[發明專利]一種Q345qE結構鋼的焊接工藝

在審

• 申請號: 201510355615.0
• 申請日: 2015-06-24
• 公開（公告）號: CN105081528A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 周觀根;吳志新;楊弘生;陳海江;游桂模;王永梅;張珈銘;萬敬新
• 申請（專利權）人: 浙江東南網架股份有限公司
• 主分類號: B23K9/16
• 分類號: B23K9/16;B23K9/18;B23K9/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體;沈相權

1.一種Q345qE結構鋼的焊接工藝，其特征在于按以下步驟進行：

一、焊前準備:

(1)、確定焊接方法：

采用手工焊條電弧焊、CO₂氣體保護焊和埋弧焊的焊接方法；其中，手工焊條電弧焊主要用于現場安裝填充量較少的焊縫，填充量較大的焊縫采用CO₂氣體保護焊；車間制作采用CO₂氣體保護焊和埋弧焊，以提高焊接效率；

(2)、焊接材料的選用：

①、焊材熔敷金屬力學性能應與Q345qE結構鋼的力學性能相匹配，Q345qE結構鋼的力學性能：

拉伸強度為490MPa，斷后伸長率為20％，試驗溫度為-40℃，沖擊吸收能量不小于47KV2/J；

②、焊材化學成分及性能指標要求：

氣保焊絲和焊條的化學成分要求為熔敷金屬化學成分要求，埋弧焊絲化學成分要求為焊絲化學成分要求，見下表：

(3)、《鐵路橋梁鋼結構設計規范》TB10002.2-2005和《鐵路鋼橋制造規范》TB10212-2009中規定的焊材選配要求：

①、焊接性能應與基材相匹配，選用的焊接材料、焊接工藝，均應根據設計要求通過焊接工藝評定；

②、整體節點焊接接頭，包括焊縫金屬和熱影響區，沖擊韌性不得低于母材標準，焊接材料原則上應與設計選用的鋼材相匹配；

(4)、按以上要求確定各種焊接材料的選配基本原則：

①、CO₂氣體保護焊用藥芯焊絲執行標準《碳鋼藥芯焊絲》GB/T10045-2001，選用的氣保焊絲的熔敷金屬化學成分和熔敷金屬力學性能參考型號為E50XT-1的藥芯焊絲，但沖擊試驗結果要求同母材；

②、埋弧焊絲執行標準《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》GB/T12470-2003和生產廠家企標，但對熔敷金屬沖擊試驗結果要求同母材；埋弧焊焊絲化學成分參考牌號為H10Mn2的埋弧焊絲，但S、P含量要嚴于H10Mn2，同時對鎳含量有限制；

③、手工電弧焊用焊條執行標準《低合金鋼焊條》GB/T5118-1995選用的手工電弧焊用焊條的熔敷金屬化學成分和熔敷金屬力學性能參考型號為E5015(16)-G的焊條，但沖擊試驗結果要求同母材；

④、熔敷金屬拉伸試驗結果應符合下表規定：

熔敷金屬沖擊試驗結果應符合下表規定：

⑤、通過對母材性能的分析，結合對市場現有焊材情況及性價比的調查，確定了相應的匹配焊接材料，所選用焊條型號為E5015-G(牌號CJ507Q)、CO₂氣體保護焊絲型號為E501T-1L(牌號YCJ501Ni-1)、埋弧焊絲和焊劑牌號MCJQ-1+SJ101；

焊材進廠后，首先進行焊材復驗，焊材復驗結果如下：

(5)、坡口加工及焊前裝配應符合施工圖紙及規范要求，焊接坡口及裝配間隙對焊縫質量有直接的影響，焊接前必須徹底清除待焊區域及距焊縫坡口邊緣30mm范圍內的有害物；

(6)、焊條電弧焊和自保護藥芯焊絲電弧焊，當焊接作業區風速超過8m/s，氣體保護電弧焊，當焊接作業區風速超過2m/s時，應采取有效措施，以保障焊接電弧區域不受影響，施焊環境濕度應不小于80％；焊接溫度不應低于5℃；

二、焊接規范及要求：

(1)、焊前預熱溫度要求：

根據工藝評定試驗，焊前預熱溫度應符合下表的規定要求：

注：①、T形接頭焊接時，應提高預熱溫度20℃；②、不等厚接頭焊接時，應按厚板選用預熱溫度；

預熱范圍一般為焊縫每側100mm以上，預熱溫度宜在焊件受熱面的背面測量，測量點應在離電弧經過前的焊接點各方向不小于75mm處；

(2)、焊接規范參數：

焊接規范參數選用應參照下表：

(3)、不應在焊縫以外的母材上打火、引弧；引弧板、引出板應符合下列要求：

①、引、出弧板的鋼材應選用與所焊鋼材焊接性能相近的鋼材，坡口形式應與被焊焊縫相同，禁止使用其它材質的材料充當引、出弧板；

②、在焊接接頭的端部設置對齊的焊縫引、引出板，使焊縫在提供的延長段上引弧和終止，手工電弧焊和氣體保護電弧焊焊縫引出長度宜大于25mm，埋弧焊縫的引出長度宜大于80mm；

