焊接工藝規(guī)程

一、材料介紹

1.Q345化學(xué)成分如下表（%）：

元素

C≤

Mn

Si≤

P≤

S≤

Al≥

V

Nb

Ti

含量

0.2

1.0-1.6

0.55

0.035

0.035

0.015

0.02-0.15

0.015-0.06

0.02-0.2

Q345C力學(xué)性能如下表（%）：

機(jī)械性能指標(biāo)

伸長率（%）

試驗(yàn)溫度0℃

抗拉強(qiáng)度MPa

屈服點(diǎn)MPa≥

數(shù)值

δ5≥22

J≥34

σb（470-650）

σs（324-259）

其中壁厚介于16-35mm時(shí)，σs≥325Mpa；壁厚介于

35-50mm時(shí)，σs≥295Mpa

2.Q345鋼的焊接特點(diǎn)

2.1

碳當(dāng)量(Ceq)的計(jì)算

Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5

計(jì)算Ceq=0.49%，大于0.45%，可見Q345鋼焊接性能不是很好，需要在焊接時(shí)制定嚴(yán)格的工藝措施。

2.2

Q345鋼在焊接時(shí)易出現(xiàn)的問題

2.2.1

熱影響區(qū)的淬硬傾向

Q345鋼在焊接冷卻過程中，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)致焊后發(fā)生裂紋。

2.2.2

冷裂紋敏感性

Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。

二、焊接施工流程

坡口準(zhǔn)備→點(diǎn)固焊→預(yù)熱→里口施焊→背部清根（碳弧氣刨）→外口施焊

→里口施焊→自檢/專檢→焊后熱處理→無損檢驗(yàn)（焊縫質(zhì)量一級合格）

三、焊接工藝參數(shù)的選擇

通過對Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下：

1.焊接材料的選用

由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應(yīng)選用低氫型的焊接材料，同時(shí)考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強(qiáng)的原則，選用E5015

（J507）型電焊條。

化學(xué)成分見下表（%）：

元素

C

Mn

Si

S

P

Cr

Mo

V

Ti

含量

0.071

1.11

0.53

0.009

0.016

0.02

0.01

0.01

0.01

力學(xué)性能見下表：

機(jī)械性能指標(biāo)

σb（Mpa）

σs（Mpa）

δ5（%）

Ψ（%）

AkvJ-30℃

數(shù)值

440

540

164

114

2.坡口形式：（根據(jù)圖紙和設(shè)備供貨）

3.焊接方法：采用手工電弧焊（D）。

4.焊接電流：為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝（焊接順序如圖一所示）。焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層至第三層采用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層采用Ф4.0的電焊條，焊接電流120-180A。

5.預(yù)熱溫度：由于Q345鋼的Ceq＞0.45%，在焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度T0=100-150℃，層間溫度Ti≤400℃。

6.焊后熱處理參數(shù)：為了降低焊接殘余應(yīng)力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應(yīng)對焊縫進(jìn)行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時(shí)間為2小時(shí)（板厚40mm時(shí)），升降溫速度為125℃/h。

四、現(xiàn)場焊接順序：

1.焊前預(yù)熱

在翼緣板焊接前，首先對翼緣板進(jìn)行預(yù)熱，恒溫30分鐘后開始焊接。

焊接的預(yù)熱、層間溫度、熱處理由熱處理控溫柜自動控制，采用遠(yuǎn)紅外履帶式加熱爐片，微電腦自動設(shè)定曲線和記錄曲線，熱電偶測量溫度。預(yù)熱時(shí)熱電偶的測點(diǎn)距離坡口邊緣15mm-20mm。

2.焊接

2.1

為了防止焊接變形，每個(gè)柱接頭采用二人對稱施焊，焊接方向由中間向兩邊施焊。在焊接里口時(shí)（里口為靠近腹板的坡口），第一層至第三層必須使用小規(guī)范操作，因?yàn)樗暮附邮怯绊懞附幼冃蔚闹饕?。在焊接一至三層結(jié)束后，背面進(jìn)行清根。在使用碳弧氣刨清根結(jié)束后，必須對焊縫進(jìn)行機(jī)械打磨，清理焊縫表面滲碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴(yán)重造成裂紋。外口焊接應(yīng)一次焊完，最后再焊接

里口的剩余部分。

2.2

當(dāng)焊接第二層時(shí)，焊接方向應(yīng)與第一層方向相反，以此類推。每層焊接接頭應(yīng)錯(cuò)開15-20mm。

2.3

兩名焊工在焊接時(shí)的焊接電流、焊接速度和焊接層數(shù)應(yīng)保持一致。

2.4

在焊接中應(yīng)從引弧板開始施焊，收弧板上結(jié)束。焊接完成后割掉并打磨干凈。

3.焊后熱處理：焊口焊接完成后應(yīng)在12小時(shí)內(nèi)進(jìn)行熱處理。如不能及時(shí)進(jìn)行熱處理應(yīng)采取保溫、緩冷措施。在進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)采用兩根熱電偶測溫，熱電偶點(diǎn)焊在焊口的里外側(cè)。

