[发明专利]一种Q345qE结构钢的焊接工艺

摘要

本发明涉及一种焊接工艺，尤其涉及一种Q345qE结构钢的焊接工艺，属于钢结构领域。按以下步骤进行：焊前准备→焊接规范及要求→焊接检验及焊接缺陷返修→生产中出现的质量问题及处理措施。焊接质量稳定，牢固性好。

主权项

一种Q345qE结构钢的焊接工艺，其特征在于按以下步骤进行：一、焊前准备:(1)、确定焊接方法：采用手工焊条电弧焊、CO₂气体保护焊和埋弧焊的焊接方法；其中，手工焊条电弧焊主要用于现场安装填充量较少的焊缝，填充量较大的焊缝采用CO₂气体保护焊；车间制作采用CO₂气体保护焊和埋弧焊，以提高焊接效率；(2)、焊接材料的选用：①、焊材熔敷金属力学性能应与Q345qE结构钢的力学性能相匹配，Q345qE结构钢的力学性能：拉伸强度为490MPa，断后伸长率为20％，试验温度为‑40℃，冲击吸收能量不小于47KV2/J；②、焊材化学成分及性能指标要求：气保焊丝和焊条的化学成分要求为熔敷金属化学成分要求，埋弧焊丝化学成分要求为焊丝化学成分要求，见下表：(3)、《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2‑2005和《铁路钢桥制造规范》TB10212‑2009中规定的焊材选配要求：①、焊接性能应与基材相匹配，选用的焊接材料、焊接工艺，均应根据设计要求通过焊接工艺评定；②、整体节点焊接接头，包括焊缝金属和热影响区，冲击韧性不得低于母材标准，焊接材料原则上应与设计选用的钢材相匹配；(4)、按以上要求确定各种焊接材料的选配基本原则：①、CO₂气体保护焊用药芯焊丝执行标准《碳钢药芯焊丝》GB/T10045‑2001，选用的气保焊丝的熔敷金属化学成分和熔敷金属力学性能参考型号为E50XT‑1的药芯焊丝，但冲击试验结果要求同母材；②、埋弧焊丝执行标准《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》GB/T12470‑2003和生产厂家企标，但对熔敷金属冲击试验结果要求同母材；埋弧焊焊丝化学成分参考牌号为H10Mn2的埋弧焊丝，但S、P含量要严于H10Mn2，同时对镍含量有限制；③、手工电弧焊用焊条执行标准《低合金钢焊条》GB/T5118‑1995选用的手工电弧焊用焊条的熔敷金属化学成分和熔敷金属力学性能参考型号为E5015(16)‑G的焊条，但冲击试验结果要求同母材；④、熔敷金属拉伸试验结果应符合下表规定：熔敷金属冲击试验结果应符合下表规定：⑤、通过对母材性能的分析，结合对市场现有焊材情况及性价比的调查，确定了相应的匹配焊接材料，所选用焊条型号为E5015‑G(牌号CJ507Q)、CO₂气体保护焊丝型号为E501T‑1L(牌号YCJ501Ni‑1)、埋弧焊丝和焊剂牌号MCJQ‑1+SJ101；焊材进厂后，首先进行焊材复验，焊材复验结果如下：(5)、坡口加工及焊前装配应符合施工图纸及规范要求，焊接坡口及装配间隙对焊缝质量有直接的影响，焊接前必须彻底清除待焊区域及距焊缝坡口边缘30mm范围内的有害物；(6)、焊条电弧焊和自保护药芯焊丝电弧焊，当焊接作业区风速超过8m/s，气体保护电弧焊，当焊接作业区风速超过2m/s时，应采取有效措施，以保障焊接电弧区域不受影响，施焊环境湿度应不小于80％；焊接温度不应低于5℃；二、焊接规范及要求：(1)、焊前预热温度要求：根据工艺评定试验，焊前预热温度应符合下表的规定要求：注：①、T形接头焊接时，应提高预热温度20℃；②、不等厚接头焊接时，应按厚板选用预热温度；预热范围一般为焊缝每侧100mm以上，预热温度宜在焊件受热面的背面测量，测量点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