③、焊接完成并完全冷卻后，采用火焰切割方法除去引弧板和引出板，并修磨焊縫端部平整，嚴禁用錘擊落引弧板和引出板；

(4)、手工電弧焊和CO₂氣保焊底層焊道的厚度應≥6mm，但不得大于8mm；打底焊允許作輕微擺動；當手工電弧焊焊道寬度大于焊條直徑4倍、CO2氣保焊的焊道寬度大于20mm時，采用分道焊接，搭接寬度應控制為焊道寬度的1/3～1/2；焊縫搭接時應注意焊縫與焊縫間應過渡良好，避免產生搭接凹陷，埋弧焊填充焊道最大厚度為6mm；

(5)、多層焊時應連續施焊，每一焊道焊接完成后應及時清理焊渣及表面飛濺物，發現影響焊接質量的缺陷時，應清除后方可再焊；每道焊縫的焊接收弧時務必應填滿弧坑；

(6)、焊接過程應連續進行，在連續焊接過程中應控制層間溫度＜230℃，但不應低于最低預熱溫度，如低于此溫度應進行加熱；

(7)、全焊透焊縫的清根應從反面進行，清根后的凹槽應形成不小于10°的U形坡口；凹槽表面應光潔、無夾碳、粘渣等，碳弧氣刨后，應使用砂輪打磨刨槽表面，去除滲碳淬硬層及殘留熔渣；

(8)、當板厚≥40mm時，焊縫焊接完成后，立即覆蓋多層保溫棉保溫緩冷；

三、焊接檢驗及焊接缺陷返修：

(1)、焊接質量檢驗應做好焊前檢驗、焊接過程檢驗及焊后質量檢驗；

(2)、焊前檢驗的主要內容為：檢驗鋼材質量保證書及復驗報告；焊材合格證及復驗報告、坡口加工質量及尺寸、組對質量及尺寸、焊材烘干情況、焊接設備狀況、焊工資格；

(3)、焊接過程檢驗主要內容為：焊工執行焊接工藝情況，包括預熱、調整規范參數、焊道布置、焊道中間清理、焊縫蓋面質量及外形尺寸控制；

(4)、焊后質量檢驗主要按TB10212-2009、JGJ81-2002有關規定對焊縫外觀及外形尺寸等進行檢查，檢查合格后再進行無損檢測；

(5)、焊縫外觀檢查：

①、所有焊縫應冷卻到環境溫度后進行外觀檢查，Q345鋼的焊縫應在焊接完成24h后檢查結果方可作為驗收依據；

②、外觀檢查一般用目測，裂紋的檢查應輔以5倍放大鏡并在適當的光照條件下進行，尺寸的測量應用量具、卡規；

③、焊縫外觀質量應符合下列規定：

1、所有焊縫必須在全長范圍內進行外觀檢查，不得有裂紋、未熔合、夾渣、未焊滿弧坑和焊瘤等缺陷；一級焊縫不得存在未焊滿、根部收縮、咬邊和接頭不良缺陷，一級、二級焊縫不得存在表面氣孔、夾渣、裂紋和電弧擦傷缺陷；

2、其余外觀質量除應符合上述條款的要求外，尚應滿足下面二張表的有關規定：

注：t為母材厚度

(6)、焊縫尺寸應滿足設計圖紙要求，如圖紙無相關要求則應符合下列規定：

①、對接焊縫的焊縫寬度應符合下表的規定：

②、對接焊縫余高和錯邊允許偏差見下表：

③、角焊縫焊腳尺寸和余高允許偏差見下表：

注：hf>8.0mm的角焊縫其局部焊腳尺寸允許低于設計要求值1.0mm，但總長度不得超過焊縫長度的10﹪；

(7)、無損檢測：

①、無損檢測應在外觀檢查合格后進行；

②、焊縫無損檢測報告簽發人員必須持有相應檢測方法的II級或II級以上的資格證書；

③、設計要求全熔透的一、二級焊縫應采用超聲波探傷進行內部缺陷的檢驗，其內部缺陷分級及探傷方法應符合現行國家標準《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB11345；

(8)、焊接缺陷返修：

①、經外觀及無損檢測發現的超標缺陷，應由檢驗員填寫返修通知單，送達車間，通知單應標注缺陷性質、部位、深度、大小；

②、如超標缺陷為氣孔、夾渣、焊瘤、余高過大或接頭鼓凸，應采用砂輪打磨修飾等加以清除，必要時應進行焊補，對焊縫尺寸不足，局部缺肉、凹陷、低洼、咬邊、弧坑未填滿或角焊縫過渡不良等缺陷應進行焊補，而后打磨修飾；

