CN103920968B - 建筑用高性能结构钢q690gj的焊条电弧焊焊接工艺 - Google Patents

建筑用高性能结构钢q690gj的焊条电弧焊焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑高性能结构钢Q690GJ的焊条电弧焊焊接工艺，该焊接工艺①焊接材料：选用E8015‑G焊条，焊条直径3.2mm、4.0mm；②根据板厚和焊接位置选择X形坡口、V形坡口或单边V形坡口；③焊条使用前需进行烘焙，烘焙温度350～400℃，烘焙1.5h；④焊接前预热温度为120℃；⑤采用多层多道焊接工艺，道间温度不低于预热温度。本发明焊接工艺方法解决了建筑高性能结构钢Q690GJ在焊缝热影响区易脆化的问题，避免了焊接裂纹的产生，焊接接头的综合性能优良，达到了与母材等强等韧的目的，可以保证Q690GJ高性能钢在钢结构领域的成功应用，提高了我国钢结构焊接的科技水平，对于推动我国钢结构建设的发展具有重要的意义。

Description

建筑用高性能结构钢Q690GJ的焊条电弧焊焊接工艺
技术领域
本发明涉及建筑钢结构焊接技术领域，尤其是建筑用高性能结构钢Q690GJ的焊条电弧焊焊接工艺。
背景技术
在钢结构工程中采用高性能结构钢能大幅度减少钢材的用量，相应的大大减少冶炼钢材消耗的能源，最终降低单位建筑面积消耗的能源。我国每年建筑用结构钢超过3000万吨，若其中10%采用高性能结构钢，即高性能结构钢用量约300万吨，采用高性能结构钢后，用钢量可减少15%，每吨钢结构造价按10000元计算，则可节省投资成本近50亿元。
目前我国钢结构主要是使用Q235和Q345等普通钢材，而高性能结构钢在钢结构中的使用还比较少。近年来，随着国家的发展，高层建筑、超高层建筑、大跨度体育场馆、机场、会展中心以及钢结构厂房等大型建筑工程的建设力度日益加大，高层建筑用钢板的市场应用需求越来越大。高层建筑用钢板具有抗震、抗低温冲击等性能，与普通碳钢或低合金钢板相比，屈服强度设定了上限，抗拉强度有提高，对碳当量、屈强比指标有要求。我国钢结构对强度超过420MPa的高强钢没有配套的设计规范。若在工程中应用，则要针对具体工程进行专门研究后方可使用。
抗震性能较好的建筑用高性能结构钢Q690GJ，其含碳量低，S、P含量控制严格，并通过加入微量合金元素采用控轧控冷技术（TMCP）来得到强度高韧性好的组织，从而保证钢板良好的综合机械性能。同时，Q690GJ钢与普通Q690钢相比，增加了屈强比和Z向性能的要求，厚度效应对屈服强度的影响很小。
由于Q690GJ钢具备以上特性，因此，在焊接过程中，热影响区的脆化和强度下降的现象极易出现，并且极易产生焊接冷裂纹。加之工程实际焊接中对中厚钢板使用量的增加，以及实际焊接接头复杂性和拘束度的影响，使得Q690GJ的焊接成为一个难点问题，目前Q690GJ钢各种方法的焊接工艺尚为空白，迫切需要通过研究试验来制定适用于Q690GJ钢的焊接工艺。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供建筑用高性能结构钢Q690GJ焊接工艺，以实现高性能结构钢Q690GJ在建筑上的推广应用。
本发明针对建筑用高性能结构钢Q690GJ制定了焊条电弧焊的焊接工艺，该焊接工艺包括焊接全过程中材料及参数的控制，具体如下：
（1）焊接材料：选用E8015-G焊条，焊条直径3.2mm、4.0mm；
（2）焊条使用前严格烘焙，烘焙温度350～400℃，烘干1.5h～2h；
（3）根据板厚和焊接位置选择X形坡口、V形坡口或单边V形坡口；X形坡口，正面50°，反面45°，钝边0～2mm，根部间隙0～3mm；V形坡口角度为45°～55°，钝边0～2mm，根部间隙3～6mm；单边V形坡口角度为35°，钝边0～2mm，根部间隙3～6mm；
（4）焊接前预热温度不低于120℃；
（5）采用多层多道焊接，道间温度不低于所述预热温度。
优选地，所述道间温度为120～170℃。
优选地，进行立焊时，所述焊接工艺还包括：
（1）打底焊缝：焊接电流110～130A，焊接电压16～20V，焊接速度8～18cm/min，热输入5.87～19.5KJ/cm；
