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        杭州東站站房地下通道鋼結構焊材選用要求

        2014-11-24 08:22:10浙江東南網(wǎng)架股份有限公司杭州311029楊弘生周觀根吳志新
        金屬加工(熱加工) 2014年2期
        關鍵詞:夾渣焊材熔渣

        浙江東南網(wǎng)架股份有限公司(杭州 311029)楊弘生 周觀根 吳志新

        1.Q345級、Q345GJ級和Q345q級鋼材的對比

        杭州鐵路樞紐杭州東站擴建工程大量采用了Q345qE、Q345qD鋼板,其執(zhí)行標準為《橋梁用結構鋼》GB/T714—2008。Q345q級力學性能指標與Q345級、Q345GJ級鋼材對比如表1所示。由表1可知,Q345級、Q345GJ級和Q345q級鋼材的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率接近,但Q345q級鋼材沖擊吸收能量比Q345級、Q345GJ級鋼高38.2%。

        表1

        2.焊接材料的選配原則

        (1)焊材選配基本要求 ①焊接性能應與基材相匹配。②焊接接頭(包括焊縫金屬和熱影響區(qū))沖擊韌性不得低于母材標準。

        (2)確定焊接材料的選配基本原則 ①CO2氣體保護焊用藥芯焊絲執(zhí)行標準《碳鋼藥芯焊絲》GB/T10045—2001,焊絲的熔敷金屬化學成分和力學性能參考E50XT—1,但沖擊試驗要求同母材。②埋弧焊絲執(zhí)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,熔敷金屬沖擊試驗要求同母材。焊絲化學成分參考牌號為H10Mn2,但對S、P含量控制要嚴于H10Mn2,對鎳含量有限制。③焊條執(zhí)行標準《低合金鋼焊條》GB/T5118—1995,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焊條,但沖擊試驗要求同母材。

        3.焊接材料的化學成分及性能指標

        對于本工程主要采用的Q345qE鋼,其沖擊試驗溫度為-40℃,沖擊吸收能量值要求≥47J,因此與其對應的焊接材料熔敷金屬沖擊試驗也應滿足此要求;對于Q345qD鋼,其沖擊試驗溫度為-20℃,沖擊吸收能量值要求≥47J,因此與其對應的焊接材料的熔敷金屬沖擊試驗也應滿足此要求。但為了便于生產施工管理,將Q345qE級鋼和Q345qD級鋼選用焊材的沖擊試驗要求統(tǒng)一規(guī)定:沖擊溫度為-40℃,沖擊吸收能量值≥47J。

        焊材化學成分及性能指標要求如下:①氣體保護焊焊絲、焊條的化學成分及埋弧焊絲的化學成分如表2所示。②熔敷金屬拉伸試驗結果應符合表3規(guī)定。③熔敷金屬沖擊試驗結果應符合表4規(guī)定。

        表2 化學成分要求

        表3 熔敷金屬拉伸試驗結果

        表4 熔敷金屬沖擊試驗結果

        4.焊材具體型(牌)號及廠家選定

        根據(jù)上述選用要求,與國內知名的幾家焊接材料生產廠家聯(lián)系,優(yōu)選規(guī)模大、所生產焊材類型多、技術實力強的生產廠家,確定其是否能提供滿足選用要求的焊材。最終選擇了武漢鐵錨焊接材料股份有限公司生產的CO2氣體保護焊焊絲(YCJ501Ni—1)、焊條電弧焊焊條(CJ507Ni)、埋弧焊焊絲(MCJQ—1)三種焊接材料。焊材進廠后,首先進行焊材復驗,焊材復驗結果如表5所示。

        表5 焊材進廠復驗結果

        5.CO2氣體保護焊采用實芯焊絲的可行性問題分析

        現(xiàn)有焊絲國標《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T8110—2008中,ER50XX—X系列焊絲,雖熔敷金屬拉伸試驗能滿足Q345qE母材指標要求,但沖擊試驗只能夠滿足-30℃、沖擊吸收能量值≥27J的要求。焊材廠家也沒有能夠滿足相應要求的實芯焊絲;即使有,其采用的保護氣體也為富氬氣混合氣體(80%Ar+20%CO2)。

