厚度150mm以上的E36, F36, D36海洋平台用钢, 此外还有用于机械制造的250mm厚度保探伤的低合金特厚钢板, 据称国内尚只有个别钢厂具备此项生产能力。200 mm厚度的Q345R钢板, 150 mm厚度的13MnViMoNbR、S387Gr2L2钢板, 120mm厚度的09MnNiDR钢板, 还有汽泡钢板等高端容器板, 湘钢均已研制成功。
南阳汉冶特钢公司模铸生产线拥有24~48t的普通锭型及自主研发、具有独家专利的水冷模, 可生产保性能、保探伤、厚度为400mm以下的低合金钢、高合金钢、碳素钢、模具钢等特种优质钢板。据了解, 包括周转模, 汉冶特钢公司共有水冷模铸设备十余套, 铜板结晶器使用次数上万, 成本低于普通模铸锭。月产量最高可达2~3万t, 成材率75~85%。坯料厚度可调, 最大规格为1000mm×2200mm×2800mm, 最大单重可达60t。品种包括不保性能、不保探伤可做到厚度600 mm, 保性能、保探伤厚度为400mm以下的低合金钢、高合金钢、碳素钢, 锅炉及压力容器钢12Cr2Mo1R, 15CrMoR保性能、保探伤厚度为150 mm, 模具钢保性能、保探伤厚度为200mm, 高层建筑及Z向钢保性能、保探伤厚度为200mm。
1.1.2 技术特点
水冷模铸设备以热传导率高、热稳定性好的铜板结晶器作为钢锭模, 外部通过循环冷却水对铜板钢锭模进行冷却, 改变了原有钢锭模仅依靠辐射散热的方式, 提高了热传导系数;铸模内腔形状为倒置的近似锥台形, 在凝固过程中对铸锭产生一定的挤压作用, 钢锭模设有侧边挤压机构, 将气隙缩小, 使钢锭组织致密;通过调整气隙间距改变热传导系数, 可浇铸高碳及高合金钢钢种系列厚板坯。浇铸锭型大小可无级调整, 提高了产品的成材率。钢液在水冷条件下迅速冷却, 其结晶凝固处于静态凝固状态, 没有外力及变形等因素影响, 不易出裂纹;底注上补缩方式使夹杂物上浮充分[4]。
水冷模铸技术相对于连铸及传统模铸有以下优势:1) 可以浇铸合金含量较高、连铸不适宜的钢种;2) 连铸不适宜的规格;3) 生产灵活, 可以生产小批量品种;4) 成材率高于传统模铸, 轧制压缩比要求小于连铸坯。
1.2 电渣重熔技术
1.2.1 研究现状
电渣冶金技术起源于美国霍普金斯在1935年进行的渣中自耗电极熔化实验[1]。而现代电渣冶金技术是由苏联发展起来的, 乌克兰巴顿电焊研究院在电渣焊的基础上开发出电渣冶金技术。1958年乌克兰扎波洛市的德聂泊尔特钢厂建成了世界上第一台0.5t工业电渣炉, 美国费尔思斯特林公司于1959年建造了3.6t工业电渣炉, 美欧国家1965年才开始在工业上全面推广。中国于1958年在电渣焊的基础上掌握电渣重熔技术, 于1960年在重庆特钢公司、大冶特钢公司、大连钢厂及上钢五厂先后建立电渣炉, 其后北满特钢公司、抚顺特钢公司等的工业电渣炉相继建成投产。
国外最大的电渣钢生产基地是乌克兰德聂泊尔特钢厂, 该厂拥有22台电渣炉, 具备年产10万t电渣钢的生产能力。当前世界上最大的电渣炉是中国上海重型机械厂的450t电渣炉。国内最大的电渣钢生产基地是东北特钢集团, 现有47台电渣炉, 具有年产19.5万t电渣钢的生产能力。世界上著名的电渣冶金设备供应商有INTECO (因泰克) 、CONSARC (康萨克) 、ALD等公司[5,6]。
