趙泓

摘 要：文章通過實驗來驗證F460Z高強鋼埋弧焊接工藝在海洋工程上的應用可行性，并且對海洋平臺用鋼的焊接工藝進行概述。

關鍵詞：海洋平臺用鋼；焊機；工藝概述

序言

目前我國海洋平臺用鋼強度不高、規(guī)格不全、耐腐蝕性能較差，這限制了我國自主開采海洋資源的能力，使我國能源發(fā)展受到了制約。目前國內，強度級別高的海洋平臺用鋼，還是主要依賴進口。

海洋工程用F460Z海洋平臺用鋼，具有強度高、低溫韌性好等特點，打破國外對國內高強度級別海洋平臺用鋼的壟斷地位。因此，F460Z的開發(fā)及其配套焊接技術的研究具有重要的戰(zhàn)略意義。本文通過大量試驗，對F460Z埋弧焊焊接工藝進行了研究。

1 試驗材料與方法

本文采用F460Z母材板厚為31.8mm，埋弧焊焊接材料為上海大西洋焊材生產的CHW-S3A型焊絲，焊絲規(guī)格φ4.0mm，和CHF102型燒結焊劑。

F460Z高強鋼采用埋弧自動焊焊接，根據母材化學成分，計算出碳當量Ceq=0.42，所以可不預熱。焊接試板尺寸為31.8×150×350，開Y型坡口，坡口角度為60°。在裝配焊接之前先用酒精對坡口內的油污進行清洗，裝配間隙為1-2mm，采用對稱焊接的方法進行焊接，保證試板平直。

為了研究不同焊接熱輸入和道間溫度對F460Z高強鋼焊接接頭的影響，本文擬定的F460Z試驗焊接工藝參數。按中國船級社材料與焊接規(guī)范2009標準對焊接后的試板進行取樣，試驗。

2 試驗結果與分析

2.1 不同焊接工藝對F460Z鋼焊接接頭抗拉強度的影響

F460Z鋼埋弧焊焊接接頭的抗拉強度為575-595MPa之間，且全部斷在母材，在強度方面6種工藝條件下得到的抗拉強度均能滿足中國船級社材料與焊接規(guī)范2009對F460Z焊接接頭的要求。分析數據可知，焊接熱輸入量和道間溫度是影響接頭抗拉強度的主要因素。

隨著焊接熱輸入量的增大，焊接接頭抗拉強度呈線性降低，這是因為較大的焊接熱輸入量使得焊后組織變得粗大。在15KJ焊接熱輸入、150℃道間溫度條件下，接頭抗拉強度達到最大值593MPa。

隨著多層多道焊道間溫度由150℃升高到200℃，相同熱輸入情況下焊接接頭抗拉強度均下降。這是因為，道間溫度的升高使得焊縫冷卻速度變慢，錳的強化作用減弱。

2.2 不同焊接工藝對F460Z鋼焊接接頭各區(qū)域沖擊功的影響

F460Z鋼埋弧焊焊接接頭的-60℃沖擊韌性最薄弱區(qū)域為焊縫區(qū)，焊縫金屬的沖擊功為各區(qū)的最小，其次為熔合線。熔合線外2mm和5mm區(qū)域的熱影響區(qū)沖擊功較高，這可能是因為熱影響區(qū)相變結晶區(qū)的粗晶區(qū)較窄。