Q345鋼的焊接溫度曲線如下圖

4.焊接檢驗(yàn)

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求，焊口采用超聲波探傷法進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)比例為100%。

五、現(xiàn)場技術(shù)管理

1.編制詳細(xì)的焊接施工作業(yè)指導(dǎo)書。

2.全過程控制焊接工藝是確保質(zhì)量的核心。

每個(gè)柱接頭的焊接時(shí)，應(yīng)有專人監(jiān)控焊接工藝，如焊工不按作業(yè)指導(dǎo)書施工應(yīng)立即終止焊接。在焊接過程中，熱處理人員應(yīng)全程監(jiān)控層間溫度，如超標(biāo)應(yīng)立即通知焊工暫停。

3.提高施工人員質(zhì)量意識是貫徹焊接工藝的關(guān)鍵

在施工前，進(jìn)行全員交底，并且開取施工工藝卡。交底中詳細(xì)講解焊接工藝特點(diǎn)及嚴(yán)格控制現(xiàn)場焊接工藝的必要性和控制要點(diǎn)。

六、結(jié)論

按此焊接工藝措施施工，經(jīng)過實(shí)際施工的驗(yàn)證，此焊接工藝措施不僅能在現(xiàn)場指導(dǎo)對Q345鋼的焊接，而且能夠保證焊接質(zhì)量。

對Q345鋼，是一種可焊性很好的鋼材，采用埋弧焊絲H08MnA沒有問題。只是焊劑，所用的SJ301屬燒結(jié)焊劑，建議用熔煉焊劑HJ431完全滿足質(zhì)量要求，并且對焊劑的烘干要求也不是太高。q345鋼板也就是熱軋鋼16Mn，這種鋼的焊接性比較好，對焊接線能量的敏感性比正火鋼以及調(diào)質(zhì)鋼等小，在選擇焊接材料的時(shí)候除了要考慮強(qiáng)度匹配的問題，還要考慮熔合比和冷卻速度以及熱處理等方面因素。

q345鋼板埋弧焊是采用H08MNA和H08A，要具體情況而定。當(dāng)不開坡口對接焊時(shí)，由于母材溶入量較多，用普通的低碳鋼焊絲H08A配合高硅高錳焊劑即能達(dá)到要求。如是大坡口對接焊時(shí)，由于母材熔入量減少，如再用H08A就使焊縫的強(qiáng)度偏低，因此要采用含Mn高的焊絲H08MNA或H10Mn2來補(bǔ)充焊縫中的含Mn量。另外不開坡口的角焊縫時(shí)，雖然母材的溶入量也不多，但是由于冷卻速度比對接焊接時(shí)大，因此在焊接的時(shí)候還是采用低碳鋼焊絲效果好些，如采用H08MNA或H10Mn2可能會引起焊縫強(qiáng)度偏高、塑性偏低的后果

焊接Q345R對應(yīng)的焊絲為H10Mn2

+SJ101或者H10MnSi+HJ431

表7

低合金高強(qiáng)鋼焊接材料的選用

鋼?號

強(qiáng)度級別

（MPa）

手弧焊

埋?弧?焊

電?渣?焊

CO2焊焊絲

焊條

焊劑

焊絲

焊劑

焊絲

09Mn2

09Mn2Si

09MnV

294

E43

HJ430

HJ431

SJ301

H08A

H08MnA

H10MnSi

H08Mn2Si

H08Mn2SiA

16Mn

16MnCu

14MnNb

343

E50

SJ501

薄板：H08A

H08MnA

HJ431

HJ360

H08MnMoA

H08Mn2Si

H08Mn2SiA

YJ502-1

YJ502-3

YJ506-4

HJ431

HJ430

中板開坡口對接

開I形坡口對接

SJ301

H08MnA

H10Mn2

HJ350

厚板深坡口

H10Mn2

H08MnMoA

15MnV

15MnVCu

16MnNb

392

E50

E55

HJ430

HJ431

開I形坡口對接

H08MnA

中板開坡口對接

H10Mn2

H10MnSi

HJ431

HJ360

H10MnMo

H08Mn2MoVA

H08Mn2Si

H08Mn2SiA

HJ250

厚板深坡口

HJ350

SJ101

H08MnMoA

15MnVN

15MnVNCu

15MnVTiRe

441

E55

E60

SJ431

H10Mn2

HJ431

HJ360

H10MnMo

H08Mn2MoVA

H08Mn2Si

H08Mn2SiA

HJ350

HJ250

SJ101

H08MnMoA

H08Mn2MoA

18MnMoNb

14MnMoV

14MnMoVCu

490

E60

E70

HJ250

HJ350

SJ101

H08Mn2MoA

H08Mn2MoVA

H08Mn2NiMo

HJ431

HJ360

H10Mn2MoA

H10Mn2MoVA

H10Mn2NiMoA

H08Mn2SiMoA

16Mn鋼的焊接工藝。

16Mn鋼屬于碳錳鋼，碳當(dāng)量為0.345%～0.491%，屈服點(diǎn)等于343MPa（強(qiáng)度級別屬于343MPa級）。16Mn鋼的合金含量較少，焊接性良好，焊前一般不必預(yù)熱。但由于16Mn鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大，所以在低溫下（如冬季露天作業(yè)）或在大剛性、大厚度結(jié)構(gòu)上焊接時(shí)，為防止出現(xiàn)冷裂紋，需采取預(yù)熱措施。不同板厚及不同環(huán)境溫度下16Mn鋼的預(yù)熱溫度，見表8。