舞钢公司于2005年底与东北大学合作, 开发设计了40t双极串联、抬结晶器式板坯电渣炉, 三相交流电经变频后变成低频 (2~10Hz) 供电, 可生产断面尺寸为620 mm×1940 mm、740 mm×1960mm和950mm×2000 mm (最大单支锭重为50t) 的板坯。与单相交流双极串联板坯电渣炉相比, 这种炉型解决了控制电极熔化同步难度大、三相不平衡等问题。这台电渣炉集中了低频供电、双极串联、抬结晶器等先进工艺技术, 实践证明该炉型具备了所有板坯电渣炉的优越性;该电渣炉自投产以来成功开发大飞机项目20MnNiMo钢、核电用S355J2/Z35钢、水电用S355J0+N-Z35、S355J0/Z35钢、大型球磨机用Q345C/Z35钢、高镜面模具钢P20、718、锅炉压力容器用2.25Cr1Mo、16MnR (HIC) 钢、海洋工程用钢、军工钢等。月产量能够达到650t/台以上, 吨钢电耗1100~1300kWh, 锭—材成材率85%。
1.2.2 技术特点
电渣重熔 (ESR) 是利用电流通过液态熔渣产生的电阻热, 加热和精炼金属的一种特种熔炼方法。其目的是在初炼的基础上进一步提纯钢、改善钢锭的结晶组织, 从而获得高质量的、组织均匀致密的钢锭[7,8]。主要优点是:1) 电渣产品纯净、组织致密、成分均匀、表面光洁, 具有很好的加工塑性, 允许更小的压缩比;2) 电渣重熔扁锭, 省去开坯工序, 直接轧制, 与普通钢板比较, 横向塑性、韧性大大提高, 钢板各向异性、断裂韧性、缺口敏感性和疲劳指标显著改善;3) 与模铸相比, 电渣重熔生产特厚钢板成材率可提高9%~18%, 且生产费用低于真空电弧重熔。缺点是:电耗较高, 各国电渣重熔电耗一般为1300~1600kWh/t, 而电渣熔铸空心管件更高;通常采用大填充比、高比电阻渣系, 以降低电耗。
1.3 连铸坯焊接复合轧制技术
1.3.1 研究现状
该工艺技术是JFE钢铁公司开发的, 目前济钢公司、柳钢公司等企业采用此工艺试验、生产特厚钢板。其特点是将经预轧制过的钢板在小于压下比2的条件下进行轧制, 可以生产出板厚200 mm以上的内部质量均匀的特厚钢板。基本流程:连铸坯预轧→清除界面黑皮→钢坯重叠→真空条件下界面周围焊接→加热→以压下比2热轧→以规定时间和方式缓冷→超声波检验。
济钢公司与东北大学合作进行板坯焊接研究, 已进行Q345工业试制, 两块130mm×1.4m×1.6m板坯轧制成140mm×1.5m×2.2m成品钢板, 经Ⅰ级超声波探伤合格。济钢公司拥有9000t强力特厚板轧机、台车式加热炉、50MN压力矫直机、坯 (材) 缓冷坑等一系列特厚钢板配套工艺设备, 今年上半年, 济钢公司已实现保探伤、保性能钢板开发至厚度300mm, 产品最大单重30t, 主要用于重型机械、高层建筑、压力容器、桥梁结构、海洋风电等行业。
1.3.2 技术特点
连铸坯焊接复合轧制法, 是将两块连铸坯利用先进技术复合在一起进行轧制。先除去连铸坯结合面上的黑皮, 将多片处理后的连铸坯进行重叠, 在真空容器中使界面间处于真空状态, 对所重叠的连铸坯界面进行焊接, 使其形成复合板坯;或对界面周围形成焊接后将界面间抽成真空状态, 同样形成复合板坯。将复合板坯加热至1100℃, 以小于2的压下比进行热轧;轧后进行热处理、探伤检验, 得到特厚复合钢板, 界面性能接近基材性能。其关键技术是:钢板表面清理技术, 复合界面处高真空技术, 低速大压下技术。
该技术解决了因连铸坯厚度限制和压缩比制约, 生产特厚钢板厚度受限的问题;轧制坯料广泛, 生产工序相对简单, 省去了模铸法的开坯工序[1]。