③、對無損檢測確定的焊縫內部存在的超標缺陷，在返修前應首先根據無損檢測確定的缺陷位置、深度、大小、長短等采用砂輪打磨或碳刨清除缺陷；缺陷為裂紋時，碳刨前應在裂紋兩端鉆止裂孔，并清除裂紋及其兩端各50mm長的焊縫或母材；

④、清除缺陷時應刨槽加工成底部呈圓弧形，而前、后、左、右側邊均應加工成斜坡，近似焊接坡口，如采用碳刨則還應采用砂輪打磨清除其表面的滲碳層與熔渣；必要時還應用磁粉探傷方法確定裂紋是否徹底清除；

⑤、根據板厚按表4確定預熱溫度，返修前如需進行預熱，其預熱溫度比規定再提高15～25℃；

⑥、焊接返修時應在坡口內引弧，熄弧時應填滿弧坑；多層焊時，焊層之間接頭應錯開，焊縫長度一般應不小于100mm；當焊縫長度超過500mm時，應采用分段退焊法；

⑦、返修焊接時應連續進行，但應控制層間溫度<230℃，且不應低于預熱溫度；焊接過程中宜采用錘擊法作局部消應處理，但打底焊縫及蓋面焊縫禁止用錘擊法；

⑧、為防止產生裂紋，宜采用焊后立即進行后熱保溫緩冷措施；

⑨、同一部位返修不宜超過二次，焊縫正、反面各作為一個部位；

⑩、返修焊接時應由焊接工程師到場進行技術交底，并進行指導和監督；

返修焊接應作好返修施工記錄及返修前后的無損檢測報告。

四、生產中出現的質量問題及處理措施：

在實際生產中，手工電弧焊及埋弧焊的一次合格率都比較高，出現問題比較多的主要為CO₂氣保焊藥芯焊絲打底、填充存在夾渣現象偏多，經現場實際調查，并分析產生夾渣的原因如下：

(1)、采用藥芯焊絲焊絲焊接時，產生熔渣較實芯焊絲多，多層焊時如未清理干凈，則產生夾渣；

(2)、對于Q345q級鋼，為滿足低溫沖擊要求，在藥芯焊絲藥粉內添加了鎳合金成分，添加鎳可提高焊縫金屬對缺口的敏感性，進而使沖擊功滿足母材要求；但合金元素的添加導致熔池金屬流動性變差，進而不利用熔渣的浮出，導致夾渣；

(3)、焊速過慢，焊渣超前，焊渣來不及浮起；

(4)、在焊接過程中或清根時，由于處理不當，在翼緣板側或根部產生尖銳的夾角；焊接時在尖角處生成熔渣，熔渣有一定粘度，又緊貼翼緣板，冷卻速度快，熔池冷卻凝固后，熔渣還未來的及浮出而產生夾渣，具體分如下三種情況：

①、由于焊道成形不良，前一道焊縫與翼緣板側產生尖銳的夾角；后道焊縫焊接后，在前道焊縫形成的尖角處產生夾渣；

②、前一道焊縫與母材產生咬邊過深，形成一尖角；后道焊縫焊接后，在前道焊縫形成的尖角處產生夾渣；

③、碳刨清根時，在根部形成一尖角；焊接后在尖角處產生夾渣；

根據上述原因分析，確定預防夾渣缺陷的注意事項及采取的措施：

①、藥芯焊絲焊接電弧較軟，電弧穿透性差、熔深淺，每道焊縫焊接完畢后，認真清除表面的熔渣，如發現表面夾渣則采用磨光機打磨或碳刨清除干凈后，再進行下道焊縫的焊接；坡口寬度較寬時，應采用分道焊進行焊接，不應寬擺動；

②、焊接過程中，焊絲送進要均勻，以利熔渣浮起；始終保持清晰的熔池，使熔渣與熔池良好分離；適當增大焊接電流，保證熔池停留時間，防止冷卻過快，以利熔渣浮出；

③、注意每道焊縫的成形質量，焊縫金屬應圓滑過渡到母材，避免焊縫與翼緣板側母材出現尖角；避免出現咬邊現象；反面清根時，應清根刨削出圓滑坡口形狀，避免出現尖角現象；

④、將構件的一端墊起5°～8°，目的是使焊接過程中產生的熔渣向熔池后流動，使熔渣浮在熔池后面；

(5)、適當提高預熱溫度以減緩熔池的凝固速度；

(6)、要求焊絲生產單位根據實際情況，對其生產的焊絲的脫渣工藝性能也進行調整。