冷軋帶鋼連續(xù)退火過程中焊縫接頭的斷帶分析

1、.冷軋帶鋼連續(xù)退火過程中焊縫接頭的斷帶分析42一寶鋼技術(shù)1997年第1期冷軋帶鋼連續(xù)退火過程中焊縫接頭的斷帶分析伍宜盎一高甲生蓮旦皇,陳守群T(華東冶金學(xué)院)(冷軋廠)摘要考察了不同類型焊縫接頭斷帶的斷口特征,分析了連續(xù)退火過程中接頭的力學(xué)行為,探討1斷帶機(jī)理及降低接頭斷帶率的措施.關(guān)鍵詞連燮蘭機(jī)理措施舉Iq.研口一簽AnalysisontheStripBreakingatWeldSeaminContinuousAnnealingofColdRolledStripHeYittGao,ashen(EastChinaMetallurgicalInstitute)HuangZ0”ChenShouqt

2、m(ColdRollingMillPlant)ABSTRACTBasedontheinvestigationoffracturecharacteristicsofstripbreakingatdifferenttypeofweldseams,themechanicalbehavioroftheseamduringcontinuousannealingisanalyzed,andboththemechanismofstripbreakingandtherelativemeasurestoreducetherateofstripbreakingatweldseamarediscussed.KeyW

3、ordsContinuousannealingStripbreakingMechanismMeasuresl前言寶鋼冷軋廠連續(xù)退火機(jī)組(cAPL)投產(chǎn)初期存在的主要問題是斷帶率較高.據(jù)斷帶事故記錄分析發(fā)現(xiàn),因焊接接頭斷帶的次數(shù)超過總斷帶次數(shù)的50,因此,降低接頭斷帶率是解決CAtSL機(jī)組斷帶事故的關(guān)鍵.本文對斷帶實物進(jìn)行了斷口分析,研究了接頭在CAPL退火過程中的力學(xué)行為,探討了斷帶機(jī)理,提出了降低焊縫斷帶率的措施.2焊接接頭斷口分析2.1宏觀斷口類型對CAPL機(jī)組斷帶實物進(jìn)行取樣分析,發(fā)現(xiàn)按斷裂位置的不同,可將接頭斷帶分為3種形式:(1)沿焊接缺陷撕裂.包括沿飛濺產(chǎn)生的裂紋及未焊臺或熔合不足

4、對應(yīng)的裂紋撕裂,見圖1(a)何宜柱副教授華東冶金學(xué)院郵編243002(2)接頭熱影響區(qū)(HAz)正斷.顯微分析發(fā)現(xiàn),斷口處于細(xì)晶區(qū),斷口垂直于拉伸方向,為正斷斷口,見圖1(b).(3)跨越接頭斜向斷裂.斷口與焊縫約成45.角,見圖1(c).(a)惜焊接裂垃撕裂b)HAZ正斷(c)跨越接壬料向斷裂.圖1焊接接頭斷帶位置示意困1997年第1期寶鋼技術(shù)432.2微觀斷口分析圖2為HAZ正斷型斷口微觀組織.裂紋萌生于粗晶區(qū),沿細(xì)晶區(qū),纖維組織區(qū)擴(kuò)展,見圖2(a).掃描電鏡(SEM)分析表明,是拉剪型裂紋的擴(kuò)展造成接頭斷裂的,見圖2(b).據(jù)此不難發(fā)現(xiàn),HAZ正斷型斷帶是跑偏等過載因素造成的.實際上,三

5、種斷口具有一個共同的特征:不存在明顯的塑性變形痕跡,即屬于脆性斷裂.(a)裂紋擴(kuò)展建徑(沿細(xì)晶區(qū))×250(b)拉剪型裂紋圖2HAZ正斷型斷口的微觀組織3接頭的力學(xué)分析3.1無缺陷接頭主要分析CAPL工藝條件下接頭在生產(chǎn)線有關(guān)區(qū)段的安全系數(shù).取典型材質(zhì)CQ,DDQ級沖壓鋼為考察對象,對應(yīng)的規(guī)格為兩種極限狀態(tài),即0.5mmX900mm和2.0ramX1500mm.有關(guān)區(qū)段的溫度值取CAPL機(jī)組技術(shù)規(guī)范的設(shè)定值上限,高溫抗拉強(qiáng)度由熱模擬實驗確定.假設(shè)張應(yīng)力不隨板厚變化,安全系數(shù)計算結(jié)果見表1.表1CAPL機(jī)組爐內(nèi)有關(guān)區(qū)段接頭安全系數(shù)位置入口端均熱段過時效段出口段由表1可見;(1)對于無缺

