Q460材料热弯和焊接试验指导书

PAGE目录TOC\o"1-3"\u一、课题开设目的 1二、试验内容 1三．钢材加热空冷力学性能试验 13．1加热和空冷工艺 23．2加热和空冷试验检测内容 2四．钢材加热空冷焊接性能试验 44．1焊接工艺 44．2焊接冷裂纹敏感性试验 44．3再热裂纹敏感性试验 84．4刚性模拟焊接接头力学性能试验 94．5Z向窗口试验 11五．900*50mmQ460钢管力学性能试验 12一、课题开设目的目前，国内许多工程由于结构设计要求，使用Q460厚壁直缝焊管，如深圳湾体育中心工程中采用50×40mm、φ800*35mm、φ900*50mm、φ1200*60mm根据制管工艺和设备的性能特点，对于Q460高强钢制管，需进行加热后成形才能有效最大限度保证钢材的各种性能，因此，对于此类钢管的生产和应用，从技术角度需了解以下三个方面技术内容：1．首先，需搞清楚Q460钢材在加热到550℃2．Q460加热后的焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验、再热裂纹敏感性试验、刚性模拟焊接接头力学性能试验、Z向窗口试验）。3．Q460钢板在加热卷圆成形后，钢板是否出现表面微观裂纹，力学性能是否发生变化？针对上述问题，制定以下三个课题试验。二、试验内容1、Q460钢材在加热炉中加热到550℃2．进行Q460加热，空冷后的焊接性试验（焊接冷裂纹敏感性试验、再热裂纹敏感性试验、刚性模拟焊接接头力学性能试验、Z向窗口试验）并提供报告。3、对Q460钢板在加热卷圆成形后，（拟选做50×40mm、φ800*35mm、φ900*50mm、φ1200*60mm三．钢材加热空冷力学性能试验3．1加热和空冷工艺加热设备：等效加热炉，要求有二级计算机控制的加热炉能根据轧机要求、坯料钢种、规格的不同来确定坯料的加热曲线及轧制温度，依据坯料尺寸、材质、加热速度、加热时间确定炉温曲线。工艺要求：．加热工艺制度及其加热曲线按三段执行，第一段是预热段，其温度根据Q460钢种加热曲线的升温斜率来定；第二段是加热段，逐步提高温度至500-650℃；第三段是均热段，基本保持相应加热和冷却速度按以下工艺曲线执行：3．2加热和空冷试验检测内容1．Q460钢材加热、空冷后力学性能变化检测内容技术要求测试数据对比说明抗拉强度Rm550~720N/mm2屈服强度Rch440~580N/mm2冲击功Akv(-20℃≥34Akv/J180°冷弯d=3a断面收缩率＞17A/%断面伸长率A＞25Z/%力学性能复验取样要求取样方向取样位置Akv/J-20备注纵向距上表面δ/4处纵向距上表面δ/2处纵向距上表面δ/4处纵向距上表面δ/2处纵向距上表面3δ/4处Z向拉伸性能复验试样编号σSMPaσbMPaδ5%ψ(%)备注1注：试件采用φ10的圆形拉伸试棒。四．钢材加热空冷焊接性能试验Q460钢材加热、空冷后焊接性能主要通过以下试验进行测定试验内容技术要求试验要求/技术要求试验结果焊接冷裂纹敏感性试验1．碳当量法Ceq应小于0．49%2．斜Y坡口焊接裂纹试验按照GB49751-84《斜Y坡口焊接裂纹实验方法》3．热影响区最高硬度试验按照GB4675．5-84《焊接热影响区最高硬度试验方法》4．插销冷裂纹试验按照GB9446-88《焊接用插销冷裂纹试验方法》再热裂纹敏感性试验1．再热裂纹敏感性计算ΔG=Cr+3．3Mo+8．1V-2PSR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti－22．用小铁研试验评定再热裂纹倾向按照GB49751-84《斜Y坡口焊接裂纹实验方法》刚性模拟焊接接头力学性能试验1．试验条件Q460的焊评通过WPS2．焊接接头力学性能试验结果测试屈服强度σS、抗拉强度σb、延伸率δ、冲击功Akv(-20℃3．接头(焊态)维氏硬度测定及金相组织维氏硬度、熔合区、热影响区、细晶区、热影响区不完全重结晶区Z向窗口试验模拟实际层状撕裂的试验4．1焊接工艺按照精工钢构在国家体育场中已通过的焊接工艺评定中相关工艺进行焊接。