(2021年整理)S690高強鋼焊接工藝設計與開發(fā)

1、s690高強鋼焊接工藝設計與開發(fā)s690高強鋼焊接工藝設計與開發(fā) 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內容進行仔細校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（s690高強鋼焊接工藝設計與開發(fā)）的內容能夠給您的工作和學習帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進步，以下為s690高強鋼焊接工藝設計與開發(fā)的全部內容。9s690高強鋼焊接工藝設計與開發(fā)摘 要:本文介紹了工程機械用淬火回火高強度結構鋼，并

2、以屈服強度為690mpa的astm a514 gr.q淬火回火高強度結構鋼為例，根據其的性能特點，通過計算碳當量，分析其焊接性能，進行了焊接工藝設計和開發(fā).關鍵詞：690mpa 高強度結構鋼 astm a514 gr。q 焊接工藝設計1 概 況隨著工程機械技術的發(fā)展，尤其是液壓傳動技術的在工程機械上的應用,要求大幅度提高焊接結構的承載能力。采用高強度或超高強度鋼來提高承載能力或在結構承載能力不變的情況下,大大減輕自重,這已成為重要工程結構設計的趨勢。我公司承接的200呎自升式鉆井船項目已計劃用屈服強度為690mpa的astm a514 gr。q淬火回火高強鋼來制作樁腿齒條,利用這一技術在本行業(yè)

3、創(chuàng)造競爭優(yōu)勢，提高產品的市場競爭能力。這種高強度結構鋼用于焊接結構，對于降低建造成本，提高結構承載能力有著極大的優(yōu)勢，但對焊接技術要求較高,焊接工藝參數控制要求較嚴，焊接生產過程也極為重要。本文擬就淬火回火高強度結構鋼做了一些介紹,并以astm a514 gr。q淬火回火高強度結構鋼為例,通過計算碳當量，分析其焊接性能，進行了焊接工藝設計和開發(fā)。2 淬火回火高強度結構鋼特點及試驗鋼材的選擇淬火回火高強度結構鋼是通過嚴格控制含碳量,一般不超過0。20，加入適量的合金元素si、mn、cr、ni、mo、cu，再經過奧氏體化淬火-回火熱處理制作而成的，具有高的屈服點（490980mpa）、良好的塑性、

4、韌性、耐磨及耐腐蝕性。目前已廣泛應用于海洋工程、機械工業(yè)、能源動力等行業(yè)，因此對此類鋼種進行焊接工藝設計和開發(fā)對提高公司市場競爭能力具有重要意義。我們根據200呎自升式鉆井船項目樁腿齒條強度要求和焊接工藝設計的要求，選用了astm a514 gr。q為試驗材料，其規(guī)格為1000mm200mm70mm，1500mm200mm70mm兩種，調質狀態(tài)供貨，試驗件的化學成分和力學性能分別見表1和表2.表1 astm a514 gr.q試驗件的化學成分(）材質csimnpscumonicrnbtialastm a514 gr.q0。1640.2891.280。0100.0060.0340.2590。11

5、00.3190.0280.0020.013表2 astm a514 gr.q試驗件的力學性能材質屈服強度s（mpa）抗拉強度b（mpa)延伸率5()沖擊功akv （-40）（j)astm a514 gr.q74881918175注:表1、表2中數據為鋼材證書提供的實測值；沖擊功akv值為40條件下實測值的平均值。3 試驗鋼材焊接性能分析鋼材焊接性能的差異可用可焊性表示。鋼材的可焊性是指在一定的工藝條件下焊接時,能獲得優(yōu)質焊接接頭的能力，通常用碳當量來評價。按照國際焊接學會（iiw）推薦的碳當量計算公式1：結合表1中的化學成分計算得astm a514gr q鋼的碳當量為0.50%.國際焊接學會和

6、中國造船規(guī)范推薦的碳鋼及低合金鋼常用的碳當量標準是：當碳當量0。4%時，鋼材的淬硬傾向不明顯，可焊性優(yōu)良，焊接時不必預熱。當碳當量為0.40.6%時，鋼材的淬硬傾向逐漸明顯,需要采取適當預熱，控制線能量等工藝措施。當碳當量0.6時,淬硬傾向強，屬于較難焊的鋼材,需采取較高的預熱溫度和嚴格的工藝措施。同時該astm a514 gr。q試驗件為經淬火加回火調制處理鋼件，其組織主要為回火索氏體，還有少量的回火貝氏體和鐵素體，具有高的屈服點（690mpa）、良好的塑性、韌性、耐磨及耐腐蝕性。由于合金元素的強化作用，焊縫及焊接熱影響區(qū)淬硬性得到提高，每一道焊后組織主要為馬氏體；次層焊縫可對上一層焊縫形成

