G20Mn5鑄鋼焊接用焊條探討與應(yīng)用

      作者:建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
      時(shí)間:2009-12-22 20:26:20 [收藏]

        摘 要:本文介紹40.5m×43.2m索桁架結(jié)構(gòu),其中無(wú)縫鋼管下端索夾具及上端球形支座為德標(biāo)G20Mn5鑄鋼,與Q345B無(wú)縫鋼管焊接連接。對(duì)錦泰JM-56焊絲和大西洋CHE-507焊條,通過(guò)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)進(jìn)行焊接方案對(duì)比,最終確定使用CHE507焊條。
        關(guān)鍵詞:鑄鋼 焊條 焊接

        一、焊接工程概況
        中國(guó)石油大廈工程主中庭40.5m*43.2m桁架為索桁架結(jié)構(gòu),屋面為箱型框架,下半部為球面不銹鋼索,鋼索與屋面通過(guò)不等長(zhǎng)的無(wú)縫鋼管連接。
        由于不銹鋼拉索將交織成網(wǎng)狀球面形狀,鋼索于各連接點(diǎn)所成角度均不相同,而上部與箱型屋蓋采用球型接頭和碗狀扣蓋,構(gòu)件造型復(fù)雜,因此采用鑄造形式進(jìn)行構(gòu)件加工。無(wú)縫鋼管下端索夾具及上端球形支座為德標(biāo)G20Mn5鑄鋼,無(wú)縫鋼管材質(zhì)為Q345B。無(wú)縫鋼管與鑄鋼夾具及支座以焊接形式聯(lián)接,見(jiàn)圖1、圖2。


        二、材料性能
        1.G20Mn5鑄鋼
        本次使用的鑄鋼件為德國(guó)DIN EN 10293(Steel castings for general engineering uses 10293 2005《一般工程用途鋼鑄件10293-2005》)標(biāo)準(zhǔn)中的G20Mn5鑄鋼,交貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)態(tài)QT(即淬火+回火),含碳量0.17~0.23%,添加有少量Ni成分?;瘜W(xué)成分見(jiàn)下表

        2.Q345B無(wú)縫鋼管
        無(wú)縫鋼管材質(zhì)為國(guó)產(chǎn)Q345B。其理化性能見(jiàn)下表。

        通過(guò)對(duì)兩種材質(zhì)材料性能比較,可知兩者在化學(xué)成分及力學(xué)性能上有些差別,且二者在交貨狀態(tài)上有較大差異。Q345B沒(méi)有Ni成分,沖擊韌性較低。由于G20Mn5在鑄造過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生縮孔縮松以及成分偏析、晶粒粗大等缺陷,一定程度的影響到其焊接性能。后期經(jīng)過(guò)正火、淬火和回火的調(diào)質(zhì)處理,焊接性得到改善,但由于G20Mn5鑄鋼中含有Ni成分,成分偏析導(dǎo)致的局部Ni含量過(guò)高也會(huì)增加焊接熱裂紋發(fā)生的傾向。
        三、焊材的選擇
        根據(jù)工件的體積壁厚、適用的焊接方法和材質(zhì),試用兩組焊接材料和工藝,經(jīng)試驗(yàn)比對(duì)后,取效果好的一組焊材和工藝用于實(shí)際施工。
        1.大西洋CHE507焊條
        第一組選用常用易購(gòu)的大西洋CHE507焊條手工焊條。CHE507焊條為低氫鈉型直流焊條,用于壓力容器、承壓管道強(qiáng)度型低合金鋼及強(qiáng)度型低合金鋼與耐熱型、低溫型低合金鋼之間的焊接,適用本工程結(jié)構(gòu)。焊絲理化性能見(jiàn)下表。

        2.錦泰JM-56實(shí)芯焊絲
        第二組選用JM56實(shí)芯焊絲(二氧化碳保護(hù)焊)。此型號(hào)焊絲在鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接施工中應(yīng)用廣泛,焊接工藝成熟。其理化性能見(jiàn)下表。

        對(duì)兩種型號(hào)焊材的參數(shù)比較可知,JM-56實(shí)心焊絲的熔敷金屬因?yàn)檩^低的含碳量,應(yīng)擁有更佳的韌性,實(shí)例值沖擊韌性優(yōu)于CHE507焊條,但強(qiáng)度偏高,而CHE507在強(qiáng)度上更接近于G20Mn5鑄鋼和Q345B。
        四、焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)
        1.焊接工藝及參數(shù)
        焊接參數(shù)見(jiàn)下表

        焊接時(shí),根據(jù)鑄鋼的焊接性能,提高其預(yù)熱溫度至200~250℃(見(jiàn)圖3),并對(duì)其進(jìn)行焊后250℃兩小時(shí)的后熱處理,后熱完成做保溫緩冷,以利于其消氫。焊接用焊條經(jīng)烘干箱中350℃烘烤2小時(shí)后用保溫桶儲(chǔ)存,隨時(shí)取用,以降低焊縫中的氫含量(見(jiàn)圖4)。焊接見(jiàn)圖5、圖6

        2.焊接工藝評(píng)定結(jié)果
        焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)顯示,CHE507焊條手工電弧焊一組試件拉伸試驗(yàn)合格,沖擊功試驗(yàn):熱影響區(qū)Akv≥17J,焊縫中心Akv≥85J(試件截面尺寸5mm×10mm),合格;
        二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊一組試件拉伸試驗(yàn)合格,沖擊功試驗(yàn):熱影響區(qū)Akv≥16J,焊縫中心Akv≥54J(試件截面尺寸5mm×10mm),不合格。
        根據(jù)焊接工藝評(píng)定結(jié)果,并且考慮堿性焊條熔渣脫硫、脫磷能力強(qiáng),抗熱裂及冷裂性能好的優(yōu)點(diǎn)更適用于焊鎳鑄鋼的焊接,最后決定使用CHE507焊條手工電弧焊。
        五、現(xiàn)場(chǎng)焊接結(jié)果
        現(xiàn)場(chǎng)焊接完成后經(jīng)自檢和第三方超聲波探傷,一次合格率96%,復(fù)檢合格率100%,沒(méi)有發(fā)生焊接裂紋。焊縫外觀成型平整美觀,無(wú)明顯咬邊,無(wú)需打磨即可直接進(jìn)行氟碳噴涂作業(yè)。見(jiàn)圖7、圖8。

        結(jié)論
        G20Mn5鑄鋼作為一種較少應(yīng)用的焊接結(jié)構(gòu)材料,我們通過(guò)深入查找其相關(guān)技術(shù)資料,以理論為指導(dǎo),結(jié)合對(duì)比試驗(yàn)的實(shí)踐方法,驗(yàn)證了CHE507手工焊條適用于G20Mn5鑄鋼的焊接,且提供了一套可參考的工藝參數(shù)和方法。恰當(dāng)?shù)念A(yù)、后熱處理是此型材料焊接的關(guān)鍵。
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