Q690C低合金高强度结构钢焊接工艺研究

Q690C低合金高强度结构钢焊接工艺研究摘要：通过对Q690C低合金高强度结构钢材料性能分析、焊接性能分析、试验并进行焊接工艺评定确定合适的焊接方法、焊接材料及合理的焊接规范，在生产中采用高强度实芯焊丝和富氩混合气体保护焊，通过焊前预热、焊中严格控制焊接规范，焊后缓冷等措施，有效的保证了Q690C低合金高强度结构钢的焊接质量。关键词：Q690C；低合金高强度结构钢；焊接规范引言：进入二十一世纪，随着社会在不断的进步与发展，国家电力事业正在蓬勃发展。电网在不断升级，电压等级从原先的110kV、220kV向超高压330kV、500kV及特高压750kV、1000kV发展，输电线路铁塔承受的荷载也越来越大，基塔重量也随之加大。为了保证铁塔质量，又能达到减轻塔重、降低造价之目的，国家电网公司在近几年一直研究高强钢在输电线路铁塔中的应用，Q420、Q460等低合金高强度钢材在不断进行推广和应用。2009年国家把低合金高强度结构钢的标准GB/T1591从钢材强度的最高级别从Q460提高到Q690，这就为输电线路铁塔应用高强钢提供了更大的空间。焊接是铁塔制造中的关键过程，从钢材的性能、化学成分分析；焊接冷裂纹敏感性分析、试验；焊接性能试验；焊接工艺评定等方面进行试验、分析、研究，确定Q690C低合金高强度结构钢的焊接性能。一、钢材的复检本焊接实验选用钢材为唐山钢铁股份有限公司生产的钢材牌号为Q690C、厚度为8㎜控轧钢板，钢材化学成分和力学性能符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008中的要求。所有钢材进行复检，复检结果与钢材质量证明书及GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》标准对照，化学成分要求见表1。表1钢材的化学成分力学性能要求见表2。其中拉伸试验用试样取横向试样，冲击试验用试样取纵向试样，采用10㎜×7.5㎜×55㎜的V型缺口试样。表2钢材的力学性能通过表1和2的钢材复检结果比较看出：钢材的化学成分及各项力学性能指标均满足标准要求。二、钢材的焊接裂纹敏感性分析（一）焊接裂纹敏感性指数分析GB/T1591-2008标准6.1.9规定：热机械轧制（TMCP）或热机械轧制加回火状态交货钢材的碳含量不大于0.12%时，可采用焊接裂纹敏感性指数（Pcm）代替碳当量评估钢材的可焊性。Q690钢材的Pcm值≤0.25%。Pcm值应由熔炼分析并采用下式计算：Pcm=C+Si/30＋Mn/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B=0.21％计算结果看出，Q690C钢材的焊接裂纹敏感性指数符合标准要求。不同强度钢材的焊接裂纹敏感性趋势见图1图1不同强度钢材焊接裂纹敏感性趋势图（二）碳当量计算钢材的焊接冷裂纹敏感性与母材和焊缝金属的化学成分有关，通常用碳当量来表示。GB50661《钢结构焊接规范》引用了国际焊接学会（IIW）推荐的非调质钢碳当量Ceq计算公式进行计算：Ceq=C＋++（％）按表2钢材的质量证明书数值，依据上述公式进行计算其碳当量为0.518％；从碳当量计算结果看出，钢板的碳当量大于0.50％，说明其焊接难度为：难。（GB50661标准对工程焊接难度划分：碳当量在0.50％以上范围内为“难”）。为保证焊缝质量，需进行具体的焊接工艺评定来指导钢材的焊接生产。不同强度钢材碳当量趋势见图2图2不同强度钢材碳当量趋势图三、斜Y坡口焊接裂纹试验参照GB4975.1《斜Y坡口焊接裂纹试验方法》进行斜Y坡口焊接裂纹试验（小铁研），以评定焊接热影响区产生冷裂纹的倾向性。（一）试验图样：见图3；图3试件形状及尺寸（二）试验条件：见表3；表3焊接冷裂纹试验条件（三）试验结果：见表4。表4试验结果斜Y坡口试验结果表明，Q690C钢材在焊接时，需要进行预热150-180℃。四、焊接性能试验（一）焊接材料的选择焊接材料的匹配一般采用等强原则，即焊丝熔敷金属力学性能与母材力学性能相当。但是近年来美国、日本等国家从焊接裂纹角度考虑，对“低强匹配”焊接接头的性能进行了研究。采用“低强匹配”焊接材料可使焊缝裂纹显著减少的经验，在美国和日本的一些工程结构中被采用，国内也有这方面的报道。考虑到防止焊缝裂纹、改善工艺条件以及焊接区的韧性和裂纹敏感性，为此参照GB50661标准及相关焊接材料标准，CO2气保焊时选用焊丝型号为：武汉铁锚焊接材料有限公司生产的牌号为WH-70-G实心焊丝（符合GB/T8110-2008中ER70-G）。焊接气体采用富氩（Ar80%+CO220%）混合气体。（二）熔敷金属力学性能试验按照GB/T8110-2008《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝》的要求进行制备试件见图2，。图2熔敷金属力学性能试验试件制备焊接规范见表5。表5焊接规范试验结果见表6、表7。表6熔敷金属力学性能通过表6、表7的试验结果看出：CO2气保焊焊丝熔敷金属力学性能和化学成分基本与母材性能相当，按照焊材选用低匹配的原则可以使用。五、结论试验结果表明，Q690C钢材在采用气体保护焊接时，焊丝选用70公斤级焊材、气体选用富氩(80％Ar+20％C02)混合气体；焊前需要预热150～180℃，能够满足焊接要求。参考文献:[1].GB50661-2011.钢结构焊接规范[S].北京：中华人民共和国住房与城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2011[2].G