7、的馬氏體組織自動回火，即有“自動回火”特性，組織轉變?yōu)樨愂象w、鐵素體和馬氏體的混合組織，性能得到改善,降低了冷裂紋產生的幾率,使焊接過程中冷裂紋傾向減小.但焊接過程中如果熱輸入集中或冷卻速度較低，在焊接熱影響區(qū)易發(fā)生軟化或脆化現象,若冷卻速度較快，焊接熱影響區(qū)易發(fā)生淬硬組織,有出現冷裂和韌性下降的傾向。因此確定焊前合適的預熱溫度，嚴格控制熱輸入，降低冷卻速度進行緩冷是獲得理想焊接結構的關鍵。4 焊接工藝設計和開發(fā)根據對astm a514 gr.q鋼焊接性能的分析，在焊接工藝設計時應著重考慮一下三個方面：1) 焊前選擇合適的預熱溫度，根據astm a514 gr.q鋼的性能特點和aws d1。1

8、2008標準的要求，我們最終確定最低預熱溫度為150，最大層間溫度為200；2) 焊接過程中嚴格控制熱輸入,根據astm a514 gr。q鋼的性能特點,參考多方面資料,我們最終確定熱輸入盡量控制在1.02。5kj/mm；3) 焊后降低冷卻速度進行緩冷，根據astm a514 gr。q鋼的性能特點和aws d1.12008標準的要求,我們最終確定焊后立刻進行200保溫,時間為2小時。下面我們就埋弧自動焊接、手工電弧焊、氣體保護藥芯焊三種焊接方法,對astm a514 gr。q鋼進行焊接工藝設計和開發(fā)。4.1 埋弧自動焊工藝4.1。1 焊前準備由于埋弧自動焊自身的特點，我們選擇1g位置進行探索性

9、試驗,焊接材料我們選擇與astm a514 gr。q鋼性能強度相匹配的excalibur 11018m mr焊條（打底)和lac m2焊絲（填充、蓋面），坡口如圖1:圖1 埋弧自動焊坡口圖焊前應采取打磨等措施徹底清除坡口表面及附近25mm內的鐵銹、油污異物.4。1。2 焊接工藝.焊前預熱溫度在150175之間，層間溫度在150200之間。預熱寬度為焊縫中心兩側各150mm范圍內，用接觸式測溫儀在距焊縫中心50mm處對稱測量。加熱采用電阻加熱器加熱。焊接過程中，層間溫度不應低于預熱溫度;。采用多層多道焊，手工電弧焊打底焊道厚度45mm，后續(xù)埋弧自動焊焊層厚度34mm。焊接線能量控制在1.02.5

10、kj/mm;。焊接參數如表3：表3 埋弧自動焊焊接參數焊道焊接方法焊材名稱直徑（mm)電流(a）電壓（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蓋面sawlac m24。0480-53029-31400-540.焊后立刻用電加熱片進行200保溫,并用保溫棉包好，保溫時間為2小時。4.2 手工電弧焊工藝 4。2.1 焊前準備根據200呎自升式鉆井船項目需要，我們選擇2g、3g位置

11、進行探索性試驗，焊接材料我們選擇與astm a514 gr.q鋼性能強度相匹配的excalibur 11018m mr焊條，坡口如圖2:圖2 手工電弧焊坡口圖焊前應采取打磨等措施徹底清除坡口表面及附近25mm內的鐵銹、油污異物。4.2。1 焊接工藝。 焊前預熱溫度在150175之間，層間溫度在150200之間。預熱寬度為焊縫中心兩側各150mm范圍內，用接觸式測溫儀在距焊縫中心50mm處對稱測量。加熱采用電阻加熱器加熱。焊接過程中，層間溫度不應低于預熱溫度；。采用多層多道焊，手工電弧焊打底焊道厚度45mm,后續(xù)焊層厚度34mm.焊接線能量控制在1.02.5kj/mm；。焊接參數如表4：表4 手

12、工電弧焊焊接參數焊道焊接方法焊材名稱直徑（mm)電流（a）電壓（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蓋面smawexcalibur 11018m mr3。2120-1502124120-180smawexcalibur 11018m mr4.014018022-25120-300.焊后立刻用電加熱片進行200保溫,并用保溫棉包好,保溫時間為

13、2小時.4.3 氣體保護藥芯焊工藝 4.3。1 焊前準備根據200呎自升式鉆井船項目需要,我們選擇2g、3g位置進行探索性試驗，焊接材料我們選擇與astm a514 gr。q鋼性能強度相匹配的excalibur 11018m mr焊條（打底）和outershield 690h焊絲（填充、蓋面），保護氣體為ar/co2混合氣，比例為80/20,流速為1525l/min，坡口如圖3：圖3 氣體保護焊坡口圖焊前應采取打磨等措施徹底清除坡口表面及附近25mm內的鐵銹、油污異物.4.3.2 焊接工藝。焊前預熱溫度在150175之間,層間溫度在150200之間。預熱寬度為焊縫中心兩側各150mm范圍內，用

