摘要:近年来，低合金高强钢在工程施工机械应用优势日益明显，其中Q690D低合金高强钢具有高屈服强度和抗拉强度、优良的低温韧性以及较高的耐磨损和抗腐蚀性, 但其焊接具有热裂纹、冷裂纹、淬硬倾向及氢致裂纹敏感性强等特点；在生产上需制定合理有效的焊接工艺，确保焊接的可靠性。
关键词：Q690D高强钢 冷裂纹 焊接工艺
Abstract: In recent years, high strength steel in engineering construction machinery low alloy application advantages, including Q690D high strength steel with low alloy high yield strength and tensile strength, excellent low temperature toughness and high wear resistance and corrosion resistance, but the welding thermal crack, cold crack, hardening tendency and characteristics of hydrogen induced cracking sensitivity；To formulate reasonable and effective welding technology in the production, to ensure the reliability of the welding.
Key words: Q690D high strength steel cold crack of low alloy welding process
一、引言
模块车是一种自带动力、液压悬挂、可实现模块式组合并车的重型运输设备, 用于中铁南方基地的港珠澳大桥钢箱梁的转场运输。为了节能环保，减重降耗，该产品设计为Q690D高强度钢焊接而成的空间框架式车体结构，具有整体高度低、强度高、空间结构紧凑等优点。该高强钢为公司首次采用，板厚规格繁多，工期紧，时值冬季，环境温度不利，急需编制合理的焊接工艺确保生产的进行。
二、母材的特性及焊接方法的选择
Q690D交货按调质（淬火+回火）状态交货，钢的牌号、化学成分（熔炼分析）和碳当量CEV符合表1规定，钢板的力学性能和工艺性能符合表2的规定。
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表1 钢的牌号、化学成分（熔炼分析）和碳当量CEV
由表1化学成分分析得知，Q690D含Cr、Mo等淬透型元素，且含量较高，容易产生冷裂纹及淬硬性，在焊接时需要较小的热输入，以保证热影响区的焊接性能；采用MAG(80％Ar+20％CO2)混合气体保护焊，Ar 、CO2的纯度≥99.5%（体积法）CO2的纯度≥99.5%（体积法），且其水含量不大于0.005%(重量法)，严格控制低氢条件防止裂纹的产生。时值冬季，气温低且风大，为保证焊接质量需对气体采取加热和防风措施。
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表2 钢板的力学性能和工艺性能
在选择焊材时，由于该结构主要是承压受力，为减少焊缝裂纹采用“等强匹配”原则；选择CHW-70C实芯焊丝，焊丝的化学成分如表3所示，焊丝熔敷金属力学性能如表4所示：
C Mn Si S P Ni Mo Cu 0.083 1.72 0.62 0.008 0.014 1.14 0.42 0.24
表3 焊丝的化学成分
抗拉强度Rm（MPa） 屈服强度Rel或Rp0.2（MPa） 断后伸长率A(%) -20℃冲击功KV2(J) 保护气体 750 650 23 95 富氩 720 630 21 70 CO2
表4 熔敷金属力学性能
从表3中知该焊丝较高的Ni、Mo的渗入使得金属具有优良的综合机械性能，从表4可以看出该焊丝的力学性能满足设计要求。由于该模块车中设计板厚规格从10mm-50mm不等，根据相关规定，试件接头的主要形式为（12mm+20mm/50）T形接头及（50mm-50mm）对接接头，要求全熔透焊接。
三、焊接工艺
①坡口加工
坡口的形式按照相关要求，采用机械的方法或者热切割等方法加工坡口，机械加工方法，即刨坡口角度，刨后去油污，热切割后去熔渣，去氧化皮并打磨光顺。气体保护焊焊的坡口要求坡口角度的允差一般±5°，钝边高±2mm。坡口表面及两侧（离坡口边缘的距离各20mm），需打磨将水、铁锈、油污、积渣和其他有害杂质清理干净。
② 焊接工艺要点
1）焊丝需去除油、锈并烘干；保护气体保持干燥；
2）Q690D钢材焊前预热（60-150℃），并且严格控制焊接过程中的层间温度（130-150℃）和焊接能量，从而减少焊接过程中内应力和焊后残余应力，避免产生淬硬组织；
3）采用多层多道焊接时，严格按照图4所示顺序焊接，焊接参数参见图5；每层焊道焊缝焊接完毕后，用砂轮机或钢丝刷等将焊渣、飞溅等杂物清理干净，焊道及焊道边缘清理干净，不允许有油、锈、渣等物。焊道两侧用风动砂轮机清理边缘单侧不得小于20mm，尤其注意坡口边缘，方可焊接下一层；双面焊接时，单侧焊接后采用碳弧气刨或砂轮机进行背面清根，将焊接在清根侧的定位板、焊瘤等清除；
图4 多层多道焊接示意图
图5 焊接参数表
4）为了保证焊缝的焊接质量，始焊、终焊处最易产生焊接缺陷，如焊瘤、弧坑及焊接裂纹，故采用指定的引、收弧位置，不采用与母材同种材料的板做引、收弧板；应力集中处不允许引弧和收弧；
5）Q690D板材焊后不允许用压力机和火焰矫正，所以构件在点组时采用反变形法和加支撑焊接。点组时的定位焊缝焊脚高为7mm-8mm，长为20mm-50mm，间隔为200mm-300mm，当焊缝长度不足700mm时，单侧定位焊缝不少于两处。定位焊缝出现裂纹时，必须清除，重新定位焊缝，为防止工件变形，加支撑焊接，但焊后必须铲磨平整。
6）由于Q690D钢材焊后容易出现焊接接头冷裂纹和脆性断裂，试件焊后需进行焊后热处理，降低冷却速度。本试验中主要焊后采用加热器、石棉保温（400 ~450℃），时间不小于2小时，以降低焊缝脆性，提高焊接接头性能。
图6 加热保温措施
四、焊接检测结果
在以上的工艺指导下焊接试件的接头拉伸、冷弯，冲击试验及宏观酸蚀试验均合格，满足设计要求。
五、结束语
通过对焊接试件的接头拉伸、冷弯，冲击试验及宏观酸蚀试验进行检验，焊缝性能指标均符合试验标准，证明本次焊接工艺具备可行性，根据本焊接工艺进行了产品焊接，最终按期保质的完成了模块车的生产任务。模块车于2013年在中铁山桥集团南方基地投入使用，累计转运各型钢箱梁5600余孔，满足了港珠澳大桥钢各型箱梁的转运需要，创造了良好的经济效益。
参考文献
[1] 陈祝年．焊接工程师手册[M]．北京：机械工业出版社，2002．
[2] 方洪渊．焊接结构学[M]．北京：机械工业出版社，2008．
[3] 四川大西洋焊接材料股份有限公司. 大西洋焊接材料，2011
论文作者:刘中玲,张尚尉
论文发表刊物:《基层建设》2016年21期
论文发表时间:2017/3/17
标签：裂纹论文; 焊丝论文; 模块论文; 焊接工艺论文; 砂轮机论文; 气体论文; 化学成分论文; 《基层建设》2016年21期论文;