（见《Q460材料焊接工艺试验报告》和《Q460材料焊接工艺评定报告》）4．2焊接冷裂纹敏感性试验评定钢材焊接冷裂纹敏感性的方法很多，通常可以用以下试验方法来衡量钢材的焊接冷裂纹敏感性。1．碳当量法钢材的焊接冷裂纹敏感性一般与母材和焊缝金属的化学成份有关，为了说明冷裂纹敏感性与钢材化学成分的关系，通常用碳当量来表示。计算碳当量的公式很多，对于ASTMA913Gr60钢来说，本报告采用日本工业标准（JIS）推荐的调质钢碳当量计算公式：碳当量越高则淬硬和冷裂倾向越大，焊接性就越差。一般认为，Ceq〈0．4%者为焊接性良好；Ceq=0．4～0．6％者，焊接性稍差，焊接时要采取适当的预热措施；Ceq>0．6％者为焊接性不好,必须采取有效的工艺措施才能防止冷裂发生。按照表１中试验钢板的成分用公式（1）计算的结果其Ceq为0．362〈0．4%。因此，可以说ASTMA913Gr60钢具有良好的焊接性，产生焊接冷裂纹的倾向性不大。2．斜Y坡口焊接裂纹试验斜Y坡口焊接裂纹试验(小铁研)主要是评定焊接热影响区产生冷裂纹的倾向性。试验按照GB49751-84《斜Y坡口焊接裂纹实验方法》的规定进行,试件厚度采用125、78、42mm厚，以125mm的钢板为主，在室温下进行了试验。1）试验条件：焊接方法：CO2气保焊、手工电弧焊焊丝直径：1．2mm；焊条规格：ф4mm焊机型号：奥太逆变NBC-350CO2气体种类：南亚气体（CO2≥99%）、普莱克斯气体（CO2≥99．5%）CO2气体流量：20L/min试验温度：常温焊接材料：JM60、JM58、AT-YJ602(Q)、J507试件坡口间隙控制在2±0．2mm。2)试验内容及步骤：试验焊缝结束，经24小时后，进行表面裂纹检查，每块均经发蓝处理后进行解剖观察断面裂纹状况。3．热影响区最高硬度试验热影响区最高硬度试验方法主要是以测定焊接热影响区的淬硬倾向来评定钢材的冷裂敏感性。试验按照GB4675．5-84《焊接热影响区最高硬度试验方法》的规定进行。将厚度125mm的钢板机加工成20mm厚的试件，并保留一个原轧制面。试验条件如下：①焊丝牌号及直径：JM60φ1．2mm②焊机型号：奥太逆变NBC-350③CO2气体流量：20L/min④CO2气体种类：南亚气体（CO2≥99%）⑤最高线能量：电流I=310-330A，电压V=34v，速度280mm/min⑥最低线能量：电流I=200-230A，电压V=30v，速度350mm/min4．插销冷裂纹试验插销试验是能定量地研究焊接冷裂纹的方法之一。试验按照GB9446-88《焊接用插销冷裂纹试验方法》的规定进行。本试验采用了实芯焊丝（JM60）CO2气体保护焊，采用环形缺口插销试件，确保缺口的根部位于热影响区。试件取自于125mm钢板的1/4表层。①实验条件试验标准：插销冷裂纹试验GB9446-88《焊接用插销冷裂纹试验方法》试验温度：室温28℃试验准则：断裂准则②试样的制取插销的外形如图所示。插销形状和尺寸底板选用Q235-A普通碳素结构钢，底板的尺寸为300mm×200mm，厚度为20mm。底板钻空数小于等于4，位置处于底板纵向中心线上，孔的间距为33mm。插销试样和底板的制备严格按照GB9446-88的要求进行。③焊接工艺焊接方法：CO2气体保护焊，焊接规范如表所示。焊丝直径伸出长度焊接电流电弧电压焊接速度气体流量1．2mm12-14mm140A23V18cm/min8l/min注：计算得到线能量E＝4．29（KJ/cm）焊丝参数：牌号：JM-60规格：Ф1．2mm焊接时，在底板上熔敷一焊道，必须使焊道中心线通过插销端面中心。该焊道的熔深应保证缺口位于热影响区的粗晶区中。4．3再热裂纹敏感性试验再热裂纹是指焊接接头经消除应力热处理的构件，经高温热作用是使焊接热影响区在应力作用下产生的一种沿晶间破坏的裂纹。再热裂纹的产生主要是由钢材化学成分决定，同时构件的应力状态及一定的温度条件也是重要的因素之一。本试验从以下两个方面来评价ASTMA913Gr60钢的再热裂纹敏感性。1．再热裂纹敏感性计算再热裂纹敏感性计算公式如下：ΔG=Cr+3．