6、陷的接頭,在正常的CAPL退火工藝條件下,安全系數(shù)較大,因而不會斷帶.(2)對于爐內(nèi)不同的區(qū)段,安全系數(shù)各不相同,均熱段雖小,并可推斷加熱室的后幾個行程次之.從安全系數(shù)大小角度看,均熱及加熱段斷帶率最大(3)DDQ級的沖壓鋼在高溫段安全系數(shù)較小;橫截面積小的帶鋼,安全系數(shù)小3.2有焊接缺陷的接頭接頭力學(xué)性能試驗研究表明,降低抗拉強(qiáng)度的主要焊接缺陷是飛濺及未焊合實際上,這兩種焊接缺陷的產(chǎn)生將在接頭貼合面上留下宏觀裂紋有限元分析表明,裂紋的長度及其與板面夾角對力學(xué)性能有很大影響.J積分計算發(fā)現(xiàn),裂紋越長,夾角越大,J積分值越大.對計算結(jié)果進(jìn)行回歸分析,得到了J積分與裂紋長度l(mm),外載張應(yīng)力(

7、MPa)問的關(guān)系式:J一一0.3+1.23la(MPa?ram)(1)此式對應(yīng)的夾角為45.若取臨界J積分J一50(MPa?ram),并以44何宜柱等冷軋帶鋼連續(xù)退火過程中焊縫接頭的斷帶分析d一.,作為斷裂的判據(jù),可估算出不同裂紋尺寸下的極限外載張應(yīng)力(見表2).z增大,鍛限外載張應(yīng)力降低,安全系數(shù)減少,在正常的張應(yīng)力作用下,有可能發(fā)生斷帶.表2接頭裂紋長度對極限張應(yīng)力的影響,MPa20313610281685141344接頭斷帶機(jī)理及降低接頭斷帶率措施的探討4.1斷帶機(jī)理在以上對斷口及力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合生產(chǎn)實際,發(fā)現(xiàn)以上3種不同類型斷帶的原因為:第一種,主要是接頭質(zhì)量欠佳,即由飛濺和熔合

8、不足這兩類焊接缺陷造成的;第二種,是由于外載過大造成的,這時的張力已遠(yuǎn)高于正常設(shè)定的張力水平;第三種,是母材斷帶引起的.按斷裂力學(xué)基本理論,當(dāng)外載引起的某一斷裂動力參數(shù)如J積分,大于材料本身固有的斷裂阻力參數(shù)如J時,斷裂將發(fā)生.當(dāng)接頭中存在飛濺或熔合不足等焊接缺陷時,J.值將降低,抗斷性下降;若帶鋼在CAPL爐內(nèi)跑偏,觸及爐墻,或帶鋼產(chǎn)生熱瓢曲,將明顯地提高J積分值,當(dāng)J>J時,帶鋼就斷裂.4.2降低接頭斷帶率的措施根據(jù)接頭斷帶機(jī)理,要降低斷帶率,應(yīng)著重從兩個方面入手:提高裂紋斷裂阻力;降低裂紋擴(kuò)展動力.下面從焊接角度探討降低接頭斷帶率的措施.4.2.1防止接頭缺陷產(chǎn)生縫焊接頭缺

9、陷指的是焊接缺陷和形位缺陷.焊接缺陷包括飛濺及熔合不足或來熔合,兩者嚴(yán)重惡化接頭性能.形位缺陷見圖3焊縫首尾寬度不同,將惡化接頭性能與工作應(yīng)力分布;接頭兩側(cè)薄板寬度方向錯位及中心線相交,既惡化接頭受力狀態(tài),又易使帶鋼跑偏.顯然,優(yōu)化焊接工藝,是防止產(chǎn)生焊接缺陷的有效措旆.4.2.2改進(jìn)接頭質(zhì)量檢驗方法即使采用優(yōu)化的焊接工藝,也不能徹底避免接頭中焊接缺陷的存在,所以生產(chǎn)實際中對每條焊縫均進(jìn)行質(zhì)量檢查.目前采用的是”錘擊法”,即用錘子敲擊焊縫,若接頭開裂,判定接頭不合格切除重焊.(B)焊箍首尾竟窿不同b)焊麓寬度方向請位(c)焊鏈兩蕾沖軋板中心魄相交圖3縫焊接頭開;位缺陷示意圖錘擊法存在著不可忽視

