S690高强钢焊接工艺设计与开发.docx

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1、S690高强钢焊接工艺设计与开发S690高强钢焊接工艺设计与开发 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（S690高强钢焊接工艺设计与开发）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为S690高强钢焊接工艺设计与开发的全部内容。7S690高强钢焊接工艺设计与开发摘 要:本文介绍了工程机械用淬火回火高强度结构钢，并

2、以屈服强度为690MPa的ASTM A514 GR.Q淬火回火高强度结构钢为例，根据其的性能特点，通过计算碳当量，分析其焊接性能，进行了焊接工艺设计和开发.关键词：690MPa 高强度结构钢 ASTM A514 GR。Q 焊接工艺设计1 概 况随着工程机械技术的发展，尤其是液压传动技术的在工程机械上的应用,要求大幅度提高焊接结构的承载能力。采用高强度或超高强度钢来提高承载能力或在结构承载能力不变的情况下,大大减轻自重,这已成为重要工程结构设计的趋势。我公司承接的200呎自升式钻井船项目已计划用屈服强度为690MPa的ASTM A514 GR。Q淬火回火高强钢来制作桩腿齿条,利用这一技术在本行业

3、创造竞争优势，提高产品的市场竞争能力。这种高强度结构钢用于焊接结构，对于降低建造成本，提高结构承载能力有着极大的优势，但对焊接技术要求较高,焊接工艺参数控制要求较严，焊接生产过程也极为重要。本文拟就淬火回火高强度结构钢做了一些介绍,并以ASTM A514 GR。Q淬火回火高强度结构钢为例,通过计算碳当量，分析其焊接性能，进行了焊接工艺设计和开发。2 淬火回火高强度结构钢特点及试验钢材的选择淬火回火高强度结构钢是通过严格控制含碳量,一般不超过0。20，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu，再经过奥氏体化淬火-回火热处理制作而成的，具有高的屈服点（490980MPa）、良好的塑性、

4、韧性、耐磨及耐腐蚀性。目前已广泛应用于海洋工程、机械工业、能源动力等行业，因此对此类钢种进行焊接工艺设计和开发对提高公司市场竞争能力具有重要意义。我们根据200呎自升式钻井船项目桩腿齿条强度要求和焊接工艺设计的要求，选用了ASTM A514 GR。Q为试验材料，其规格为1000mm200mm70mm，1500mm200mm70mm两种，调质状态供货，试验件的化学成分和力学性能分别见表1和表2.表1 ASTM A514 GR.Q试验件的化学成分(）材质CSiMnPSCuMoNiCrNbTiAlASTM A514 GR.Q0。1640.2891.280。0100.0060.0340.2590。11

5、00.3190.0280.0020.013表2 ASTM A514 GR.Q试验件的力学性能材质屈服强度s（MPa）抗拉强度b（MPa)延伸率5()冲击功AKV （-40）（J)ASTM A514 GR.Q74881918175注:表1、表2中数据为钢材证书提供的实测值；冲击功AKV值为40条件下实测值的平均值。3 试验钢材焊接性能分析钢材焊接性能的差异可用可焊性表示。钢材的可焊性是指在一定的工艺条件下焊接时,能获得优质焊接接头的能力，通常用碳当量来评价。按照国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量计算公式1：结合表1中的化学成分计算得ASTM A514GR Q钢的碳当量为0.50%.国际焊接学会和

6、中国造船规范推荐的碳钢及低合金钢常用的碳当量标准是：当碳当量0。4%时，钢材的淬硬倾向不明显，可焊性优良，焊接时不必预热。当碳当量为0.40.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显,需要采取适当预热，控制线能量等工艺措施。当碳当量0.6时,淬硬倾向强，属于较难焊的钢材,需采取较高的预热温度和严格的工艺措施。同时该ASTM A514 GR。Q试验件为经淬火加回火调制处理钢件，其组织主要为回火索氏体，还有少量的回火贝氏体和铁素体，具有高的屈服点（690MPa）、良好的塑性、韧性、耐磨及耐腐蚀性。由于合金元素的强化作用，焊缝及焊接热影响区淬硬性得到提高，每一道焊后组织主要为马氏体；次层焊缝可对上一层焊缝形成

7、的马氏体组织自动回火，即有“自动回火”特性，组织转变为贝氏体、铁素体和马氏体的混合组织，性能得到改善,降低了冷裂纹产生的几率,使焊接过程中冷裂纹倾向减小.但焊接过程中如果热输入集中或冷却速度较低，在焊接热影响区易发生软化或脆化现象,若冷却速度较快，焊接热影响区易发生淬硬组织,有出现冷裂和韧性下降的倾向。因此确定焊前合适的预热温度，严格控制热输入，降低冷却速度进行缓冷是获得理想焊接结构的关键。4 焊接工艺设计和开发根据对ASTM A514 GR.Q钢焊接性能的分析，在焊接工艺设计时应着重考虑一下三个方面：1) 焊前选择合适的预热温度，根据ASTM A514 GR.Q钢的性能特点和AWS D1。1

