王壘　劉中華　張偉　趙英建　蘇英強　曾祥文　俞奇效　劉錕

摘要：通過焊接性試驗對28 mm厚的新鋼種SQ460FRW抗震耐蝕耐火鋼進行焊接工藝研究。改善了焊接坡口，對比純CO2和混合氣體保護下對接平焊的差異，對氣保焊對接接頭平焊、立焊、橫焊、仰焊和十字接頭橫焊、立焊進行了工藝評定。在十字接頭中應(yīng)用了雙面雙弧單熔池同步同向焊接、高速脈沖壓縮電弧技術(shù)、雙面K型坡口35°+4 mm間隙等焊接方法，焊縫無損檢測、力學(xué)性能檢測、宏觀金相、沖擊試驗、微觀金相組織觀察等各項檢測內(nèi)容均合格，可用于指導(dǎo)后續(xù)新鋼種的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：坡口;工藝評定;同步同向焊接;高速脈沖壓縮電弧

中圖分類號：TG444+.72文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1001-2303（2020）05-0027-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.05.05

0 前言

隨著我國高層鋼結(jié)構(gòu)建筑和重點工程的發(fā)展建設(shè)，建筑結(jié)構(gòu)用鋼高強度、長壽命和安全性等方面的需求越來越迫切。發(fā)展高強度級別，同時兼?zhèn)淇拐稹⒛臀g及耐火特征的高性能建筑鋼，攻克保障鋼材性能與質(zhì)量穩(wěn)定一致的關(guān)鍵技術(shù)，解決應(yīng)用配套難題，是實現(xiàn)新一代建筑結(jié)構(gòu)鋼研發(fā)、推廣與應(yīng)用的重點。

隨著國家重點研發(fā)計劃“建筑結(jié)構(gòu)用抗震耐蝕耐火鋼”課題深入研究，460 MPa級建筑結(jié)構(gòu)用抗震耐蝕耐火鋼板（以下簡稱SQ460FRW）和配套的焊材得到了一定的量產(chǎn)。為了加快新鋼種在實際工程中的推廣應(yīng)用，需深入研究新鋼種可焊性、與焊接材料的匹配性，與新型脈沖焊機（高速脈沖壓縮電弧技術(shù)）、已有焊接小坡口、雙面雙弧單熔池同步同向焊接等多項高效焊接技術(shù)的適應(yīng)性。同時，摸索驗證新鋼種各個焊接位置及接頭形式的焊接參數(shù)也是研究重點。

針對28 mm厚新型鋼種，采用新研制的氣體保護焊焊絲進行CO2氣體保護焊試驗。通過一系列焊接試驗[3]，得到了新鋼種合理的焊接參數(shù);解決了高效焊接方法及技術(shù)的適應(yīng)問題;同時，結(jié)合新鋼種在各焊接位置的焊縫無損檢測、力學(xué)性能檢測、宏觀金相、沖擊試驗、微觀金相組織觀察等合格檢測數(shù)據(jù)，確定了合理的工藝參數(shù)，編制出新鋼種焊接工藝評定，為后續(xù)新鋼種的實際應(yīng)用提供參考。

1 試驗材料和設(shè)備

試驗用SQ460FRW鋼板板件尺寸為300 mm×600 mm×28 mm（厚度），焊接設(shè)備為新型脈沖氣保焊機，焊絲為鋼鐵研究總院研究的新型高強焊絲G2。

2 鋼板和焊絲復(fù)驗

針對鋼板及焊接材料首先進行進場復(fù)驗[5]，鋼板進場復(fù)驗內(nèi)容主要為力學(xué)性能[抗拉強度、屈服強度等均略高于質(zhì)保書，-40 ℃沖擊略低于質(zhì)保書測試值（平均280 J），屈強比為0.84，硬度值為209～219 HV]，鋼板各向性能均優(yōu)、化學(xué)成分與質(zhì)保單基本一致（Ceq=0.41）。

焊絲進場復(fù)驗內(nèi)容主要為熔敷金屬試驗，抗拉強度、屈服強度均高于質(zhì)保書測試值，延伸率略低于質(zhì)保書，低溫沖擊韌性高于質(zhì)保書;化學(xué)成分中C含量略低于質(zhì)保書，其他元素含量均略高于質(zhì)保書，焊接材料匹配為等強匹配或超強匹配。

3 高速脈沖壓縮電弧技術(shù)

新型脈沖氣保焊機采用高速脈沖壓縮電弧技術(shù)，與常規(guī)氣保焊相比具有以下優(yōu)勢：無飛濺、焊接HAZ熔深大、焊接效率高、焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良、可靠等。

關(guān)于45 mm厚度板件新型脈沖氣保焊與常規(guī)氣保焊對比試驗，新型脈沖氣保焊焊接28道（見圖1），常規(guī)氣保焊焊接32道（見圖2）;新型脈沖氣保焊（高速脈沖壓縮電弧技術(shù)）焊接工藝相比傳統(tǒng)常規(guī)氣保焊焊接工藝，熔敷效率提高了12.5%[4]。