        采用富氬氣保護氣體,優(yōu)點是合金燒損減少,焊縫更利于獲得優(yōu)良的力學性能,焊縫外觀成形好,飛濺少;缺點是焊接成本提高,焊接時對油、銹及水分等雜質的敏感性增大,故焊前需嚴格清除被焊坡口表面的鐵銹、油污及水分等雜質,否則對焊接工藝性能及焊縫力學性能極為不利。

        目前鋼結構企業(yè)氣體保護焊保護氣體普遍采用的是CO2氣體。有的企業(yè)已經在車間采用管道集中供CO2氣體,我公司車間即普及采用管道供氣。這樣減少了員工搬運換氣瓶的時間,進而提高了工作效率;而對于采用混合氣體,只能采取瓶裝混合氣體,無論從工作效率還是生產成本上考慮都是不經濟的。因此未采用實芯焊絲用于橋梁結構鋼焊接。

        6.H型鋼焊接出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象

        工程中的框架結構鋼梁為焊接H型鋼,截面積為H2750mm×1200mm×40mm×50mm,長度為20 400mm,采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊進行打底、填充焊縫的焊接,門式埋弧焊進行蓋面焊接。在打底、填充焊接完成后,進行UT檢測,發(fā)現(xiàn)存在個別構件在靠近H型鋼翼緣板側出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象,且深度不等,大小不一,如圖1所示,在深度10~30mm不等的陰影區(qū)域可能會出現(xiàn)夾渣缺陷。

        圖1 夾渣示意

        經現(xiàn)場實際調查,分析產生夾渣的原因如下:①采用藥芯焊絲焊接時,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Q345qE級鋼,為滿足低溫沖擊要求,焊絲藥粉添加了鎳等合金成分,使沖擊吸收能量滿足母材要求。但合金元素的添加導致熔池金屬流動性變差,不利于熔渣的浮出,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,處理不當,在翼緣板側或根部產生尖銳夾角。焊接時在尖角處生成熔渣,熔渣有一定粘度,緊貼翼緣板,冷卻快,熔池凝固后熔渣還未來得及浮出而產生夾渣,具體分如下三種情況,如圖2~圖4所示。

        圖2

        圖3

        圖4

        根據(jù)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)尖角;避免出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象;反面清根時,應清根刨削出圓滑坡口形狀,避免出現(xiàn)尖角現(xiàn)象。④將構件的一端墊起5°左右(見圖5),焊接方向如圖5中箭頭所示,目的是使焊接過程中產生的熔渣向熔池后流動,使熔渣浮在熔池的后面。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(jù)實際情況,對其生產的焊絲脫渣工藝性能進行調整。

        圖5

        總結確定以上原因后,對焊工技術交底,在焊接過程中認真執(zhí)行上述注意事項和措施,使焊接過程中夾渣缺陷的產生幾率大大降低。

        7.結語

        (1)通過對Q345q級鋼母材性能的分析,結合對市場現(xiàn)有焊材情況的調查,確定了相應的匹配焊材,滿足了焊接生產的需要。

        (2)對于焊工來講,鋼結構企業(yè)不同于其他的涉及焊接施工企業(yè),不是流水作業(yè),構件形式不同,有板對接、T型、箱形,焊接位置又涉及平焊、橫焊和立焊,甚至涉及仰焊位置。焊工從一種構件形式或焊接位置過渡到另一種構件形式或焊接位置,需要有一個適應期;從一種焊接材料過渡到另一種焊接材料同樣需要一個適應周期。因此在焊工構件形式轉換和焊接材料變化前,一定要對焊工進行技術交底,讓其產生足夠的重視,同時在焊材變化前,應加強對新焊材進行試用,待其對新焊材的工藝性能有充分的了解和適應后,再進行實際構件的焊接。

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