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        鋼板樁的焊接工藝研究

        2017-12-28 06:35:33洪天識(shí)
        福建交通科技 2017年6期
        關(guān)鍵詞:低合金高強(qiáng)母材

        ■洪天識(shí)

        (中交三航局廈門(mén)分公司,廈門(mén) 361000)

        鋼板樁的焊接工藝研究

        ■洪天識(shí)

        (中交三航局廈門(mén)分公司,廈門(mén) 361000)

        超長(zhǎng)鋼板樁的施打要求決定了鋼板樁必須要有較高的強(qiáng)度和剛性,因此其材質(zhì)一般選用低合金高強(qiáng)鋼,相應(yīng)的也決定了鋼板樁焊接時(shí)必須充分考慮焊接材料的選定和焊接工藝的制定。

        低合金高強(qiáng)鋼 碳當(dāng)量 冷裂紋 CO2氣保焊 藥芯焊絲 陶瓷襯墊

        1 工程概況

        我公司承接了福州羅源灣魯能碼頭超長(zhǎng)鋼板樁的焊接工程,所采用的鋼板樁是從歐洲盧森堡的阿賽洛公司進(jìn)口的,材質(zhì)為SAP,規(guī)格為AZ對(duì),生產(chǎn)廠家僅提供給我們跟焊接工藝相關(guān)的鋼材力學(xué)指標(biāo)和鋼材成分,如表1和表2。其他再無(wú)可參考的制定焊接工藝的資料。

        表1 S460AP鋼材力學(xué)指標(biāo)

        表2 鋼材組份

        2 原材料的分析

        為了了解母材的焊接性能,準(zhǔn)確的制定焊接工藝參數(shù),必須對(duì)原材料進(jìn)行科學(xué)的分析和研究。

        (1)原材料的力學(xué)性能:通過(guò)查閱廠家提供的產(chǎn)品質(zhì)量證明文件的力學(xué)指標(biāo),如表1,該材料的鋼板樁用的正火型的高強(qiáng)鋼。

        (2)原材料的化學(xué)性能:通過(guò)查閱廠家提供的產(chǎn)品質(zhì)量證明文件中的鋼材組分,如表2該材料C的含量為0.27%,在中碳鋼C的含量在0.25%~0.6%之間,因此該材料為低合金中碳高強(qiáng)鋼。

        3 母材的焊接性

        要了解母材的焊接性,通常還要了解母材的碳含量,碳含量計(jì)算公式:經(jīng)計(jì)算,母材的碳含量為0.554%,大于0.45%,因此,其焊接性一般,焊接時(shí)候須適當(dāng)控制焊接預(yù)熱溫度,層間溫度,焊接后的緩冷,以避免產(chǎn)生冷裂紋。表3是焊接性與碳含量的關(guān)系。

        表3 焊接性與碳含量

        4 防止冷裂的措施

        (1)焊前預(yù)熱:預(yù)熱的目的是延緩熔池凝固時(shí)間,以利于氫的逸出,減少氫致裂紋的產(chǎn)生,同時(shí)也減少熔池和母材的溫差造成的內(nèi)應(yīng)力,減少約束裂紋的產(chǎn)生。材料預(yù)熱溫度隨鋼板的當(dāng)量板厚 不同而不同,如表4、圖1~2所示,Sk=S1+S2,S1,S2分別為對(duì)接接頭75mm內(nèi)的平均板厚。

        圖1 AZ樁外形尺寸

        圖2 AZ樁接頭型式

        表4 預(yù)熱溫度與當(dāng)量板厚的關(guān)系

        由于Sk=12.2+12.2=24.4,綜合表3、表 4,采用的預(yù)熱溫度為80℃,層間溫度控制在200~250℃之間。

        (2)產(chǎn)生冷裂紋的主要原因是有應(yīng)力存在的焊縫金屬中有氫的存在。因此,在焊件組裝前坡口50mm附近母材表面上的所有氧化皮,鐵銹、油污及水分應(yīng)清除干凈。避免這些物質(zhì)在焊接過(guò)程中分解出氫而導(dǎo)致焊接裂紋和氣孔的產(chǎn)生。

