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1、二OO六年八月,韩 钰,Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定,国网北京电力建设研究院,0前言,自20世纪60年代以来，低合金高强钢领域取得了惊人的进展，由此而形成了“现代低合金高强钢”，在合金设计及生产工艺诸方面导入了许多新的概念，主要的是：Nb、V、Ti等强烈碳化物形成元素的应用，及以晶粒细化和析出强化为主要内容的钢的强韧化机理的建立，出现了新一代的低合金高强钢，即以低碳、高纯净度为特征的微合金化钢；低合金高强度钢不再是“简易”生产的普通低合金钢，而是采用一系列现代冶金新技术生产的精细钢类，包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、钢包冶金、连铸、控扎控冷（热机械处理）等技术得到普遍应用，已成为低合
2、金高强度钢的基本生产流程。,高强钢的焊接性能也是杆塔设计和制造部门比较关心的一个问题，这主要包括两个方面，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，冷却速度较快时，有明显的冷裂倾向。,0前言,防止热裂纹的措施,在焊接材料上采用含Mn较高的焊材和焊剂，可降低焊缝中的含碳量和提高焊缝中的含锰量解决热裂纹的问题。,1 使用低氢焊条2 焊前预热3 后热处理或 焊后缓冷,防止冷裂纹的措施,1.焊接性试验的相关内容,3.焊接工艺评定的相关内容,2.Q420焊接性试验,4.Q420焊接工艺评定,5.Q420焊接技术管理人员及焊工培训,评价
3、母材焊接性能的好坏，确定合理的焊接工艺参数。即金属工艺焊接性和对该金属进行焊接后的使用焊接性。,1.焊接性试验的相关内容,目的,焊接性内涵,明确焊接接头所在部件的使用性能的要求明确一个概念：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。最常用的方法（直接法）焊接裂纹试验（冷裂纹试验、热裂纹试验、再热裂纹试验、脆性断裂）计算法（间接法）碳当量法、焊接裂纹敏感指数法,使用焊接性,焊接性试验方法及选择,1.焊接性试验的相关内容,Pcm=C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B式中：Pcm开裂碳当量，T钢材厚度，mm H扩散氢含量，ml
4、/100gPc0.3有冷裂倾向（根部裂纹）预热温度T0（）1440Pc-392,裂纹敏感指数Pc=Pcm+T/600+H/60,1.焊接性试验的相关内容,表 部分碳当量计算公式,1.焊接性试验的相关内容,2.Q420焊接性试验,2.1 焊接冷裂纹敏感性分析 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，采用了国际焊接学会（IIW）推荐的非调质钢碳当量Ceq（IIW）计算公式（公式1）和日本工业标准（JIS）推荐的碳当量Ceq(JIS)计算公式（公式2）进行计算。,2.Q420焊接性试
5、验,Ceq（IIW）=C+（1）Ceq（JIS）=C+（2）,根据JGJ81-2002规定：钢材碳当量小于0.38，焊接难度一般；在0.380.45范围内，焊接程度较难。,2.Q420焊接性试验,JGJ81-2002中对建筑钢结构工程的焊接难度区分原则,注：1按国际焊接学会（IIW）公式，（%）（适用于非调质钢）,焊接难度,2.Q420焊接性试验,2.2 热影响区最高硬度试验 热影响区最高硬度试验是以测定焊接热影响区的淬硬倾向来评定钢材的冷裂纹敏感性。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。,2.Q420焊接性试验,试样检测面经打磨抛光后，用2%硝酸酒精溶液浅腐蚀
6、后，参照GB4675.5如图所示。,图 硬度的检测位置,2.Q420焊接性试验,实例：,表 Q420角钢热影响区最高硬度试验,2.Q420焊接性试验,2.3 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GB4975.1-84斜Y坡口焊接裂纹试验方法的规定进行。试验焊缝结束后，经48小时后进行裂纹检查。,2.Q420焊接性试验,实例：,表 Q420角钢斜Y坡口焊接裂纹试验,当环境温度低于0时，应进行焊前预热150，以避免产生冷裂纹。,2.Q420焊接性试验,2.4 钢材的韧脆转变温度,以得到27J的V型夏比冲击值所对应的试验温度作为韧脆转变
7、温度，测定Q420的韧脆转变温度。测定方法如下：直接将角钢加工成冲击试样,并分别在20、0、-20和-40下进行冲击实验,根据实验结果推断出冲击值为27J时所对应的温度即为韧脆转变温度。冲击功值见下图。,2.Q420焊接性试验,实例：,图 Q420韧脆转变温度,结果表明：0时Q420角钢的冲击值大于27J,-5时冲击值约在27J，因此Q420的韧脆转变温度约在-5。施工单位应注意：在寒冷地带施工时不要造成构件的损伤，如缺口等。,2.Q420焊接性试验,3.焊接工艺评定的相关内容,验证拟定的焊接工艺方案是否正确 为制定焊接作业指导书提供可靠依据选好规程事半功倍 Q420焊接工艺评定JGJ81-2