3Mo+8．1V－2(2)PSR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti－2(3)式中ΔG和PSR是再热裂敏感性指数，以合金元素重量百分比来表示，当ΔG和PSR＞0时，表示该钢种对再热裂纹敏感；当ΔG和PSR＜0时，则表示不敏感。按公式(2)及(3)计算结果分别为：ΔG=－1．3409及PSR=－1．111。根据计算结果表明，ΔG＜0及PSR＜0，因此可以认为试验钢材对再热裂纹不敏感。2．用小铁研试验评定再热裂纹倾向试样的尺寸及制备方法按GB4675．1-84《斜Y坡口焊接裂纹试验方法》的规定进行，焊接工艺与冷裂纹试验相同，预热温度为150℃（以保证焊缝及热影响区在消除应力热处理前不会产生冷裂纹），并在焊接24小时后进行消除应力热处理，观察其产生裂纹的情况。热处理试验条件及结果见表16，试件为表11中7#、8#。具体热处理制度如下：①任意速度升至300℃；②以55℃/小时的速度升温到550℃；③保温3小时；④以4．4刚性模拟焊接接头力学性能试验结合工程实际情况，模拟现场条件，选取60mm两种板厚进行了横向拘束钢性对接接头试验，并且对δ=1．试验条件：1）焊接方法及位置：CO2气保焊、横焊2）焊丝型号及规格：JM60直径：1．2mm3）焊机型号：奥太逆变NBC-3504）CO2气体种类：南亚气体（CO2≥99%）5）CO2气体流量：20L/min（δ=68mm）、50L/min（δ=125mm）6）试验温度：常温7）层间温度：150℃～8）热处理工艺：①以任意升温速度升至300℃②以55℃/小时的升温速度升至550③保温2小时；④以55℃/小时的降温速度降至3009）试件坡口、间隙见图4：试件坡口、间隙10）焊道层次见下图：10）焊接工艺参数见下表：焊接工艺参数层次电流（A）电压（v）焊接速度（mm/min）热输入（KJ/cm）备注1～8300～32029～30250～30017．4～23．04δ=68mm5～44290～31029．5～315350～40012．83～16．7δ=68mm盖面11道280～29026～27330～35012．48～14．3δ=68mm焊接工艺参数层次电流（A）电压（v）焊接速度（mm/min）热输入（KJ/cm）备注1～4290～30730．4~31300～35015．1～19．03δ=125mm5～167310～32031～34350～40014．41～18．65δ=125mm盖面18道28031350～40013．02～14．88δ=125mm3．接头(焊态)维氏硬度测定及金相组织对刚性模拟焊接接头(焊态)的根部及面层进行了接头维氏硬度测定及金相组织检验，具体检验项目及结果如下：1）取样及制样：将单V焊接试件加工为两面平行，将试验面精磨、抛光，采用硝酸酒精溶液腐蚀后先做硬度试验。具体硬度试验、金相取样见图7。硬度试验之后分别在1-1＃和1-2＃试样的直边侧截取试样，同时在1-2＃样品稍远的位置取一块试样做母材检验。所有的金相样品均精磨、抛光，硝酸酒精腐蚀后进行金相组织检验。试验、取样示意图注：1、维氏硬度试验是在如上图示意的上、下距板面约2mm的位置进行试验；图中的“×”示意维氏试验点的大致位置。2、图中①表示1－1＃金相样品的取样位置；②表示1－2＃金相样品的取样位置；③表示在1－2＃母材的取样位置。4．5Z向窗口试验Z向窗口试验是一种模拟实际层状撕裂的试验方法，这种试验在工程上得到广泛应用。试件如图所示。试验步骤：在拘束板（300mm×350mm×30mm）的中心开一窗口，将试验板（150mm×170mm×20mm）插入此窗口，其位置如图8b所示，按图8c的顺序焊4条角焊缝，其中1、2为拘束焊缝，3、4为试验焊缝。装配时应将原始未加工表面放在试验焊缝一侧；焊后在室温下放置24小时后再切取试件检查裂纹，裂纹率按下式计算：C=Σι/ΣL×100%式中Σι——各截面上撕裂长度的总和（mm）；ΣL——各截面上焊缝厚度的总和（mm）。试验结果：通过对试验板的解剖，共解剖3块，均未发现裂纹。