该技术需要合格的连铸坯, 并且要求在高的真空度下进行高质量的钢坯焊接, 焊缝的微小瑕疵都有可能使复合钢板报废。此外, 加热过程中的氧化及轧制过程的不均匀变形也有导致复合失败的可能, 操作难度高。此方法局限于连铸生产的品种。
1.4立式连铸技术
1.4.1 研究现状
新日本钢铁公司名古屋分厂的立式全连铸坯断面尺寸为600mm×2360mm, 已生产出厚度为350mm的SS400钢, 厚度为330mm、强度400 MPa级钢及厚度为200mm的高质量特厚钢板, 年产42万t。神户钢铁公司的连铸坯断面尺寸为700 mm×1400mm, 大同特钢公司知多厂连铸坯断面尺寸为650×850mm。宝钢特钢炼钢厂建造的立式连铸机品种有工程机械用钢、耐磨钢、模具钢、工具钢等。
1.4.2 技术特点
立式连铸机的钢液从中间罐注入直立的结晶器, 钢液中大颗粒夹杂物及部分小夹杂可能上浮到表面, 同时被保护渣吸收;铸坯冷却均匀, 凝固组织对称性好;铸坯凝固过程不受弯曲、矫直等外力作用, 铸坯内部不会有机械应力引起的裂纹缺陷, 且由于钢水静压力较大, 易于凝固补缩, 适宜浇注合金钢及裂纹敏感性高的钢种[4]。但立式连铸设备总高度大, 一般立式连铸机高度比弧形连铸机高度大两倍, 所以厂房很高或需将连铸机部分设备建在地坑中, 基建工程量大, 厂房或地坑的建设费用高。
该方法虽属于连铸法, 但是较传统特厚钢板所使用的模铸法有更高的生产率, 在偏析、非金属夹杂物等内部质量方面保证其具有与初轧开坯材相当或更高的质量。
2 结束语
1) 水冷模铸可以浇铸合金含量较高、连铸不适宜的钢种;浇铸成品厚度400mm以上、连铸不适宜的规格。锭—材成材率75%~85%, 成本低于普通模铸, 生产效率较高。
2) 电渣重熔在初炼的基础上进一步提纯钢, 改善钢锭的结晶组织, 从而获得高质量的、组织均匀致密的钢锭, 但电耗高, 电耗一般为1300~1600kWh/t, 生产效率低。
3) 连铸坯焊接技术解决了连铸坯生产特厚钢板厚度受限的问题;轧制坯料广泛, 生产工序相对简单, 成材率可达95%, 省去了模铸法的开坯工序, 生产成本低, 但操作难度较大, 目前部分企业正在工业化试制。
4) 立式连铸较传统特厚钢板所使用的模铸法有更高的生产率, 钢板内部质量提升, 但立式连铸设备总高度大, 建设费用高。
参考文献
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论不锈复合钢板的焊接 篇4
1 不锈复合钢板的焊接性
不锈复合钢板由于覆层与基层材料的成分、性能及其焊接性差异较大, 所以与一般的单体钢焊接和同种钢焊接相比, 施焊时有一定的难度, 为了既满足基层的强度要求, 又满足覆层的耐腐蚀性要求, 就要将基层和覆层分开施焊。
焊接基层钢时通常选用结构钢焊条 (焊丝) , 焊接时不能使覆层的不锈钢金属熔化, 因为如果有覆层的不锈钢金属熔化进入了基层的焊缝金属中, 就会增加基层焊缝金属中的合金元素, 造成与覆层接触的焊道产生粗硬马氏体组织的可能性增加, 从而提高基层焊缝金属的硬度、脆性, 大大降低焊缝金属的冲击韧度和塑性, 严重到一定程度还会导致裂纹的产生。
焊接覆层钢时通常选用不锈钢焊条 (焊丝) , 焊接时应注意不能使基层的金属熔化进入到覆层的焊缝金属中, 因为如果有基层金属熔化进入到覆层焊缝金属中, 就会稀释覆层焊缝金属的合金元素, 从而降低覆层的耐腐蚀性能。