        (3)通過(guò)采用良好的焊接順序,合理組裝,避免強(qiáng)力組對(duì)以減少構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)為防止焊接過(guò)程的焊接變形,提高產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)將工件壓緊墊牢,并盡可能采用單面焊雙面成型工藝。以減少焊接的翻轉(zhuǎn)扭力。

        圖3 組對(duì)時(shí)的胎架型式

        圖4 接口型式

        為了減少約束應(yīng)力的產(chǎn)生,并防止構(gòu)件的扭曲變形和繞曲變形。組對(duì)時(shí)采用如圖3所示的胎架型式。除鎖口外所有焊縫采用陶瓷襯墊單面焊雙面成形,如圖4所示,焊接順序?yàn)橄群负傅?,再焊焊道3、焊道2,最后焊焊縫4,如圖 5。

        圖5 焊縫焊接順序

        (4)影響焊接裂紋產(chǎn)生的因素還有:焊接材料的含氫量,焊接參數(shù)等。為減少焊接材料的含氫量,必須選用低氫型焊接材料。按規(guī)定做防潮存儲(chǔ),使用前按規(guī)定進(jìn)行嚴(yán)格烘烤并隨取隨用。在焊接參數(shù)的選擇上,選用較大的焊接參數(shù)線能量輸入也較大,焊接效率高,但熱影響區(qū)容易產(chǎn)生過(guò)熱組織而降低焊接接頭的抗裂性能。因此必須采用合理的焊接參數(shù)。通過(guò)工藝試驗(yàn),最終選用表5所示的焊接參數(shù)。

        5 焊接材料的選擇

        (1)根據(jù)本工程所使用的材料的力學(xué)性能指標(biāo)。按照焊縫等強(qiáng)設(shè)計(jì)原則,采用熔敷金屬抗拉強(qiáng)度>550MPa,屈服強(qiáng)度>460MPa的焊接材料,根據(jù)本工程所使用的材料的化學(xué)成分,采用低氫或超低氫焊材。

        (2)含Ni的焊接材料。其熔敷金屬塑性良好,能夠減少焊接接頭的接頭應(yīng)力,在中低碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí),較小的預(yù)熱溫度甚至在南方的常溫天氣中不預(yù)熱也可避免熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋,因此選用的焊材還必須含有Ni。

        綜合4.1,4.2,選用的手工焊焊條為符合GBE6015-D1J607Ni。選用的CO2氣保焊:符合GBE601T1-K2的藥芯焊絲 YJ602(Q)Ni。

        6 焊接方法的選擇

        常規(guī)的焊接方法有:手工電弧焊,埋弧焊,CO2氣體保護(hù)焊。本工程采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

        表5 焊接參數(shù)

        表6 焊接方法

        7 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)本工程AZ600鋼板樁材料分析和焊接性能分析,相應(yīng)地制定了焊接工藝并進(jìn)行工藝評(píng)定試驗(yàn)。結(jié)果是成功的。在實(shí)際生產(chǎn)中也是可行的。

        (1)焊接方法:采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

        (2)焊接材料:采用含有Ni的藥芯焊絲YJ602(Q)Ni。

        (3)焊接工藝:采用陶瓷襯墊單面焊雙面而成型焊接工藝。焊接接頭進(jìn)行80度預(yù)熱。接頭型式應(yīng)避免大的剛性約束,并采用能分散應(yīng)力的分段跳焊方法。

        (4)焊接參數(shù):打底焊時(shí)在保證熔焊透的情況下宜采用小的焊接電流,焊接電壓和焊接速度。

        [1]焊接手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.

        [2]焊接工程師手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.

        [3]焊工技師手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.

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