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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，鋼索與屋面通過不等長的無縫鋼管連接。
    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。無縫鋼管下端索夾具及上端球形支座為德標(biāo)G20Mn5鑄鋼，無縫鋼管材質(zhì)為Q345B。無縫鋼管與鑄鋼夾具及支座以焊接形式聯(lián)接，見圖1、圖2。


    二、材料性能
    1.G20Mn5鑄鋼
    本次使用的鑄鋼件為德國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)成分見下表

    2.Q345B無縫鋼管
    無縫鋼管材質(zhì)為國產(chǎn)Q345B。其理化性能見下表。

    通過對(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沒有Ni成分，沖擊韌性較低。由于G20Mn5在鑄造過程中不可避免會(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（見圖4）。焊接見圖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%，沒有發(fā)生焊接裂紋。焊縫外觀成型平整美觀，無明顯咬邊，無需打磨即可直接進(jìn)行氟碳噴涂作業(yè)。見圖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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