基于以上原因, 在焊接不锈复合钢板时, 为保证覆层焊缝的耐蚀性要求, 就要在覆层和基层的接合面上添加一层过渡层, 过渡层焊接材料通常选用Cr、Ni含量比覆层不锈钢高的不锈钢材料, 并且其中的合金成分应当尽可能与覆层金属中的合金成分相同, 目的是补充覆层焊缝焊接过程中合金元素的稀释和烧损, 从而保证覆层焊缝的金属成分及其含量尽可能与覆层钢板相近。
2 不锈复合钢板焊接时焊接材料的选择
(1) 基层 (低合金钢或低碳钢) 的焊接材料焊接不锈复合钢板基层 (珠光体钢层) 时应该选用与单独焊接基层金属 (低合金钢或低碳钢) 时同样的焊接材料, 并且施焊时也要采用与单独焊接低合金钢或低碳钢相同的焊接工艺。
(2) 覆层 (不锈钢层) 的焊接材料焊接不锈复合钢板覆层 (不锈钢层) 时应该选用与单独焊接覆层金属 (不锈钢) 时同样的焊接材料, 并且施焊时也要采用与单独焊接不锈钢时相同的焊接工艺。
(3) 过渡层的焊接材料过渡层的焊接实质是珠光体钢和不锈钢两种金属的焊接, 属于异种钢的焊接, 为了减小焊接过程中基层金属融化对覆层焊缝金属的稀释, 同时补充焊接过程中合金元素的烧损, 过渡层焊接材料应该选用Cr、Ni含量比覆层不锈钢高的不锈钢材料, 并且其中的合金成分应当尽可能与覆层金属中的合金成分相同。
3 不锈复合钢板对接焊接时的坡口型式和尺寸
坡口型式直接影响焊接接头的质量, 坡口型式适当就能获得质量高的焊接接头。为保证不锈复合钢板的基层、过渡层、覆层的焊接质量, 最大限度地控制过渡层的焊缝尺寸, 应当选择合适的坡口型式和尺寸, 并应保证坡口尺寸的加工精度。选择坡口型式时, 主要应该考虑母材的厚度、所采用的焊接方法、工艺要求等。
焊接不锈复合钢板在选择坡口型式时应当注意: (1) 要选择需要填充金属量少的坡口; (2) 要选择方便操作、方便清渣的坡口; (3) 要选择焊接时不容易产生缺陷的坡口; (4) 要选择使过渡层焊缝金属的稀释率小的坡口。
不锈复合钢板对接焊时的坡口有两种:内坡口和外坡口, 其中普遍应用的是外坡口。
4 不锈复合钢板的焊接工艺
不锈复合钢板的焊缝有基层、过渡层和覆层三部分组成。基层 (珠光体层) 的焊接性与珠光体钢相同, 覆层 (不锈钢层) 的焊接性则与相应的不锈钢相同, 焊接过程中的关键问题是基层与覆层之间的过渡层的焊接, 这属于异种钢焊接的问题。
(1) 装配、定位。
不锈复合钢板焊接装配时应该将覆层钢对齐装配, 一定要保证装配的间隙 (对接时间隙一般为2mm) , 并要避免过大的错边量 (错边量应小于0.5mm) , 否则是会对过渡层和覆层的焊接质量造成影响的。装配好以后应该先在基层面施行点固焊进行定位。
一定要在基层面上施行定位焊, 点固焊缝长度要在10～30mm之间。
(2) 施焊时的焊接顺序。
为了保证焊接接头覆层具有良好的耐腐蚀性能, 焊接时首先要对基层进行施焊 (由于基层厚度较大, 只要坡口型式选择得当, 焊接过程中覆层金属向基层焊缝金属熔入的情况是完全可以避免的, 所以基层焊缝的质量还是有保障的) , 基层焊接好以后, 还要对基层焊缝进行质量检验, 确定基层焊接质量合格以后, 才能对过渡层焊接做准备 (将覆层不锈钢板一侧铲削成圆弧直至铲到基层焊缝, 为了防止未焊透缺陷的形成, 铲削后还要进行打磨) 。打磨干净、尺寸合适以后, 要先对过渡层进行焊接 (注意:为了使过渡层在焊接过程中真正起到隔离作用, 焊接过渡层焊缝时应该使覆层不锈钢板熔化一层) , 最后再在过渡层上对覆层进行施焊。
(3) 不锈复合钢薄板的焊接。