針對高速脈沖壓縮電弧和常規(guī)氣保焊工藝進行焊接HAZ熔深對比試驗分別如圖3、圖4所示，高速脈沖壓縮電弧焊接工藝熔深明顯優(yōu)于常規(guī)氣保焊工藝。

4 氣保焊小坡口試驗

氣保焊平焊保護氣體為φ（CO2）20%+φ（Ar）80%，坡口選擇30°+6 mm間隙單面坡口（見圖5），氣保焊焊接完成后，進行UT探傷發(fā)現(xiàn)直邊厚度25 mm處有缺陷，反復(fù)焊接后仍測出類似缺陷，后續(xù)對坡口進行優(yōu)化，選擇雙面坡口30°+6 mm間隙坡口（見圖6），焊接后UT和射線探傷合格。

5 氣保焊保護氣體對比試驗

為保證鋼板在工廠的適應(yīng)性，對純CO2和混合氣體φ（CO2）20%+φ（Ar）80%進行平焊對比試驗。

28 mm厚Q460抗震耐蝕耐火鋼平焊對接接頭，采用新型脈沖焊機，V型坡口，坡口角度30°+6 mm間隙（見圖6），焊接道數(shù)如圖7所示，焊后進行外觀、射線（RT）檢測、沖擊（-40 ℃）、拉伸（2件）、彎曲（4件）試驗以及宏觀形貌及微觀金相組織觀察（焊縫區(qū)、熱影響區(qū)）。

結(jié)果表明，相同條件下混合氣體φ（CO2）20%+φ（Ar）80%焊縫質(zhì)量各檢測參數(shù)均合格，純CO2焊后焊縫中心區(qū)域低溫沖擊韌性明顯下降，焊縫中心和熱影響區(qū)-40 ℃沖擊均不合格。原因是純CO2焊接過程中合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，導(dǎo)致焊縫金屬低溫沖擊韌性不合格。

6 氣保焊（混合氣體）橫焊、立焊、仰焊對接接頭工藝評定[2]

對接形式橫焊、立焊、仰焊進行了工藝評定，采用V型坡口+墊板30°+6 mm間隙、CO2氣體保護焊機（新型脈沖焊機）混合氣體進行焊接，如圖8～圖10所示。對焊縫進行了無損檢測、力學(xué)性能檢測及宏觀微觀金相組織觀察等，均合格，確定了對接形式下不同焊接位置的工藝參數(shù)，如表1～表3所示。

7 氣保焊（混合氣體）橫焊、立焊十字接頭工藝評定

對十字形式橫焊、立焊進行了工藝評定，采用雙面雙弧單熔池同步同向焊接[1]、雙面K型坡口35°+4 mm間隙、GMAW+混合氣體等進行焊接，如圖11、圖12所示。進行了焊縫無損檢測、力學(xué)性能檢測及宏觀微觀金相組織觀察等，均合格，確定了十字接頭形式下幾種不同焊接位置的焊接工藝參數(shù)，如表4、表5所示。

8 結(jié)論

對28 mm厚SQ460FRW抗震耐蝕耐火鋼進行了一系列焊接工藝試驗研究，得出結(jié)論如下：

（1）單V坡口易在直邊處中出現(xiàn)缺陷，建議采用V型坡口。（2）高強鋼使用高速脈沖壓縮電弧技術(shù)焊接HAZ熔深大、焊接效率高、焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良、可靠。（3）純CO2氣體焊接后焊縫中心區(qū)域沖擊韌性明顯下降，焊縫中心和熱影響區(qū)沖擊均不合格，相同條件下采用φ（CO2）20%+φ（Ar）80%混合氣體焊接的焊縫質(zhì)量各檢測參數(shù)均合格。（4）采用V型坡口+墊板30°+6 mm間隙及新型脈沖混合氣體保護焊在對接形式平焊、橫焊、立焊、仰焊的工藝評定均為合格。（5）采用雙面K型坡口35°+4 mm間隙、GMAW+混合氣體雙面雙弧單熔池同步同向焊接技術(shù)在對接形式為十字形式橫焊、立焊的工藝評定為合格。

參考文獻：

[1] 滕氄，張建平，曾祥文，等. 厚板高強鋼雙面雙弧單熔池同步同向焊接成形技術(shù)及應(yīng)用[J]. 電焊機，2015，45（11）：97-101.

[2] GB/T 50661-2011，鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S]. 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部，2011.

[3] 戴為志，黃明鑫，蘆廣平，等. 國家體育場（鳥巢）鋼結(jié)構(gòu)安裝工程焊接技術(shù)[J]. 電焊機，2008，38（4）：51-76.

[4] 戴為志，李華，何喬生，等. 高強鋼焊接前言技術(shù)的開發(fā)研究[J]. 電焊機，2014，44（5）：42-50.

[5] 戴為志，高良. 鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)培訓(xùn)教程[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.