GS20MN5+Q345焊接工藝方案

1、X.X.XGS-20Mn5鑄鋼件與Q345B管（板）的焊接工藝方案作為本工程焊接方面的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，我們針對(duì)Q345B與GS-20Mn5鑄鋼件的焊接進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定并制定了相應(yīng)的焊接工藝措施。1.鑄鋼件、Q345B鋼力學(xué)性能、化學(xué)成份和焊接工藝參數(shù)分析GS-20Mn5鑄鋼組織類型為珠光體，微觀組織表現(xiàn)為各向同性；Q345B鋼管微觀組織成纖維狀，表現(xiàn)為各向異性。其合金元素含量、力學(xué)性能也存在著差異，兩者之間焊接容易引起的組織和力學(xué)性能的不均勻性、界面組織的不穩(wěn)定性等，為了正確制定焊接工藝需要對(duì)材料作認(rèn)真的分析和研究。（1）.力學(xué)性能和化學(xué)成分DIN17182鑄鋼GS-20Mn5化學(xué)成份、力學(xué)

2、性能如下:牌號(hào)熱處理狀態(tài)厚度mm屈服強(qiáng)度gsMpa抗拉強(qiáng)度GbMpa延伸率6%沖擊功Akv/J-20CGS-20Mn5調(diào)質(zhì)0503605006502450C%Si%Mn%P%S%Cr%Mo%0.170.19W0.61.01.300.0150.0150.30.15低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345B化學(xué)成份、力學(xué)性能如下：牌號(hào)厚度mm屈服強(qiáng)度GSMpa抗拉強(qiáng)度GbMpa延伸率6%沖擊功Akv/J-20C180彎曲試驗(yàn)Q345B0163454706302134D=2aD=3aC%Si%Mn%P%S%V%Nb%Ti%0.200.551.01.60.040.040.020.150.0150.060.020.2

3、（2）.焊接工藝參數(shù)分析a、碳當(dāng)量的計(jì)算：碳當(dāng)量是把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量它是估算鋼材焊接性的重要指標(biāo)之一。根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的適應(yīng)于中高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼公式，計(jì)算Q345B的碳當(dāng)量CE（%）:MnCr+Mo+VCu+NiCE（%）=C+5+（%）0.43（%）根據(jù)日本JIS標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)于低碳調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼公式，計(jì)算鑄鋼GS-20Mn5的碳當(dāng)量CE(%):CE（%）=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14（%）0.49%計(jì)算結(jié)果分別為0.43%和0.49%，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及中國(guó)焊接學(xué)會(huì)焊接手冊(cè)中相關(guān)工藝資料介紹，可知

4、鑄鋼GS-20Mn5和Q345B在焊接時(shí)存在一定的淬硬和產(chǎn)生焊接冷裂紋傾向,故焊接時(shí)應(yīng)采取預(yù)熱、控制線能量、后熱緩冷或消除擴(kuò)散氫等工藝措施。b、預(yù)熱溫度和后熱溫度Q345B鋼和GS-20Mn5鑄鋼在焊接冷卻過(guò)程中，熱影響區(qū)容易形成淬火組織-馬氏體，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降，結(jié)果導(dǎo)致焊后出現(xiàn)裂紋，GS-20Mn5鑄鋼由于壁厚較厚，容易出現(xiàn)根部裂紋；Q345B鋼的焊接裂紋則主要是冷裂紋。根據(jù)AWSD1.1鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范的規(guī)定，焊接結(jié)構(gòu)用低合金鑄鋼最低預(yù)熱溫度為150C,后熱溫度定為200-220,當(dāng)操作地點(diǎn)環(huán)境溫度低于常溫時(shí)（高于0C）,應(yīng)提高預(yù)熱溫度1525C。在本節(jié)點(diǎn)的焊接過(guò)程中具體加熱方

5、法是利用火焰加熱。另外，由于Q345E其材料本身的化學(xué)成分、力學(xué)性能和焊接性比Q345B優(yōu)異，故在本工程中小部分的Q345E鋼管焊接工藝按Q345B焊接工藝執(zhí)行。2鑄鋼GS-20Mn5和Q345B鋼管（板）焊接工藝評(píng)定：鑄鋼GS-20Mn5、Q345B鋼管（板）之間的焊接，其突出的工藝問(wèn)題是要解決于焊接接頭的化學(xué)成份不一致性及由此引起的組織和力學(xué)性能的不均勻性、界面組織的不穩(wěn)定性以及應(yīng)力變形的復(fù)雜性等，協(xié)調(diào)和處理好這些問(wèn)題是正確制定異種鋼焊接工藝的依據(jù)，也是獲得滿意焊接接頭的關(guān)鍵。（1）.焊接工藝參數(shù)的選擇：焊接方法的選擇從鑄鋼節(jié)點(diǎn)形狀和尺寸、以及裝配特點(diǎn)要求可知：支管與Q345B鋼管及鑄鋼支