8、2008标准的要求，我们最终确定最低预热温度为150，最大层间温度为200；2) 焊接过程中严格控制热输入,根据ASTM A514 GR。Q钢的性能特点,参考多方面资料,我们最终确定热输入尽量控制在1.02。5KJ/mm；3) 焊后降低冷却速度进行缓冷，根据ASTM A514 GR。Q钢的性能特点和AWS D1.12008标准的要求,我们最终确定焊后立刻进行200保温,时间为2小时。下面我们就埋弧自动焊接、手工电弧焊、气体保护药芯焊三种焊接方法,对ASTM A514 GR。Q钢进行焊接工艺设计和开发。4.1 埋弧自动焊工艺4.1。1 焊前准备由于埋弧自动焊自身的特点，我们选择1G位置进行探索性

9、试验,焊接材料我们选择与ASTM A514 GR。Q钢性能强度相匹配的Excalibur 11018M MR焊条（打底)和LAC M2焊丝（填充、盖面），坡口如图1:图1 埋弧自动焊坡口图焊前应采取打磨等措施彻底清除坡口表面及附近25mm内的铁锈、油污异物.4。1。2 焊接工艺.焊前预热温度在150175之间，层间温度在150200之间。预热宽度为焊缝中心两侧各150mm范围内，用接触式测温仪在距焊缝中心50mm处对称测量。加热采用电阻加热器加热。焊接过程中，层间温度不应低于预热温度;。采用多层多道焊，手工电弧焊打底焊道厚度45mm，后续埋弧自动焊焊层厚度34mm。焊接线能量控制在1.02.5

10、KJ/mm;。焊接参数如表3：表3 埋弧自动焊焊接参数焊道焊接方法焊材名称直径（mm)电流(A）电压（V）焊接速度（mm/min)打底SMAWExcalibur 11018M MR3.290-11021-244060填充SMAWExcalibur 11018M MR3。21301602225130250SAWLAC M24.047054029-31400-630盖面SAWLAC M24。0480-53029-31400-540.焊后立刻用电加热片进行200保温,并用保温棉包好，保温时间为2小时。4.2 手工电弧焊工艺 4。2.1 焊前准备根据200呎自升式钻井船项目需要，我们选择2G、3G位置

11、进行探索性试验，焊接材料我们选择与ASTM A514 GR.Q钢性能强度相匹配的Excalibur 11018M MR焊条，坡口如图2:图2 手工电弧焊坡口图焊前应采取打磨等措施彻底清除坡口表面及附近25mm内的铁锈、油污异物。4.2。1 焊接工艺。 焊前预热温度在150175之间，层间温度在150200之间。预热宽度为焊缝中心两侧各150mm范围内，用接触式测温仪在距焊缝中心50mm处对称测量。加热采用电阻加热器加热。焊接过程中，层间温度不应低于预热温度；。采用多层多道焊，手工电弧焊打底焊道厚度45mm,后续焊层厚度34mm.焊接线能量控制在1.02.5KJ/mm；。焊接参数如表4：表4 手

12、工电弧焊焊接参数焊道焊接方法焊材名称直径（mm)电流（A）电压（V）焊接速度（mm/min）打底SMAWExcalibur 11018M MR3。290-11021-244060填充SMAWExcalibur 11018M MR3.212015021-24120180SMAWExcalibur 11018M MR4.0140-18022-25120-300盖面SMAWExcalibur 11018M MR3。2120-1502124120-180SMAWExcalibur 11018M MR4.014018022-25120-300.焊后立刻用电加热片进行200保温,并用保温棉包好,保温时间为

13、2小时.4.3 气体保护药芯焊工艺 4.3。1 焊前准备根据200呎自升式钻井船项目需要,我们选择2G、3G位置进行探索性试验，焊接材料我们选择与ASTM A514 GR。Q钢性能强度相匹配的Excalibur 11018M MR焊条（打底）和Outershield 690H焊丝（填充、盖面），保护气体为Ar/CO2混合气，比例为80/20,流速为1525L/min，坡口如图3：图3 气体保护焊坡口图焊前应采取打磨等措施彻底清除坡口表面及附近25mm内的铁锈、油污异物.4.3.2 焊接工艺。焊前预热温度在150175之间,层间温度在150200之间。预热宽度为焊缝中心两侧各150mm范围内，用

14、接触式测温仪在距焊缝中心50mm处对称测量。加热采用电阻加热器加热。焊接过程中，层间温度不应低于预热温度。.采用多层多道焊,手工电弧焊打底焊道厚度45mm，后续气体保护焊焊层厚度34mm。焊接线能量控制在1。02.5KJ/mm。焊接参数如表5:表5 气体保护焊焊接参数焊道焊接方法焊材名称直径（mm）电流（A)电压（V）焊接速度（mm/min）打底SMAWExcalibur 11018M MR3.290-11021-244060填充FCAWGOutershield 690H1.217024022-28200-450盖面FCAW-GOutershield 690-H1.217021022-2635

