1、二OO七年七月Q420高強(qiáng)鋼性能分析與焊接工藝評(píng)定0前言自20世紀(jì)60年代以來，低合金高強(qiáng)鋼領(lǐng)域獲得了驚人的進(jìn)展，由此而構(gòu)成了“現(xiàn)代低合金高強(qiáng)鋼，在合金設(shè)計(jì)及消費(fèi)工藝諸方面導(dǎo)入了許多新的概念，主要的是： Nb、V、Ti等劇烈碳化物構(gòu)成元素的運(yùn)用，及以晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化為主要內(nèi)容的鋼的強(qiáng)韌化機(jī)理的建立，出現(xiàn)了新一代的低合金高強(qiáng)鋼，即以低碳、高純真度為特征的微合金化鋼；低合金高強(qiáng)度鋼不再是“簡(jiǎn)易消費(fèi)的普通低合金鋼，而是采用一系列現(xiàn)代冶金新技術(shù)消費(fèi)的精細(xì)鋼類，包括鐵水預(yù)處置、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、鋼包冶金、連鑄、控扎控冷熱機(jī)械處置等技術(shù)得到普遍運(yùn)用，已成為低合金高強(qiáng)度鋼的根本消費(fèi)流程。 高強(qiáng)鋼的焊接性能

2、也是桿塔設(shè)計(jì)和制造部門比較關(guān)懷的一個(gè)問題，這主要包括兩個(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。假設(shè)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，易構(gòu)成熱裂紋，冷卻速度較快時(shí)，有明顯的冷裂傾向。0前言防止熱裂紋的措施在焊接資料上采用含Mn較高的焊材和焊劑，可降低焊縫中的含碳量和提高焊縫中的含錳量處理熱裂紋的問題。1 運(yùn)用低氫焊條2 焊前預(yù)熱3 后熱處置或 焊后緩冷防止冷裂紋的措施1.焊接性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容3.焊接工藝評(píng)定的相關(guān)內(nèi)容2.Q420焊接性實(shí)驗(yàn)4.Q420焊接工藝評(píng)定5.Q420焊接技術(shù)管理人員及焊工培訓(xùn) 評(píng)價(jià)母材焊接性能的好壞，確定合理的焊接工藝參數(shù)。 即金屬工藝焊接性和

3、對(duì)該金屬進(jìn)展焊接后的運(yùn)用焊接性。 1. 焊接性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容 目的焊接性內(nèi)涵 明確焊接接頭所在部件的運(yùn)用性能的要求明確一個(gè)概念：一個(gè)沒有缺陷即無損檢測(cè)合格的焊接接頭不一定可以滿足運(yùn)用性能的要求。最常用的方法直接法焊接裂紋實(shí)驗(yàn)冷裂紋實(shí)驗(yàn)、熱裂紋實(shí)驗(yàn)、再熱裂紋實(shí)驗(yàn)、脆性斷裂計(jì)算法間接法碳當(dāng)量法、焊接裂紋敏感指數(shù)法運(yùn)用焊接性焊接性實(shí)驗(yàn)方法及選擇1.焊接性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容 Pcm=C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+ Ni/60+Mo/15+V/10+5B式中：Pcm開裂碳當(dāng)量， T鋼材厚度，mm H分散氫含量，ml/100gPc0.3有冷裂傾向根部裂紋預(yù)熱溫度T01440Pc-392裂紋敏感指

4、數(shù)Pc=Pcm+T/600+H/601.焊接性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容表 部分碳當(dāng)量計(jì)算公式推薦者碳當(dāng)量公式（100）適用范圍國(guó)際焊接學(xué)會(huì)CE=C + Mn/6 + (Ni+Cu)/15 + (Cr+Mo+V)/5中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼（400700MPa),C%0.18%日本焊接學(xué)會(huì)Ceq=C+ Mn/6+Si/14+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金高強(qiáng)鋼（5001000MPa),調(diào)質(zhì)非調(diào)質(zhì)均可C%0.18%日本伊藤Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B強(qiáng)度級(jí)別為400900MPa低合金高強(qiáng)鋼C%0.17%日本鈴木CEN