8、002建筑钢结构焊接技术规程（？）,目的,依据,编制焊接工艺指导书,加工及焊接试件,理化试验,试验结果评定,编制焊接工艺评定报告,焊接工艺文件,Y,N,焊接工艺评定程序,3.焊接工艺评定的相关内容,焊接工艺评定规程对焊接工艺评定的要求,某种钢材或焊接方法的评定结果,可以代替,焊接生产,不能代替,重新进行评定,3.焊接工艺评定的相关内容,4 Q420焊接工艺评定,如何选择焊接材料怎样确定焊接接头性能指标,与Q420钢材的化学成分及力学性能保持一致,遵循同一原则,表 Q420钢焊接接头性能指标,4.Q420焊接工艺评定,焊接工艺评定 试样,4.Q420焊接工艺评定,拉伸试样,冲击试样,侧弯试样,T
9、形接头弯曲试样,焊接质量检查,1 焊工及无损检测人员的资质 2 焊接工艺技术文件是否齐全（焊评 报告、指导书、记录表、检验结果）3 外观检查（未焊满、根部收缩、咬边、表面气孔、夹渣、裂纹、电弧擦伤）4 无损检测（磁粉、渗透、射线、超声）,4.Q420焊接工艺评定,检查内容,按照焊接规程JGJ81（施工图纸和技术文件）要求。,实现理想的焊接、要得到可靠的焊接结果，焊接必须在特定的工艺控制下完成；,质量检验是关键,如何实现最为理想的焊接,小结,4.Q420焊接工艺评定,基于Q420高强钢的焊接特点，特别是由于其碳当量较高，容易产生延迟裂纹的特征，在质量检验环节仅仅保证外观监督是不行的，控制延迟裂纹
10、的基本做法是严格控制在焊接过程中的一些基本参数，在作业人员相关知识匮乏的情况下，质量检验人员的作用尤为重要。,焊接接头的常见缺陷,施工单位验收构件时应注意以下常见焊接缺陷：,焊瘤，亦称满溢。熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的母材上，堆积形成焊瘤。在焊瘤处，常伴有局部未熔合。焊瘤是由填充金属过多引起的，与间隙和坡口尺寸大小、焊速高低有关。,4.Q420焊接工艺评定,（1）焊瘤,沿着焊缝与母材交界部位烧熔形成凹陷或沟槽的现象，称之为咬边。由于焊缝与母材交界处被熔去一定深度，而填充金属又未能及时补充，即形成咬边，如图所示。焊接时电流过大且焊速高时，以及焊条角度不当时，都可能产生这种缺陷。,（2）咬边,4
11、.Q420焊接工艺评定,（3）烧穿,烧穿是指部分熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象。这种缺陷在管壁较薄地钢管相贯节点焊接时，最容易发生。当焊接电流过大，焊速过慢或电弧在某处停过久或间隙坡口尺寸过大时，都有可能形成这种缺陷。,4.Q420焊接工艺评定,（4）弧坑,弧坑，是指在焊缝末端所形成的椭圆行凹坑。它是由操作者在即将焊完收弧时，电弧突然撤离所造成。,4.Q420焊接工艺评定,（5）未焊透,熔焊时，焊接接头根部未完全焊透的现象，称为未焊透，如图所示。未焊透意味着焊接接头受力截面减少，严重影响焊接接头，而且，它是应力最容易集中的地方。在钢管相贯节点焊缝中，是不允许有未焊透缺陷存在的。这种缺陷
12、无法用肉眼发现，一般要经过X光、超声波等探伤才能发现。形成未焊透的主要原因，是焊接电流太小，焊速过高或坡口角度太小，钝边太厚以及焊条直径过大等。,4.Q420焊接工艺评定,（6）未熔合,熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化的部分称为未熔合。,4.Q420焊接工艺评定,（7）夹渣,残留在焊缝中的熔渣和其它外来物即为夹渣。焊接时，电流过小，焊速过快，致使焊缝金属冷却太快，夹渣来不及浮出；运条不正确，熔渣不易浮出，多层焊时前层焊缝的熔渣未清除干净等都能造成夹渣。,4.Q420焊接工艺评定,气孔是焊缝常见的工艺缺陷之一，按其在焊缝的位置可分为表面气孔和内部气孔。,（8）气孔,4.Q42
13、0焊接工艺评定,（9）裂纹,生产中由于各钢种和焊接结构本身特点的不同，可能出现各种裂纹，其中有焊缝的表面裂纹、内部裂纹，有热影响区的横向裂纹、纵向裂纹，有焊道下的裂纹、弧坑处的裂纹等。裂纹有时出现在焊接过程中，有时出现在放置或运行过程中，即延迟裂纹。这种裂纹在其发展前至今仍无法检测。,4.Q420焊接工艺评定,（10）角焊缝焊角尺寸hf过大,hft/2时，T形试样弯曲合格。,图 T形接头双面坡口,4.Q420焊接工艺评定,下图为试样120弯曲后情况,图 hf较大的T形接头,图 hf较小T形接头,4.Q420焊接工艺评定,5 Q420高强钢焊接技术管理人员及焊工的培训,通过对焊接技术管理人员进行
14、有关焊接理论、标准等相关知识培训、考核，促使焊接技术管理人员提高对焊接理论、管理知识、标准正确理解和执行能力，加强产品制造过程的质量控制，质量检验和质量监督，全面提高产品质量。通过考核，成绩合格，取得相应的Q420高强钢焊接技术管理人员资格证书。,焊接技术管理人员的培训,根据JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程的规定，目前在铁塔制造中采用Q420高强钢，必须进行单独的焊接工艺评定，经评定合格后编制焊接作业指导书指导焊接生产，同时施焊的焊工必须经相应材料、方法、位置的考试合格才允许参加焊接工作。目的是通过对焊工进行有关焊接理论、标准等基础知识、Q420高强钢焊接操作技能的培训，促使焊工加强职业道德，改变工作作风，提高技术能力，全面提高产品质量。通过考核，成绩合格，取得相应的Q420高强钢焊工资格证。,焊工的培训,5.Q420高强钢焊接技术管理人员及 焊工的培训,谢谢大家！,