15、0-450.焊后立刻用电加热片进行200保温,并用保温棉包好,保温时间为2小时。5 检验及结果分析5.1 无损检验焊接完成72小时后进行NDT（无损检验）检验,包括焊缝外观检验、MT和UT探伤,检验结果均满足AWS D1。1、ABS Rules for materials and welding、中国船级社材料与焊接规范及技术规格书的要求。5.2 性能试验综合AWS D1.1标准、ABS Rules for materials and welding、中国船级社材料与焊接规范和技术规格书中关于焊接工艺评定的要求,进行了减截面拉伸试验、全焊缝拉伸试验、弯曲试验、低温冲击试验和宏观硬度试验,同时为

16、了更加全面的了解焊接结构性能附加进行了CTOD试验和应力腐蚀和氢脆试验。力学性能及低温冲击性能试验结果如下表：表6 力学性能、低温冲击性能试验结果工艺减截面拉伸试验(MPa)全焊缝拉伸试验（MPa)弯曲试验180低温冲击试验(40)（J）宏观硬度（HV10）埋弧焊824-8391000合格61168256380手工电弧焊800-823813。5823。1合格39-203242-351气保护药芯焊781-845775。3831。1合格36-184225-381从表中可以看出减截面拉伸试件的抗拉强度值在780850MPa之间，全焊缝拉伸试件的抗拉强度值在7751000MPa之间，满足工程规格书和A

17、STM A514标准的要求，说明所选焊材强度均满足工程项目需要。弯曲试验采用直径63。5mm压头，弯曲角度为180，其中有两个试件出现小于2mm的裂纹,其他均无裂纹产生，取两倍补做均无裂纹产生，满足工程规格书和AWS D1。1标准要求，说明该焊缝表面和根部的塑性均满足工程项目需要.冲击试验在40的低温下进行，冲击结果均在36203KJ/mm之间,高于工程的验收标准34KJ/mm，说明所有接头焊缝金属和热影响区低温冲击性能良好。所有宏观硬度试验件也均满足相关标准和技术规格书要求。此外，所有CTOD试验件也均满足BS 7448 Part2和DNV-OSC401标准的要求，所有应力腐蚀和氢脆试验件着

18、色探伤检验表面未发现裂纹，微观检验试验截面也未发现应力腐蚀裂纹。综上所述,说明试验所选焊接材料、坡口形式、预热和层间温度、焊接工艺参数和焊后保温工艺满足工程项目需要。同时根据试结果分析发现埋弧自动焊和手工电弧焊试验件的各项力学性能值相对较均匀，气体保护药芯焊的各项力学性能值相对较分散且相对偏差,说明埋弧自动焊和手工电弧焊试验件焊缝的各项力学性能优于气体保护药芯焊且成分分布相对较均匀，性能也相对较稳定，在焊接此类钢材且质量要求较严格时应优先选用埋弧自动焊和手工电弧焊。6 结 论1) 淬火回火高强度钢的可焊性较差,但通过合理的选择焊接方法、焊接材料、设计坡口形式、确定合适的最低预热温度和最高层间温

19、度以及焊接工艺参数和焊后保温工艺，焊接接头便可以获得良好的力学性能.2) 埋弧自动焊在焊接淬火回火高强度钢虽然可以获得良好的焊接接头，但焊接位置受限且不便于控制焊接变形，同时由于电流电压大，工件升温快,而淬火回火高强度钢的焊接温度区间小,大部分时间浪费在等待降温上，设备和人员利用率低，所以推荐应用于平焊位置，对变形要求不严格的长直焊缝的焊接。3) 手工电弧焊在焊接淬火回火高强度钢既可以获得良好的焊接接头，焊接位置也不受限制，也比较容易控制焊接变形,受外界环境（如大风)影响小，而且电流电压小，工件升温慢,设备和人员利用率高，所以推荐应用于环境苛刻，对变形和焊接质量要求严格的短焊缝的焊接。4) 气体保护焊在焊接淬火回火高强度钢虽然焊接位置也不受限制，也比较容易控制焊接变形，但受外界环境(如大风）影响大,焊接接头易出现气孔和未熔合等缺陷且成分分布不均匀,所以推荐应用于有防护措施，对变形要求严格而对焊接质量要求不严的焊缝的焊接。参考文献：1. 姜胜臻，JG590低合金高强度钢的焊接工艺分析J，金属加工,2009,16：3738.2。 AWS,Structural Welding CodeSteel，ANSI,2008.3。 ABS， Rules for Matericals and Welding,ABS，2008.4. 中国船级社,材料与焊接规范，人民交通出版社，2006.