6、點(diǎn)采用現(xiàn)場(chǎng)定位裝配和焊接，考慮到現(xiàn)場(chǎng)焊接的工藝和設(shè)備的使用特點(diǎn)，可選用焊接方法有手工電弧焊（SMAW）和C02氣體保護(hù)焊（GMAW）兩種方法，節(jié)點(diǎn)和支座的焊接可采用氣體保護(hù)焊（GMAW），其它焊接接頭因?yàn)楹笚l可選擇性強(qiáng)，不受焊接作業(yè)的場(chǎng)所限制，使用方便等特點(diǎn)，都采用手工電弧焊（SMAW）。填充材料的選擇：對(duì)于鑄鋼GS-20Mn5、Q345B鋼管之間的焊接，焊材的擴(kuò)散氫含量應(yīng)控制在6ml/100g以下，同時(shí)根據(jù)等強(qiáng)匹配的焊材選擇原則，在本工程中應(yīng)選用低氫型堿性、國(guó)際牌號(hào)為E50系列：E5015、E5016、E5018的焊條。但由于E5016對(duì)焊機(jī)的空載電壓要求較高（大于85V），故在本工程中基本

7、采用E5015（國(guó)內(nèi)牌號(hào)J507、AWS牌號(hào)E7015）焊條，其抗裂性能、塑性要求、沖擊韌性、低溫性能等方面都能保證焊接接頭的技術(shù)條件。焊條直徑可根據(jù)焊縫特點(diǎn)選擇3.2血、4.0mm、5.0mm，其焊接電源要求是直流反接。和焊條相比，實(shí)芯焊絲的選擇范圍小很多，在本工程選用的是ER50-6，其力學(xué)性能、耐熱、耐蝕性能等滿足技術(shù)條件。E5015焊條和ER50-6焊絲焊縫金屬化學(xué)成份如下:名稱C%Si%Mn%P%S%E5015焊條0.120.350.30.60.040.030ER50-6焊絲0.120.250.150.40.040.030c.坡口的形狀與尺寸:根據(jù)圖號(hào)結(jié)施-HW52、53、554、5

8、5的設(shè)計(jì)要求，鑄鋼支管加工要求為壁厚（t）20mm、坡口鈍邊（p）12mm、坡口深度（H）8mm，根據(jù)AWSD1.1-2002鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范的免焊接工藝評(píng)定和JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程的焊條手工電弧焊全焊透CJP坡口形狀與尺寸的要求，設(shè)計(jì)接頭類型為MC-BV-B1形式，示意圖如下左圖，鑄鋼GS-20Mn5空心球與柱底定向滑移支座加筋板接頭類型設(shè)計(jì)為全熔透CJP焊接接頭，設(shè)計(jì)接頭類型為GC-TK-2形式，接頭坡口形狀與尺寸示意圖如下右圖:I/MC-BV-BI接頭GC-TK-2接頭為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，同時(shí)利用多次焊道再熱處理的優(yōu)點(diǎn)，和利于焊縫外觀的要求，采用多層

9、多道焊接。具體措施為：第一焊道3.2血焊條窄焊道薄焊層打底，2、3焊道層使用4.0血焊條提高焊接效率的焊接工藝，具體參數(shù)見下面焊接工藝評(píng)定。焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)下面使用專門制作的符合本工程技術(shù)要求的鑄鋼GS-20Mn5和Q345B試件進(jìn)行焊接工藝評(píng)定(WPS)，由于我國(guó)至今尚未有專門為鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評(píng)定制定的標(biāo)準(zhǔn)，本工藝評(píng)定主要依據(jù)AWSD1.1-2002鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范和JB4708-2000鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定對(duì)其評(píng)定，報(bào)告和表格采用的是JGJ81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程焊接工藝評(píng)定格式。a.焊接工藝評(píng)定作業(yè)指導(dǎo)書試件的制備：由于在南通體育會(huì)展館工程中主要是管-管、管-球間焊接，依據(jù)