16Mn鋼手弧焊時(shí)應(yīng)選用

E50型焊條，如堿性焊條E5015、E5016，對于不重要的結(jié)構(gòu)，也可選用酸性焊條E5003、E5001。對厚度小、坡口窄的焊件，可選用E4315、E4316焊條。

表8

焊接16Mn鋼的預(yù)熱溫度

焊件厚度（mm）

不同氣溫下的預(yù)熱溫度計(jì)（℃）

16以上

16～24

25～40

40以上

不低于－10℃不預(yù)熱，－10℃以下預(yù)熱100～150℃

不低于－5℃不預(yù)熱，－5℃以下預(yù)熱100～150℃

不低于0℃不預(yù)熱，0℃以下預(yù)熱100～150℃

均預(yù)熱100～150℃

16Mn鋼埋弧焊時(shí)H08MnA焊絲配合焊劑HJ431（開I形坡口對接）或H10Mn2焊絲配合焊劑HJ431（中板開坡口對接），當(dāng)需焊接厚板深坡口焊縫時(shí)，應(yīng)選用H08MnMoA焊絲配合焊劑HJ431。

16Mn鋼是目前我國應(yīng)用最廣的低合金鋼，用于制造焊接結(jié)構(gòu)的16Mn鋼均為16MnR和16Mng鋼。

低溫用鋼的焊接工藝。

工作溫度等于或低于－20℃的低碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼稱為低溫用鋼，其牌號及成分，見表9。對低溫用鋼的主要要求是應(yīng)保證在使用溫度下具有足夠的塑性及抵抗脆性破壞的能力。

表9

低溫容器用鋼的牌號及成分

鋼

號

化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

C

Mn

Si

V

Ti

16MnDR

09MnTiCuREDR

09Mn2VDR

06MnNbDR

≤0.20

≤0.12

≤0.12

1.20～1.60

1.40～1.70

1.40～

0.20～0.60

≤0.40

0.20～0.05

0.04～0.10

0.03～0.08

≤0.07

1.70

1.20～1.60

0.17～0.37

鋼

號

化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

Cu

Nb

RE

S

P

≤

16MnDR

09MnTiCuREDR

09Mn2VDR

06MnNbDR

0.20～0.40

0.02～0.05

0.15(加入量)

0.035

0.035

0.035

0.030

0.035

0.035

0.035

0.030

低溫用鋼由于含碳量低,淬硬傾向和冷裂傾向小，所以焊接性良好。焊接時(shí)，為避免焊縫金屬及熱影響區(qū)形成粗晶組織而降低低溫韌性，要求采用小的焊接線能量，焊接電流不宜過大，宜用快速多道焊以減輕焊道過熱，并通過多層焊的重?zé)嶙饔眉?xì)化晶粒，多道焊時(shí)要控制層間溫度不得過高，如焊接06MnNbDR低溫用鋼時(shí)，層間溫度不得大于300℃。

焊接低溫用鋼的焊條，見表10。

表10

焊接低溫用鋼焊條

焊

條

牌

號

焊條型號

主

要

用

途

J506G

J507GR

W707

W707Ni

W907Ni

W107Ni

E5016G

E5015G

TW70-7Cu

E5515C1

E5515C2

TW10-7Cu

焊接－40℃工作的16MnDR

鋼

焊接－70℃工作的09Mn2V及09MnTiCuRe鋼

焊接－70℃工作的低溫鋼及2.5%Ni鋼

焊接－90℃工作的3.5%Ni鋼

焊接－100℃工作的06MnNb、06AINbCuN及3.5%Ni鋼

低溫用鋼焊后可進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，以降低焊接結(jié)構(gòu)的脆斷傾向。

3）埋弧焊焊接材料的選配：

鋼材

焊劑型號，焊絲牌號

牌號

等級

Q235

A、B、C

F4A0——H08A

D

F4A2——H08A

Q345

A

F5004——H08A,F5004——H08MnA,F5004——H10Mn2

B

F5014——H08A,F5014——H08MnA,F5014——H10Mn2

F5011——H08A,F5011——H08MnA,F5011——H10Mn2

C

F5024——H08A,F5024——H08MnA,F5024——H10MnA

F5021——H08A,F5021——H08MnA,F5021——H10MnA

D

F5034——H08A,F5034——H08MnA,F5034——H10MnA

F5031——H08A,F5031——H08MnA,F5031——H10MnA

E

F5041