q320低合金高强度钢焊接工艺研究

q320低合金高强度钢焊接工艺研究

0高强钢节点的选择长期以来，我国能源线路输铁站使用的钢材料仅限于q235和q245。与发达国家相比，品种少，强度低。当设计荷载增大时,一般采用加大材料规格或组合断面的方法来提高铁塔的承载能力,这必然导致铁塔耗钢量的增加,从而造成投资和资源消耗的增加。Q420高强钢具有强度高和承载能力大的特点,如采用Q42O高强钢(材料等级一般为B级)作铁塔的主材,从理论上讲,由于减小了塔身挡风面积因而减小了塔身风压,可降低塔重7%～9%;从经济角度上讲,使用Q42O高强钢可节省整体造价3%～7%。因此,Q42O高强钢在国家电网公司“两型三新”输电线路建设中得到大力的推广应用。1焊接结构四个20钢1.1焊接接头的工艺及焊接性能金属焊接性是指材料在一定的焊接工艺条件下焊接成按规定设计要求的构件,并满足预定服役要求的能力。焊接性受材料、工艺、结构及使用条件4个因素的影响。其内容包括2个方面:一是金属在经受焊接加工时获得优质焊接接头的能力,即工艺焊接性;二是焊成的接头在使用条件下可靠运行的能力,即使用焊接性。明确焊接接头所在部件使用性能的要求对焊接工艺评定是非常必要的,一个没有缺陷(即无损检测合格)的焊接接头不一定能够满足使用性能的要求。1.2焊接工艺对大丝束产生的影响国内钢铁厂冶炼高强钢时普遍采用热轧,且没有加入精炼工序。与Q345普通低合金钢相比,由于Q420低合金高强度钢加入V、Ti、Nb等强碳化物形成元素,对焊缝性能造成不良影响,使其焊接性能不够稳定。在焊接冷却过程中,热影响区容易形成淬火组织-马氏体,使近缝区的硬度提高塑性下降,易形成冷裂纹。当冷却速度较快时,冷裂纹趋向严重,应力集中敏感性也增加。如果焊接工艺编制不当,Q420焊接结构件的综合机械性能反而会低于普通低合金钢。因此,为提高铁塔产品的焊接质量,有必要开展Q42O高强钢焊接性能研究,对其焊接工艺进行规范。2选择钢焊接的方法和原则焊接性试验包括抗裂性试验和焊接工艺试验两个内容。抗裂性试验主要解决焊接接头结合性能问题,而焊接工艺试验主要是解决使用性能问题。2.1试验方法和一般方法1)间接计算法。这种方法一般不焊接模拟试件,而是以钢材的化学成分、金相组织、力学性能等的关系,结合焊接热循环过程,采用估算方法确定焊接性的好坏和确定焊接条件。具体方法有:碳当量法、焊接裂纹敏感指数等。2)直接模拟试验法。为达到不同的试验目的,而采用施焊试件方法进行的试验。常用方法有:冷裂纹试验、热裂纹试验、再热裂纹试验等。3)使用性能试验方法。这是最直观评定焊接性的方法,利用试件或产品在试验设备或实际使用条件下进行各种性能方面的试验,以其结果直接评定焊接性。试验方法有:疲劳试验、断裂韧性试验,耐腐蚀及耐磨试验、低温韧性试验等。2.2低碳钢调质钢的参数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分有关,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Q420钢,通常采用国际焊接学会(IIW)推荐的非调质钢计算公式,见式(1)。式(1)中:Ceq为碳当量;C为碳化学成分;Mn为锰化学成分;Mo为钼化学成分;Cr为铬化学成分;V为钒化学成分;Cu为铜化学成分;Ni为镍化学成分。钢材的碳当量越大,其焊接性就越差,Ceq(%)在0.38%～0.45%范围内,焊接难度较难。通过计算,Q420B钢的Ceq(%)为0.4286%～0.4337%。2.3试验条件及评价由于焊接性的影响因素很复杂,根据Q420高强钢成分、焊接接头形式及受力状态、环境温度等因素,本次试验采用焊条电弧焊(SMAW),焊接工艺参数与实际焊接条件相符,选择焊接热影响区最高硬度试验和斜Y型坡口焊接裂纹试验对Q420高强钢焊接性进行评定。3焊接热影响区域的最大硬度测试3.1试件机械切削加工选用Q420B角钢进行焊接,试件的形状、尺寸和编号如图1和表1示,试件采用机械切削加工成厚度20mm,并保留一个轧制表面。焊前去除试件表面的水、油和铁锈等。3.2测定条件及焊缝环境温度21℃,焊接方法为焊条电弧焊(SMAW),焊接速度控制在150±10mm/min,焊条牌号JL-507,焊接规范见表2,焊后试件在空气中自然冷却。3.3显微维硬度测试焊完的试件经12h后,试样检测面经打磨抛光,再用2%硝酸酒精溶液浅腐蚀,按照图2所示,划一条既切于溶合线底部切点O,又平行于试板轧制表面的直线,在此直线上每隔0.5mm测试显微维氏硬度,切点O及其两侧各测7个点,硬度值如表3所示。由表3可见,试件的热影响区维氏硬度最高值分别为289和268,平均值分别为267和253。最高硬度值均未超过HV300,说明Q420B角钢的淬硬倾向不大,焊接性较好。4y斜坡口焊接裂纹试验4.1试件的形状、尺寸和加工加工选用厚度为14mmQ420B板材进行焊接,试件的形状和尺寸见图3,焊条牌号JL-507,试件的坡口采用机械切削加工。焊前去除试件表面的水、油和铁锈等。4.2试验构件的焊接环境温度21℃,焊接方法为焊条电弧焊(SMAW),焊接速度控制在150±10mm/min,焊接规范见表4,焊后试件在空气中自然冷却。4.3裂纹率的测定焊完的试件经48h后,再进行裂纹的检测及解剖,并分别计算出表面裂纹率和断面裂纹率,结果见下表5。由表5可见,试件的裂纹率都小于20%,说明Q420B钢焊前可不预热,抗冷裂性较好。5焊接工艺的影响高强钢的焊接性能是电力铁塔制造单位比较关心的一个问题,这主要包括2个方面,一是裂纹敏感性,二是焊接热影响区的力学性能。如果焊接工艺不当,高强钢焊接时有焊接热影响区脆化倾向,易形成热裂纹。焊接性试验是