道間溫度為150攝氏度時，小熱輸入條件下（15KJ），焊接接頭各區(qū)域的沖擊功均處于較好的水平，焊縫金屬沖擊功平均值達到66J，熔合區(qū)沖擊功達到96J。當焊接熱輸入增大，達到30KJ時，焊縫和熔合區(qū)沖擊韌性迅速下降，分別為39J和51J。這是因為較大的熱輸入使得原奧氏體晶粒粗大，冷卻以后得到粗大的焊縫組織，降低了焊縫和熔合區(qū)的韌性。50KJ大熱輸入焊接時，原奧氏體晶粒變得更為粗大，此時的t8/5僅為35s，冷卻后焊縫組織為粗大的一次柱狀晶和大量的側板條鐵素體，晶內針狀鐵素體也變得粗大，接頭頭沖擊性能大大降低，僅為28J，低于中國船級社材料與焊接規(guī)范2009對F460Z焊接接頭-60℃沖擊功最小值31J的要求。此時焊接熱影響區(qū)的范圍也變寬，特別是粗晶區(qū)范圍，熔合區(qū)沖擊功僅為41J。從以上分析可知，當多層多道焊道間溫度為150℃時，F460Z鋼焊接接頭沖擊韌性隨著焊接熱輸入量的增大而變差。

道間溫度為200攝氏度時，小熱輸入條件下（15KJ），焊接接頭各區(qū)域的沖擊功均處于較好的水平，焊縫金屬沖擊功平均值達到90J，熔合區(qū)沖擊功達到87J。熔合線外2mm和5mm沖擊功均為300J的水平。當焊接熱輸入增大，達到30KJ時，焊縫和熔合區(qū)沖擊韌性反而得到了提高，分別為130J和209J。這可能是因為此種條件下的焊縫冷卻速度為最佳（t8/5為27s）。因為較快的冷卻速度容易得到淬硬組織，較慢的冷卻速度使得晶粒變得粗大，都會降低焊接接頭的韌性。50KJ大熱輸入焊接時，焊縫區(qū)和熔合區(qū)沖擊功迅速降低，分別為46J和53J，但均滿足中國船級社材料與焊接規(guī)范2009對F460Z焊接接頭-60℃沖擊功最小值31J的要求。但此時焊接熱影響區(qū)的范圍變得更寬，特別是粗晶區(qū)范圍，熔合線外2mm沖擊功僅為55J，大大低于其他焊接工藝條件下得到的這個區(qū)域的沖擊功。這是因為在50KJ熱輸入200℃道間溫度條件下，高溫停留時間長，冷卻時間較長（t8/5為45.7s），使得熱影響區(qū)粗晶區(qū)范圍變大。從以上分析可知，當多層多道焊道間溫度為200℃時，F460Z鋼焊接接頭沖擊韌性隨著焊接熱輸入量的增大而先升高后降低，當焊接熱輸入為30KJ時，接頭沖擊韌性最優(yōu)。

從試驗數據可知，相同焊接熱輸入條件下，隨著多層多道焊的道間溫度從150℃升高到200℃，F460Z鋼焊接接頭的沖擊韌性得到提高。這是因為，隨著道間溫度的升高，焊縫中柱狀晶區(qū)減少，重結晶區(qū)增加，盡管道間溫度200℃時的晶粒尺寸較大，卻仍能表現出良好的韌性。但是，如果道間溫度再升高，晶粒尺寸進一步長大，將有可能導致焊縫韌性迅速下降。

3 結束語

3.1 隨著焊接熱輸入量的增大，F460Z焊接接頭抗拉強度呈線性降低。隨著多層多道焊道間溫度由150℃升高到200℃，焊接接頭抗拉強度均下降。在15KJ焊接熱輸入、150℃道間溫度條件下，接頭抗拉強度達到最大值593MPa。

3.2 當多層多道焊道間溫度為150℃時，F460Z鋼焊接接頭沖擊韌性隨著焊接熱輸入量的增大而變差。當多層多道焊道間溫度為200℃時，F460Z鋼焊接接頭沖擊韌性隨著焊接熱輸入量的增大而先升高后降低，當焊接熱輸入為30KJ時，接頭沖擊韌性最優(yōu)。

3.3 相同焊接熱輸入條件下，隨著多層多道焊的道間溫度從150℃升高到200℃，F460Z鋼焊接接頭的沖擊韌性得到提高。

3.4 綜上分析，結合海洋工程工作環(huán)境對F460Z高韌性、高強度的要求，推薦F460Z鋼焊接工藝為600A電流，30V電壓，36mm/min焊速，200℃道間溫度。

參考文獻

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