10、有效的試件評(píng)定適用范圍有關(guān)規(guī)定，我們采用了t為12mm、100mm6G位置對(duì)接的GS-20Mn5鑄鋼管和Q345B鋼管試件，分別采用了手工電弧焊和CO2氣體保護(hù)焊焊接。為了符合標(biāo)書的寫作要求，下面焊接工藝評(píng)定中有的內(nèi)容作了省略。焊接工藝評(píng)定作業(yè)指導(dǎo)書工程名稱館鋼結(jié)構(gòu)工程指導(dǎo)書編號(hào)母材標(biāo)準(zhǔn)號(hào)DIN17182規(guī)格GS-20Mn5供貨狀態(tài)調(diào)質(zhì)生產(chǎn)廠GB/T1591Q345B熱軋焊接材料生產(chǎn)廠牌號(hào)類型烘干溫度C*h符合標(biāo)準(zhǔn)焊條E5015E50堿性低氫350380C保溫1.52h,110120C保存GB/T5118焊絲ER50-6GB/8110T焊劑或氣體CO2HG/T2537焊接方法手工電弧焊焊接位置

11、全位置6GCO2氣體保護(hù)焊接焊接設(shè)備型號(hào)ZXG-500電源及極性直流反接DC-500直流反接預(yù)熱溫度。C150200層間溫度150200后熱溫度C和時(shí)間h200300焊后熱處220C保溫1小時(shí)緩冷至室溫理接頭及坡口尺寸圖焊接順序圖1宀、焊接工藝參數(shù)焊道焊接方法焊條或焊絲保護(hù)氣體氣體流量L/min電流(A)電壓(V)焊接速度(cm/min)熱輸入(kj/cm)備注牌號(hào)1SMAWE50153.290140202425352133手工電弧焊試件2SMAWE50154.01401602024203523373SMAWE50154.01401602024203523371GMAWER50-61.2C02

12、1620220250202630352133CO2氣體保護(hù)焊試件2GMAWER50-61.2C0218222502802228303523373GMAWER50-61.2CO21822250280222830352337技術(shù)措施焊前清理除油除銹層間清理清理藥皮背面清根其它：每層焊接接頭應(yīng)錯(cuò)開15mm以上；試件焊縫用磨光機(jī)打磨平編制日期審核日期(b).焊接工藝評(píng)定檢驗(yàn)結(jié)果焊接工藝評(píng)定檢驗(yàn)結(jié)果非破壞檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目合格標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定結(jié)果扌報(bào)告編號(hào)備注外觀不得存在未焊滿、根部收縮、咬邊、接頭不良、氣孔等I級(jí)X光按GB3323標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行應(yīng)達(dá)到II級(jí)II級(jí)合格片超聲波按GB11345標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行W1/31,最小為10m

13、m的II區(qū)區(qū)缺陷3mm不連續(xù)合格磁粉按JB/T6061標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行磁導(dǎo)率卩1.20無(wú)裂紋合格拉伸試驗(yàn)扌報(bào)告編號(hào)彎曲試驗(yàn)扌報(bào)告編號(hào)試樣編號(hào)SsmPaSbmPa斷口位置評(píng)定結(jié)果試樣編號(hào)試驗(yàn)類型彎心直徑彎曲角度評(píng)定結(jié)果拉伸1390580母材合格側(cè)彎側(cè)彎D=3a180合格拉伸2400590母材合格側(cè)彎側(cè)彎D=3a180合格側(cè)彎側(cè)彎D=3a180合格側(cè)彎側(cè)彎D=3a180合格沖擊試驗(yàn)扌報(bào)告編號(hào)宏觀金相報(bào)告編號(hào)試樣編號(hào)缺口位置試驗(yàn)溫度。C沖擊功Akv(J)評(píng)定結(jié)果：不作評(píng)定要求焊縫焊縫常溫80焊縫焊縫常溫85焊縫焊縫常溫80硬度試驗(yàn)扌報(bào)告編號(hào)熱影響區(qū)熱影響區(qū)常溫80合格熱影響區(qū)熱影響區(qū)常溫75熱影響區(qū)熱影響區(qū)

14、常溫79其它檢驗(yàn)：檢驗(yàn)日期2004.10.23審核日期2004.10.233.現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)工藝措施(1).焊接工藝卡通過(guò)以上的焊接工藝評(píng)定結(jié)果可知，采用上述焊接工藝參數(shù)制定的工藝是可行的，并依此制定了GS-20Mn5鑄鋼和Q345B鋼管(板)間的焊接工藝卡，焊接工藝卡是針對(duì)某一焊接工序最直接，最具體焊接工藝參數(shù)的細(xì)化和量化，是焊工在焊接作業(yè)時(shí)參考的主要工藝指導(dǎo)文件，也是質(zhì)量檢驗(yàn)人員對(duì)焊接作業(yè)檢驗(yàn)的一個(gè)重要參考依據(jù)，在每項(xiàng)焊接作業(yè)前，應(yīng)有焊接技術(shù)人員向有關(guān)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守。針對(duì)本工程中鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接制定焊接工藝卡如下：焊接工藝卡部件名稱部件類別制造編號(hào)焊接工藝評(píng)定編號(hào)焊縫代號(hào)