对于厚度小于1.6mm的不锈复合钢板, 焊接时可以用过渡层的焊接材料从覆层一侧直接施焊;对于厚度为1.6～3.0mm的不锈复合钢板, 可以用焊接过渡层的材料先在基层面上焊接一层, 然后再在覆层面上焊接一层 (注意焊接顺序) ;对于厚度在3.0～6.0mm之间的不锈复合钢板, 应该先将基层一侧开成80°的Y型坡口, 再用过渡层的焊接材料先对基层一侧进行施焊, 然后再对覆层一侧进行施焊。
(4) 特殊情况的焊接。
对于只能单面施焊的情况 (如焊接直径较小的不锈复合钢管时) , 应该从基层一侧按照覆层—不锈钢过渡层—碳钢过渡层—基层的顺序进行施焊。
(5) 焊接方法。
对于基层, 建议采用手工电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊进行施焊;对于过渡层和覆层, 建议采用钨极氩弧焊和手工电弧焊进行施焊。实际应用中其他焊接方法也可以采用, 只要能够精确保证焊接质量就行。
5 焊后热处理及焊接残余应力的消除
不锈复合钢板的焊后热处理应该按照设计要求去执行。建议采用机械方法来消除焊接残余应力, 如果要用热处理的方法消除焊接残余应力, 建议在焊接过渡层之前进行;对于要求对焊缝进行晶间腐蚀倾向检验的不锈复合钢板焊缝, 应注意不要使热处理温度超过它的敏化温度。
6 焊接不锈复合钢板时应注意的事项
(1) 对过渡层或覆层施焊时用焊接基层的焊接材料是绝对不允许的, 反之亦然。
(2) 为防止焊接基层时的飞溅物粘结在覆层上, 在覆层一侧对基层施焊时, 应注意要在覆层表面100mm的范围内施涂白垩粉进行保护。
(3) 焊接基层时, 应该用手工电弧焊对根部焊缝进行施焊, 用埋弧焊对二、三层焊缝进行施焊。对过渡层应采用手工电弧焊进行施焊, 为减少焊接过程中合金元素的稀释, 施焊时应采用小电流、快速焊, 焊条不作横向摆动的操作方法。对于覆层的焊接, 应该遵循不锈钢的施焊操作工艺。
(4) 不允许对有分层的不锈复合钢板进行施焊。对于坡口边缘有分层的不锈复合钢板, 应该先对整张钢板施行无损探伤来判断分层的范围, 如果分层范围很小, 可以先将分层铲除, 然后补焊 (即堆焊) , 修复好以后再进行施焊;如果分层范围很大, 则不允许施焊。
(5) 用不锈钢钢丝刷对覆层进行清理, 用碳钢丝刷对基层进行清理。
(6) 绝对不允许在覆层上用基层焊条打弧或焊接。
(7) 如果需要, 应按照相关规定对覆层与基层分别施行焊接预热、后热等。
(8) 对不锈复合钢板一般不进行焊后热处理, 如果需要, 则应按照技术要求进行。
(9) 持有上岗证, 并通过相应考核的电焊工才能参与焊接操作。
(10) 焊接过程中所用的焊接材料都应该有相应的有效材质认可证书。
实践表明:只要遵循相应的操作规程, 不锈复合钢板的焊接质量还是可以保证的。
摘要：不锈复合钢板是由不锈钢 (称作覆层) 和珠光体钢 (称作基层) 轧制而成的双层金属板, 由于覆层与基层材料的成分、性能、焊接性差异较大, 所以与一般的单体钢焊接和同种钢焊接相比, 施焊时有一定的难度。从焊接性、焊接材料的选择、坡口型式和尺寸、焊接工艺、焊后热处理及焊接残余应力的消除及焊接注意事项等几方面对不锈复合钢板的焊接问题进行了阐述。
关键词：不锈复合钢板,焊接,过渡层
参考文献
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钢板仰焊焊接工艺探讨 篇5
钢板坡口对接手工电弧焊采用的打底焊接方法,基本上都是断弧焊接,很少有连弧焊接,德国的焊接工艺是连弧焊接,因连弧焊接使用电流小,很容易造成接头起弧处未熔合,而不被教学采用。