处；(2)、焊接规范参数：焊接规范参数选用应参照下表：(3)、不应在焊缝以外的母材上打火、引弧；引弧板、引出板应符合下列要求：①、引、出弧板的钢材应选用与所焊钢材焊接性能相近的钢材，坡口形式应与被焊焊缝相同，禁止使用其它材质的材料充当引、出弧板；②、在焊接接头的端部设置对齐的焊缝引、引出板，使焊缝在提供的延长段上引弧和终止，手工电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引出长度宜大于25mm，埋弧焊缝的引出长度宜大于80mm；③、焊接完成并完全冷却后，采用火焰切割方法除去引弧板和引出板，并修磨焊缝端部平整，严禁用锤击落引弧板和引出板；(4)、手工电弧焊和CO₂气保焊底层焊道的厚度应≥6mm，但不得大于8mm；打底焊允许作轻微摆动；当手工电弧焊焊道宽度大于焊条直径4倍、CO2气保焊的焊道宽度大于20mm时，采用分道焊接，搭接宽度应控制为焊道宽度的1/3～1/2；焊缝搭接时应注意焊缝与焊缝间应过渡良好，避免产生搭接凹陷，埋弧焊填充焊道最大厚度为6mm；(5)、多层焊时应连续施焊，每一焊道焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质量的缺陷时，应清除后方可再焊；每道焊缝的焊接收弧时务必应填满弧坑；(6)、焊接过程应连续进行，在连续焊接过程中应控制层间温度＜230℃，但不应低于最低预热温度，如低于此温度应进行加热；(7)、全焊透焊缝的清根应从反面进行，清根后的凹槽应形成不小于10°的U形坡口；凹槽表面应光洁、无夹碳、粘渣等，碳弧气刨后，应使用砂轮打磨刨槽表面，去除渗碳淬硬层及残留熔渣；(8)、当板厚≥40mm时，焊缝焊接完成后，立即覆盖多层保温棉保温缓冷；三、焊接检验及焊接缺陷返修：(1)、焊接质量检验应做好焊前检验、焊接过程检验及焊后质量检验；(2)、焊前检验的主要内容为：检验钢材质量保证书及复验报告；焊材合格证及复验报告、坡口加工质量及尺寸、组对质量及尺寸、焊材烘干情况、焊接设备状况、焊工资格；(3)、焊接过程检验主要内容为：焊工执行焊接工艺情况，包括预热、调整规范参数、焊道布置、焊道中间清理、焊缝盖面质量及外形尺寸控制；(4)、焊后质量检验主要按TB10212‑2009、JGJ81‑2002有关规定对焊缝外观及外形尺寸等进行检查，检查合格后再进行无损检测；(5)、焊缝外观检查：①、所有焊缝应冷却到环境温度后进行外观检查，Q345钢的焊缝应在焊接完成24h后检查结果方可作为验收依据；②、外观检查一般用目测，裂纹的检查应辅以5倍放大镜并在适当的光照条件下进行，尺寸的测量应用量具、卡规；③、焊缝外观质量应符合下列规定：1、所有焊缝必须在全长范围内进行外观检查，不得有裂纹、未熔合、夹渣、未焊满弧坑和焊瘤等缺陷；一级焊缝不得存在未焊满、根部收缩、咬边和接头不良缺陷，一级、二级焊缝不得存在表面气孔、夹渣、裂纹和电弧擦伤缺陷；2、其余外观质量除应符合上述条款的要求外，尚应满足下面二张表的有关规定：注：t为母材厚度(6)、焊缝尺寸应满足设计图纸要求，如图纸无相关要求则应符合下列规定：①、对接焊缝的焊缝宽度应符合下表的规定：②、对接焊缝余高和错边允许偏差见下表：③、角焊缝焊脚尺寸和余高允许偏差见下表：注：hf>8.0mm的角焊缝其局部焊脚尺寸允许低于设计要求值1.0mm，但总长度不得超过焊缝长度的10﹪；(7)、无损检测：①、无损检测应在外观检查合格后进行；②、焊缝无损检测报告签发人员必须持有相应检测方法的II级或II级以上的资格证书；③、设计要求全熔透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345；(8)、焊