5、=C+A(C)Si/24+Mn/16+Cu/15+Ni/20+(Mo+Cr+V+Nb)/5+5B式中：A(C)-碳的適應(yīng)系數(shù) A(C)0.75+0.25tgh20w(C)-0.12含碳量0.034%0.254%的低合金高強(qiáng)鋼日本伊藤Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/5+V/10+23B*式中：B*=B(總量）10.8/14.1N(總量）-Ti/3.4NTi/3.4時(shí)， B*=B(總量）低碳微合金化（Mo,V,Ti，Nb,B等）的控軋鋼和細(xì)晶粒鋼1.焊接性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)2.1 焊接冷裂紋敏感性分析 鋼材的焊接冷裂紋敏感性普通與母材和焊縫

6、金屬的化學(xué)成分有關(guān)，為了闡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)量來表示。計(jì)算碳當(dāng)量的公式很多，對(duì)于Q420鋼，采用了國(guó)際焊接學(xué)會(huì)IIW引薦的非調(diào)質(zhì)鋼碳當(dāng)量CeqIIW計(jì)算公式公式1和日本工業(yè)規(guī)范JIS引薦的碳當(dāng)量Ceq(JIS)計(jì)算公式公式2進(jìn)展計(jì)算。2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)CeqIIW=C+ 1CeqJIS=C+ 2 根據(jù)JGJ81-2002規(guī)定：鋼材碳當(dāng)量小于0.38，焊接難度普通；在0.380.45范圍內(nèi)，焊接程度較難。2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)JGJ81-2002中對(duì)建筑鋼構(gòu)造工程的焊接難度區(qū)分原那么 焊接難度影響 因素節(jié)點(diǎn)復(fù)雜程度和拘束度 板厚（mm） 受力狀態(tài) 鋼材碳當(dāng)量1

7、Ceq(%) 一般簡(jiǎn)單對(duì)接、角接，焊縫能自由收縮 t30 一般靜載拉、壓 0.38較難復(fù)雜節(jié)點(diǎn)或已施加限制收縮變形的措施30t80 靜載且板厚方向受拉或間接動(dòng)載 0.380.45 難復(fù)雜節(jié)點(diǎn)或局部返修條件而使焊縫不能自由收縮t80 直接動(dòng)載、抗震設(shè)防烈度大于8度 0.45 注：1按國(guó)際焊接學(xué)會(huì)IIW公式， %適用于非調(diào)質(zhì)鋼焊接難度2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)2.2 熱影響區(qū)最高硬度實(shí)驗(yàn) 熱影響區(qū)最高硬度實(shí)驗(yàn)是以測(cè)定焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向來評(píng)定鋼材的冷裂紋敏感性。實(shí)驗(yàn)按照GB4675.5-84的規(guī)定進(jìn)展。2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn) 試樣檢測(cè)面經(jīng)打磨拋光后，用2%硝酸酒精溶液淺腐蝕后，參照GB4675.

8、5如下圖。圖 硬度的檢測(cè)位置2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)實(shí)例： 表 Q420角鋼熱影響區(qū)最高硬度實(shí)驗(yàn)試件編號(hào)硬度HV0.2平均硬度HV1（不預(yù)熱）254，268，255，261，244，254，264，276276，288，280，264，291，291，2672692（預(yù)熱150 ）245，264，271，262，251，267，252，251257，235，238，245，255，256，2542542. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)2.3 斜Y坡口焊接裂紋實(shí)驗(yàn)斜Y坡口焊接裂紋實(shí)驗(yàn)小鐵研主要是評(píng)定焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋的傾向性。實(shí)驗(yàn)參照GB4975.1-84的規(guī)定進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)焊縫終了后，經(jīng)48小時(shí)后進(jìn)展裂