2 断弧焊接的电源极性
20世纪80年代由于大范围采用旋转式直流焊机,使用结507焊接仰板是用反接法的,但遇到的问题是容易产生塌腰,且在操作过程中容易出现频繁粘条的现象,分析塌腰原因是焊条端(正极)温度高,进而使溶滴的温度也要高,使表面张力下降产生的。频繁粘条是由于当时的焊接设备的电流在熔滴发生短路过渡时不能产生相应合理的变化而导致的。
3 传统焊接方法
20世纪80年到近年焊接Q345钢板坡口对接选用结507焊条,传统焊接方法打底采用直流正接,主要因为以前的焊接方法是由于老式直流焊接电源的推力不强,没有推力电流功能,为避免直流反接产生的焊缝背面凹陷和频繁粘条,不得已而违背碱性焊条的直流反接方法,塌腰普遍被控制和避免了,并能形成凸起。从而获得合格的外观质量,但违反了碱性焊条合理的接线方法,非常容易产生气孔缺陷,这种方法一直沿用至今。而现在我们在实践中发现应用现在广泛使用的逆变焊机的推力电流功能,能够使用焊条合理的极性进行打底且避免频繁粘条的现象并获得满意的外观和内在质量,推理电流是在熔滴短路过渡时另外叠加的一个电流,使熔滴过渡时更加稳定不易粘条,但推力电流过大会增加飞溅数量。
4 仰焊焊接位置的焊前准备
4.1 试件的材质Q345
4.2 试件的规格δ=12
4.3 焊接位置:仰焊
4.4 焊接要求:单面焊双面成形
4.5 焊接材料:E5015
4.6 焊机:ZX7-400ST
4.7 钝边1 mm
4.8 清除坡口面及其正反两侧20mm范围的油、锈及其污物,至露出金属光泽。
4.9 装配间隙始端为3 mm终端为4 mm
4.1 0 定位焊采用与焊接试件相同牌号焊条进行定位焊,并在试件坡口内两端点焊,焊点长度为10 mm-15 mm,将焊点接头端打磨成斜坡。
4.11 预置反变形30-40
4.12 错边量≤1.2mm
5 Q345钢板焊接工艺参数见表1。
6 操作要点及注意事项
6.1 打底焊打底焊接,采用断弧焊接
6.2 运条方法弧长应小于焊条直径
6.3 焊条角度焊条倾角
7 操作要领一看二听三准
看:观察熔池形状和熔孔大小,并基本保持一致。熔池形状应为椭圆形,熔池前端始终应有一个深入母材两侧约0.5 mm~1mm的熔孔。
听:注意听电弧击穿坡口根部发出的“噗噗”声,如没有这种声音就是没焊透。一般保持焊条端部接触到坡口根部为宜,不可留有间隙,否则熔滴无法过渡到焊缝背面,会形成塌腰现象。
准:施焊时,熔孔的端点位置要把握准确,焊条的中心要对准熔池前端与母材的交界处,使每一个熔池与前一个熔池搭接2/3左右,保持电弧的1/2部分在试件背面燃烧,以加热和击穿坡口根部
8 仰焊焊接的特点
仰焊焊接电流不能太小,适当加引弧电流,焊条前倾——使点与点连接更紧凑,融合效果好,向上顶托住铁水,克服熔池铁水的重力,控制电流,为保证打底的效果电流不要太小也不能太大,太小不易焊透,融合效果差,太大会击穿,用断弧时,每一次断弧、电弧燃烧的时间要控制在基本相同。
结束语
我们经过耐心的总结和反复试验利用现代焊接电源的推力电流功能,采用反接方法,推力电流控制在6-7档位左右,推力电流是把背面焊接成型(主要是高度)达到以往只能通过直流正接而得到焊接外观质量,经过断口试验、弯曲试验、拉伸试验能保证内部质量,并且减少焊接过程中缺陷的产生,降低操作难度,从而提高了技能教学质量。
参考文献
[1]电焊工技术[M]北京:机械工业出版社,2012.[1]电焊工技术[M]北京:机械工业出版社,2012.