10、的缺點,突出表現(xiàn)在:(1)有損檢驗.錘擊過程中,無裂紋的接頭可能開裂,有裂紋的接頭裂紋擴(kuò)展,從而可能使本來合格的接頭變成裂紋超標(biāo)的不合格接頭;(2)難以準(zhǔn)確,徹底檢測出焊接缺陷.因為錘擊法是以錘擊后焊接接頭是否斷裂或出現(xiàn)宏觀裂紋為依據(jù),處于焊縫下貼合面上的飛濺及未熔合裂紋,只要錘擊中不充分?jǐn)U展而斷裂,是難以發(fā)現(xiàn)的;(3)適用鋼種,規(guī)格有限.對于雙相鋼,結(jié)構(gòu)鋼等碳當(dāng)量較高的鋼種,冷軋后韌性低,錘擊用力稍大,接頭附近的母材就開裂.我們提出了一種新的焊縫質(zhì)量檢查法,即.飛濺判別法”.該方法是以焊接接頭中是否出現(xiàn)”飛濺”及熔合不足這兩類缺陷為判別依據(jù).其優(yōu)點:(1)無損檢驗;(2)準(zhǔn)確,可靠,不但對焊

11、接接頭,而且可對焊接過程進(jìn)行檢測,考察;(3)適用性廣,不受鋼種,規(guī)格的限制;(4)縮短了停機(jī)時間.5結(jié)論(I)焊接接頭斷帶有3類:沿貼合面撕裂,熱影響區(qū)正斷及斜向斷裂,分別主要由焊接缺陷,跑偏超載或熱瓢曲及母材斷帶所引起.(2)斷口分析表明,接頭斷帶屬脆性斷裂.1997年第l期寶鋼技術(shù)(3)力學(xué)分析表明,接頭中焊接裂紋的長度及其與板面夾角的增大,將降低承載能力;在正常工作張力的作用下,無焊接缺陷的接頭安全系數(shù)較大,不會發(fā)生斷裂.(4)優(yōu)化焊接工藝,改進(jìn)焊接接頭質(zhì)檢方法,(上接第2O頁)因此能耗就特別大.(3)除塵效果好外排廢氣含塵濃度一,二期是100mg/m.(標(biāo)態(tài)),三期干式除塵是50mg

12、/m(標(biāo)態(tài)).3煉焦三電控制新技術(shù)三期煉焦三電成套控制裝置(硬件)是從日本三菱電機(jī)株式會社引進(jìn)的,焦耐院負(fù)責(zé)軟件編制,其主要技術(shù)特點如下.(1)三電控制一體化一期工程中電氣,儀表,計算機(jī)為分散配置,采用模擬盤單獨操作,二期稍有改進(jìn)三期三電控制實現(xiàn)一體化,全部信息在1臺CRT上顯示和操作,不僅取消了笨重龐大的模擬盤,操作臺,而且實現(xiàn)了多窗口顯示,全觸摸快速應(yīng)答功能.因此,設(shè)備少,占地少,投資省,省人省力,操作簡便,快捷(2)焦?fàn)t爐溫測定和控制自動化一期焦?fàn)t采用模擬儀表,爐溫控制全靠人工操作,管理水平低.二期焦?fàn)t爐溫控制水平有所提高,部分采用計算機(jī)控制,但最辛苦的爐溫測量還要靠人工在爐頂用傳統(tǒng)的光學(xué)高溫計一個一個地防止接頭中產(chǎn)生焊接缺陷,是降低斷帶率的有效措施.編輯龔根生(收稿日期1996年8月22日)測量,煙熏火烤,環(huán)境十分惡劣.測好的爐溫及人工測試的煤水分等再由人工輸入計算機(jī).由于爐溫,煉焦煤水分不能及時輸入,控制爐溫的煤氣量,空氣量的改變往往滯后,因此,計算機(jī)的優(yōu)越性受到了限制三期焦?fàn)t測爐溫是在爐頂立火道埋設(shè)熱電偶,并在上升管也設(shè)置熱電偶,以此來測量立火道內(nèi)的溫度及煉焦火落溫度這些溫度測量都是自動進(jìn)行,實行閉環(huán)控制,既減輕了工人的勞動強(qiáng)度(最后可達(dá)到取消測直行溫度之目的),又由于計算機(jī)可及時控制進(jìn)爐的煤氣量及空氣量,從而達(dá)到最大的節(jié)