15、鑄鋼節(jié)點(diǎn)異種金屬管管對(duì)接材料牌號(hào)GS-20Mn5+Q345B45廣材料規(guī)格管徑厚度焊接方法手工電弧./1也電源種類直流CM電源極性反接11坡口形式單面V型i!-1焊接位置全位置6G焊接參數(shù)焊層焊材牌號(hào)焊材直徑mm焊接電流(A)電弧電壓(V)焊接速度(cm/min)備注1E50153.290140202425352E50154.0140160222420353E50154.0140160222420354焊接預(yù)熱加熱方式火焰層間溫度170200焊接記錄表溫度范圍150200測(cè)溫方法測(cè)溫儀姓名日期時(shí)間檢驗(yàn)結(jié)果焊后熱處理種類后熱保溫時(shí)間1小時(shí)操作人加熱方式火焰冷卻方式緩冷操作人溫度范圍200250測(cè)

16、溫方法測(cè)溫儀技術(shù)措施坡口準(zhǔn)備焊前清理藥皮處理層間清理檢驗(yàn)人編制日期審核日期(2).焊接殘余應(yīng)力的消除措施：鑄鋼節(jié)點(diǎn)由于和其它管件的連接造成拘束，因此焊接殘余應(yīng)力的存在將給工程造成許多不良影響，如降低靜載強(qiáng)度、焊接變形等，為此，我們制定了消除焊接殘余應(yīng)力的措施消除應(yīng)力的措施從工藝上講主要有熱處理、錘擊、振動(dòng)法和加載法。由于GS-20Mn5鑄鋼是在工廠整體回火調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨的，在工地現(xiàn)場(chǎng)除了對(duì)焊接接頭作后熱處理外，不需要再進(jìn)行其它熱處理；VSR時(shí)效振動(dòng)法對(duì)于已經(jīng)焊接到一起，質(zhì)量很大的構(gòu)件來(lái)講，由于其振動(dòng)能量較小，效果也不是很理想，故在此工程中不準(zhǔn)備采用，現(xiàn)場(chǎng)采取的措施是在每一焊縫結(jié)束后，用圓頭小錘輕

17、輕錘擊構(gòu)件的方法來(lái)降低焊接應(yīng)力，但不能錘擊根部焊縫、蓋面焊縫或與焊縫坡口邊緣的母材部分。.防止層狀撕裂的工藝控制在本工程中由于焊接球的壁厚為50mm,在焊接時(shí)如果工藝措施采取不當(dāng)或因材料缺陷，極易出現(xiàn)Z向?qū)訝钏毫?，為防止在厚度方向出現(xiàn)層狀撕裂，采取措施如下：在設(shè)計(jì)焊縫時(shí)采取對(duì)稱V型坡口形式和交錯(cuò)對(duì)稱焊接的方法；對(duì)裝前對(duì)母材焊道中心線兩側(cè)各130m左右的區(qū)域進(jìn)行超聲波探傷檢查，母材中不得有裂紋、夾層及分層等缺陷存在；按工藝卡編寫的焊接順序措施進(jìn)行焊接，盡可能減少板厚方向的約束；嚴(yán)格按照工藝卡要求進(jìn)行預(yù)熱措施和后熱處理；對(duì)所有的焊縫要進(jìn)行UT超聲波檢查，確保焊縫達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。.焊接檢驗(yàn)和保溫焊縫外

18、觀目檢合格后，立即進(jìn)行后熱后熱消氫和保溫，因管徑較大，焊縫整體溫度不會(huì)很高，要用測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫，用火焰對(duì)焊縫進(jìn)行均勻加熱到200C250C左右，然后用石棉等保溫材料進(jìn)行包扎，保溫1小時(shí)后緩冷至常溫，在冬季由于氣溫較低，熱量散發(fā)快，保溫材料和保溫要求更高，應(yīng)引起足夠的重視，在保溫期間要不斷的監(jiān)測(cè)，及時(shí)加熱或采取其它措施，嚴(yán)格控制溫度。另外為了加強(qiáng)焊工施焊質(zhì)量的動(dòng)態(tài)管理，同時(shí)使鋼結(jié)構(gòu)工程焊接質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)管理更加直觀，在工藝規(guī)定的焊縫及部位打上焊工鋼印，然后在焊接24h以后，進(jìn)行焊縫超聲波(UT)探傷檢驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11345鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)。.焊縫缺陷的返修措施對(duì)于鑄鋼GS-20Mn5與Q345B間的焊接，最有可能出現(xiàn)的焊接缺陷應(yīng)該是冷裂紋和根部裂紋，如