接缺陷返修：①、经外观及无损检测发现的超标缺陷，应由检验员填写返修通知单，送达车间，通知单应标注缺陷性质、部位、深度、大小；②、如超标缺陷为气孔、夹渣、焊瘤、余高过大或接头鼓凸，应采用砂轮打磨修饰等加以清除，必要时应进行焊补，对焊缝尺寸不足，局部缺肉、凹陷、低洼、咬边、弧坑未填满或角焊缝过渡不良等缺陷应进行焊补，而后打磨修饰；③、对无损检测确定的焊缝内部存在的超标缺陷，在返修前应首先根据无损检测确定的缺陷位置、深度、大小、长短等采用砂轮打磨或碳刨清除缺陷；缺陷为裂纹时，碳刨前应在裂纹两端钻止裂孔，并清除裂纹及其两端各50mm长的焊缝或母材；④、清除缺陷时应刨槽加工成底部呈圆弧形，而前、后、左、右侧边均应加工成斜坡，近似焊接坡口，如采用碳刨则还应采用砂轮打磨清除其表面的渗碳层与熔渣；必要时还应用磁粉探伤方法确定裂纹是否彻底清除；⑤、根据板厚按表4确定预热温度，返修前如需进行预热，其预热温度比规定再提高15～25℃；⑥、焊接返修时应在坡口内引弧，熄弧时应填满弧坑；多层焊时，焊层之间接头应错开，焊缝长度一般应不小于100mm；当焊缝长度超过500mm时，应采用分段退焊法；⑦、返修焊接时应连续进行，但应控制层间温度<230℃，且不应低于预热温度；焊接过程中宜采用锤击法作局部消应处理，但打底焊缝及盖面焊缝禁止用锤击法；⑧、为防止产生裂纹，宜采用焊后立即进行后热保温缓冷措施；⑨、同一部位返修不宜超过二次，焊缝正、反面各作为一个部位；⑩、返修焊接时应由焊接工程师到场进行技术交底，并进行指导和监督；返修焊接应作好返修施工记录及返修前后的无损检测报告。四、生产中出现的质量问题及处理措施：在实际生产中，手工电弧焊及埋弧焊的一次合格率都比较高，出现问题比较多的主要为CO₂气保焊药芯焊丝打底、填充存在夹渣现象偏多，经现场实际调查，并分析产生夹渣的原因如下：(1)、采用药芯焊丝焊丝焊接时，产生熔渣较实芯焊丝多，多层焊时如未清理干净，则产生夹渣；(2)、对于Q345q级钢，为满足低温冲击要求，在药芯焊丝药粉内添加了镍合金成分，添加镍可提高焊缝金属对缺口的敏感性，进而使冲击功满足母材要求；但合金元素的添加导致熔池金属流动性变差，进而不利用熔渣的浮出，导致夹渣；(3)、焊速过慢，焊渣超前，焊渣来不及浮起；(4)、在焊接过程中或清根时，由于处理不当，在翼缘板侧或根部产生尖锐的夹角；焊接时在尖角处生成熔渣，熔渣有一定粘度，又紧贴翼缘板，冷却速度快，熔池冷却凝固后，熔渣还未来的及浮出而产生夹渣，具体分如下三种情况：①、由于焊道成形不良，前一道焊缝与翼缘板侧产生尖锐的夹角；后道焊缝焊接后，在前道焊缝形成的尖角处产生夹渣；②、前一道焊缝与母材产生咬边过深，形成一尖角；后道焊缝焊接后，在前道焊缝形成的尖角处产生夹渣；③、碳刨清根时，在根部形成一尖角；焊接后在尖角处产生夹渣；根据上述原因分析，确定预防夹渣缺陷的注意事项及采取的措施：①、药芯焊丝焊接电弧较软，电弧穿透性差、熔深浅，每道焊缝焊接完毕后，认真清除表面的熔渣，如发现表面夹渣则采用磨光机打磨或碳刨清除干净后，再进行下道焊缝的焊接；坡口宽度较宽时，应采用分道焊进行焊接，不应宽摆动；②、焊接过程中，焊丝送进要均匀，以利熔渣浮起；始终保持清晰的熔池，使熔渣与熔池良好分离；适当增大焊接电流，保证熔池停留时间，防止冷却过快，以利熔渣浮出；③、注意每道焊缝的成形质量，焊缝金属应圆滑过渡到母材，避免焊缝与翼缘板侧母材出现尖角；避免出现咬边现象；反面清根时，应清根刨削出圆滑坡口形状，避免出现尖角现象；④、将构件的一端垫起5°～8°，目的是使焊接过程中产生的熔渣向熔池后流动，使熔渣浮在熔池后面；(5)、适当提高预热温度以减缓熔池的凝固速度；(6)、要求焊丝生产单位根据实际情况，对其生产的焊丝的脱渣工艺性能也进行调整。