14、接觸式測溫儀在距焊縫中心50mm處對稱測量。加熱采用電阻加熱器加熱。焊接過程中，層間溫度不應低于預熱溫度。.采用多層多道焊,手工電弧焊打底焊道厚度45mm，后續(xù)氣體保護焊焊層厚度34mm。焊接線能量控制在1。02.5kj/mm。焊接參數如表5:表5 氣體保護焊焊接參數焊道焊接方法焊材名稱直徑（mm）電流（a)電壓（v）焊接速度（mm/min）打底smawexcalibur 11018m mr3.290-11021-244060填充fcawgoutershield 690h1.217024022-28200-450蓋面fcaw-goutershield 690-h1.217021022-2635

15、0-450.焊后立刻用電加熱片進行200保溫,并用保溫棉包好,保溫時間為2小時。5 檢驗及結果分析5.1 無損檢驗焊接完成72小時后進行ndt（無損檢驗）檢驗,包括焊縫外觀檢驗、mt和ut探傷,檢驗結果均滿足aws d1。1、abs rules for materials and welding、中國船級社材料與焊接規(guī)范及技術規(guī)格書的要求。5.2 性能試驗綜合aws d1.1標準、abs rules for materials and welding、中國船級社材料與焊接規(guī)范和技術規(guī)格書中關于焊接工藝評定的要求,進行了減截面拉伸試驗、全焊縫拉伸試驗、彎曲試驗、低溫沖擊試驗和宏觀硬度試驗,同時為

16、了更加全面的了解焊接結構性能附加進行了ctod試驗和應力腐蝕和氫脆試驗。力學性能及低溫沖擊性能試驗結果如下表：表6 力學性能、低溫沖擊性能試驗結果工藝減截面拉伸試驗(mpa)全焊縫拉伸試驗（mpa)彎曲試驗180低溫沖擊試驗(40)（j）宏觀硬度（hv10）埋弧焊824-8391000合格61168256380手工電弧焊800-823813。5823。1合格39-203242-351氣保護藥芯焊781-845775。3831。1合格36-184225-381從表中可以看出減截面拉伸試件的抗拉強度值在780850mpa之間，全焊縫拉伸試件的抗拉強度值在7751000mpa之間，滿足工程規(guī)格書和a

17、stm a514標準的要求，說明所選焊材強度均滿足工程項目需要。彎曲試驗采用直徑63。5mm壓頭，彎曲角度為180，其中有兩個試件出現小于2mm的裂紋,其他均無裂紋產生，取兩倍補做均無裂紋產生，滿足工程規(guī)格書和aws d1。1標準要求，說明該焊縫表面和根部的塑性均滿足工程項目需要.沖擊試驗在40的低溫下進行，沖擊結果均在36203kj/mm之間,高于工程的驗收標準34kj/mm，說明所有接頭焊縫金屬和熱影響區(qū)低溫沖擊性能良好。所有宏觀硬度試驗件也均滿足相關標準和技術規(guī)格書要求。此外，所有ctod試驗件也均滿足bs 7448 part2和dnv-osc401標準的要求，所有應力腐蝕和氫脆試驗件著

18、色探傷檢驗表面未發(fā)現裂紋，微觀檢驗試驗截面也未發(fā)現應力腐蝕裂紋。綜上所述,說明試驗所選焊接材料、坡口形式、預熱和層間溫度、焊接工藝參數和焊后保溫工藝滿足工程項目需要。同時根據試結果分析發(fā)現埋弧自動焊和手工電弧焊試驗件的各項力學性能值相對較均勻，氣體保護藥芯焊的各項力學性能值相對較分散且相對偏差,說明埋弧自動焊和手工電弧焊試驗件焊縫的各項力學性能優(yōu)于氣體保護藥芯焊且成分分布相對較均勻，性能也相對較穩(wěn)定，在焊接此類鋼材且質量要求較嚴格時應優(yōu)先選用埋弧自動焊和手工電弧焊。6 結 論1) 淬火回火高強度鋼的可焊性較差,但通過合理的選擇焊接方法、焊接材料、設計坡口形式、確定合適的最低預熱溫度和最高層間溫度以及焊接工藝參數和焊后保溫工藝，焊接接頭便可以獲得良好的力學性能.2) 埋弧自動焊在焊接淬火回火高強度鋼雖然可以獲得良好的焊接接頭，但焊接位置受限且不便于控制焊接變形，同時由于電流電壓大，工件升溫快,而淬火回火高強度鋼的焊接溫度區(qū)間小,大部分時間浪費在等待降溫上，設備和人員利用率低，所以推薦應用于平焊位置，對變形要求不嚴格的長直焊縫的焊接。3) 手工電弧焊在焊接淬火回火高強度鋼既可以獲得良好的焊接接頭，焊接位置也不受限制，也比較容易控制焊接變形,受外界環(huán)境（如大風)影響小，而且電流電壓小，工件升溫慢,設備和人員利用率高，所以推薦應用于環(huán)境苛刻，對變形和焊接質量要求嚴格的短焊縫的焊