9、紋檢查。2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)實(shí)例：表 Q420角鋼斜Y坡口焊接裂紋實(shí)驗(yàn)試件編號(hào)表面裂紋率斷面裂紋率1（不預(yù)熱）015.68%2（預(yù)熱150 ）00當(dāng)環(huán)境溫度低于5時(shí)，應(yīng)進(jìn)展焊前預(yù)熱150，以防止產(chǎn)生冷裂紋。 2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)2 .4 鋼材的韌脆轉(zhuǎn)變溫度以得到27J的V型夏比沖擊值所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度作為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，測(cè)定Q420的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。測(cè)定方法如下：直接將角鋼加工成沖擊試樣,并分別在20、0、-20和-40下進(jìn)展沖擊實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷出沖擊值為27J時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度即為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。沖擊功值見以下圖。 2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)實(shí)例：圖 Q420韌脆轉(zhuǎn)變溫度結(jié)果闡明：0時(shí)Q42

10、0角鋼的沖擊值大于27J, -5時(shí)沖擊值約在27J，因此Q420的韌脆轉(zhuǎn)變溫度約在-5。加工單位應(yīng)留意：在冰冷地帶施工時(shí)不要呵斥構(gòu)件的損傷，如缺口等。2. Q420焊接性實(shí)驗(yàn)3.焊接工藝評(píng)定的相關(guān)內(nèi)容 驗(yàn)證擬定的焊接工藝方案能否正確 為制定焊接作業(yè)指點(diǎn)書提供可靠根據(jù)選好規(guī)程事半功倍 Q420焊接工藝評(píng)定JGJ81-2002 ？ 目的根據(jù)編制焊接工藝指點(diǎn)書加工及焊接試件理化實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)定編制焊接工藝評(píng)定報(bào)告焊接工藝文件YN焊接工藝評(píng)定程序3. 焊接工藝評(píng)定的相關(guān)內(nèi)容焊接工藝評(píng)定規(guī)程對(duì)焊接工藝評(píng)定的要求某種鋼材或焊接方法的評(píng)定結(jié)果可以替代焊接消費(fèi)不能替代重新進(jìn)展評(píng)定3. 焊接工藝評(píng)定的相關(guān)內(nèi)容4

11、 Q420焊接工藝評(píng)定如何選擇焊接資料怎樣確定焊接接頭性能目的 與Q420鋼材的化學(xué)成分及力學(xué)性能堅(jiān)持一致遵照同一原那么表 Q420鋼焊接接頭性能目的材料類別標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度MPa屈服強(qiáng)度MPa延伸率%沖擊吸收功J母材JGJ815206804201834（20）評(píng)定指標(biāo)手工焊52042018焊縫34（20）HAZ34（20）埋弧焊52042018焊縫34（20）HAZ34（20）CO252042018焊縫34（20）HAZ34（20）4. Q420焊接工藝評(píng)定焊接工藝評(píng)定 試樣4. Q420焊接工藝評(píng)定拉伸試樣沖擊試樣側(cè)彎試樣T形接頭彎曲試樣焊接質(zhì)量檢查 1 焊工及無損檢測(cè)人員的資質(zhì) 2 焊接工藝

12、技術(shù)文件能否齊全 焊評(píng) 報(bào)告、指點(diǎn)書、記錄表、檢驗(yàn)結(jié)果 3 外觀檢查未焊滿、根部收縮、咬邊、外表氣孔、夾渣、裂紋、電弧擦傷 4 無損檢測(cè)磁粉、浸透、射線、超聲4. Q420焊接工藝評(píng)定檢查內(nèi)容按照焊接規(guī)程JGJ81施工圖紙和技術(shù)文件要求。 實(shí)現(xiàn)理想的焊接、要得到可靠的焊接結(jié)果，焊接必需在特定的工藝控制下完成；質(zhì)量檢驗(yàn)是關(guān)鍵如何實(shí)現(xiàn)最為理想的焊接小結(jié)4. Q420焊接工藝評(píng)定 基于Q420高強(qiáng)鋼的焊接特點(diǎn)，特別是由于其碳當(dāng)量較高，容易產(chǎn)生延遲裂紋的特征，在質(zhì)量檢驗(yàn)環(huán)節(jié)僅僅保證外觀監(jiān)視是不行的，控制延遲裂紋的根本做法是嚴(yán)格控制在焊接過程中的一些根本參數(shù)，在作業(yè)人員相關(guān)知識(shí)匱乏的情況下，質(zhì)量檢驗(yàn)人員

13、的作用尤為重要。 焊接接頭的常見缺陷應(yīng)留意以下常見焊接缺陷： 焊瘤，亦稱滿溢。熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上，堆積構(gòu)成焊瘤。在焊瘤處，常伴有部分未熔合。焊瘤是由填充金屬過多引起的，與間隙和坡口尺寸大小、焊速高低有關(guān)。4. Q420焊接工藝評(píng)定1焊瘤 沿著焊縫與母材交界部位燒熔構(gòu)成凹陷或溝槽的景象，稱之為咬邊。由于焊縫與母材交界處被熔去一定深度，而填充金屬又未能及時(shí)補(bǔ)充，即構(gòu)成咬邊，如下圖。焊接時(shí)電流過大且焊速高時(shí)，以及焊條角度不當(dāng)時(shí)，都能夠產(chǎn)生這種缺陷。2咬邊4. Q420焊接工藝評(píng)定3燒穿 燒穿是指部分熔化金屬自焊縫反面流出，構(gòu)成穿孔的景象。這種缺陷在管壁較薄地鋼管相貫節(jié)點(diǎn)焊接時(shí)，最容

14、易發(fā)生。當(dāng)焊接電流過大，焊速過慢或電弧在某處停過久或間隙坡口尺寸過大時(shí)，都有能夠構(gòu)成這種缺陷。4. Q420焊接工藝評(píng)定4弧坑 弧坑，是指在焊縫末端所構(gòu)成的橢圓行凹坑。它是由操作者在即將焊完收弧時(shí)，電弧忽然撤離所呵斥。4. Q420焊接工藝評(píng)定5未焊透 熔焊時(shí)，焊接接頭根部未完全焊透的景象，稱為未焊透，如下圖。未焊透意味著焊接接頭受力截面減少，嚴(yán)重影響焊接接頭，而且，它是應(yīng)力最容易集中的地方。在鋼管相貫節(jié)點(diǎn)焊縫中，是不允許有未焊透缺陷存在的。這種缺陷無法用肉眼發(fā)現(xiàn)，普通要經(jīng)過X光、超聲波等探傷才干發(fā)現(xiàn)。構(gòu)成未焊透的主要緣由，是焊接電流太小，焊速過高或坡口角度太小，鈍邊太厚以及焊條直徑過大等。4. Q420焊接工藝評(píng)定6未熔合 熔焊時(shí)，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未能完全熔化的部分稱為未熔合。4. Q420焊接工藝評(píng)定7夾渣 殘留在焊縫中的熔渣和其它外來物即為夾渣。焊接時(shí)，電流過小，焊速過快，致使焊縫金屬冷卻太快，夾渣來不及浮出；運(yùn)條不正確，熔渣不易浮出，多層焊時(shí)前層焊縫的熔渣未去除干凈等都能呵斥夾渣。4. Q420焊接工藝評(píng)定 氣孔是焊縫常見的工藝缺陷之一，按其在焊縫的位置可分為外表氣孔和內(nèi)部氣孔。8氣孔4. Q420焊接工藝評(píng)定9裂紋 消費(fèi)中由于各鋼種和焊接構(gòu)造本