（2）填充焊缝：焊接电流130～150A，焊接电压18～22V，焊接速度10～16cm/min，热输入8.78～19.8KJ/cm；
（3）盖面焊缝：焊接电流110～130A，焊接电压16～20V，焊接速度8～18cm/min，热输入5.87～19.5KJ/cm。
优选地，进行横焊时，所述焊接工艺还包括：
（1）打底焊缝：焊接电流130～150A，焊接电压16～20V，焊接速度10～15cm/min，热输入8.3～18.0KJ/cm；
（2）填充焊缝：焊接电流150～180A，焊接电压22～24V，焊接速度15～25cm/min，热输入7.9～17.3KJ/cm；
（3）盖面焊缝：焊接电流150～180A，焊接电压22～24V，焊接速度15～25cm/min，热输入7.9～17.3KJ/cm。
随着结构钢性能的提高，其焊接难度也相应提高。而焊缝的焊接质量是焊缝的坡口型式，预热温度，多道焊接时的道间温度，打底焊缝、填充焊缝、盖面焊缝的焊接参数及其相应的热输入量，立焊、横焊等焊接形式，焊接接头的拘束度，等等众多因素相互协同、综合作用的结果，为了得到合格的焊缝，在参照已有焊接规范和实践经验基础上，还需要做大量的试验和研究工作，以使各个因素良好匹配。正因为试验摸索的工作量巨大，因而阻碍了建筑用高性能结构钢Q690GJ的推广应用。本发明作为一种开拓性的研究，在研发时，简单套用常规技术参数无法实现发明目的，即焊接接头无法达到该高性能结构钢国家标准的性能要求。
本发明焊接工艺，解决了建筑用高性能结构钢Q690GJ的焊条电弧焊焊接难题，按照该工艺进行焊接，获得的焊接接头综合力学性能优良，使接头的抗拉强度、冲击韧性达到了母材的性能要求。
本发明提出的建筑用高性能结构钢Q690GJ焊接工艺，具有指导规范作用，填补了我国钢结构工程中Q690GJ钢利用焊条电弧焊进行焊接的空白，对于推动该钢种的应用具有重要意义。
本发明中焊接材料的选用采取等强等韧的原则，通过焊材熔敷金属力学性能数值和钢材的力学性能数值比较进行选择。
坡口和根部间隙的选择试验确定，在保证接头综合性能的前提下，将焊接量控制在合理的范围内，实现了焊接质量和效率的最优化。
钢板预热温度采用斜Y型坡口焊接裂纹试验进行确定，见表1。考虑到实际工程结构的复杂性和拘束度大小，应严格按照本发明推荐的温度对钢板进行预热，低于本发明推荐的预热温度会增大焊缝开裂的可能。
表1Q690GJC钢斜Y型坡口焊接裂纹试验焊接参数及结果
最低道间温度应不低于预热温度，否则焊接过程中极易产生裂纹；最高道间温度试验确定，道间温度过高会引起热影响区晶粒粗大，使焊缝强度及低温冲击韧性下降。
焊接参数的选择根据HAZ最高硬度试验和焊接工艺评定试验确定。根据试验，超出本发明推荐的热输入范围进行焊接，会由于热输入过大和过小影响钢板的焊接质量。热输入过大，合金元素烧损严重，焊缝热影响区组织粗大，接头强度、韧性降低，见表2；热输入过小，冷却速度快，容易得到马氏体组织，接头硬度超出规范许可值，容易引起氢致开裂。热输入的过大和过小也是各种焊接缺陷未焊透、未熔合、气孔、咬边等形成的重要原因。
表2采用大热输入(注1)焊接参数接头试验结果
注：1采用焊接热输入范围22～33KJ/cm，超过本发明推荐的上限值；
2Q690GJC钢板抗拉强度标准值≥770MPa，冲击韧性≥55J。
附图说明
图1是本发明焊接工艺中X型坡口形式的示意图；
图2是本发明焊接工艺中V型坡口形式的示意图;
图3为本发明焊接工艺中单边V型坡口形式的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1：
建筑高性能结构钢Q690GJ焊条电弧焊立焊焊接工艺，焊接坡口采用附图1的X形坡口形式，焊材选用大西洋焊材。
焊接设备：ZX7-400STG
焊条烘焙：350～400℃烘焙1.5h
预热温度：120℃，道间温温：120～170℃，板材厚度：48mm，其他参数见下表。
采用以上焊接工艺进行的焊材试验结果见下表，焊接工艺评定合格。
另外，如果板材厚度小于25mm时，也可以采用图2所示的V型坡口。
实施例2
建筑高性能结构钢Q690GJ焊条电弧焊横焊焊接工艺，焊接坡口采用附图3单边V型的坡口形式，焊材选用大西洋焊材。
焊接设备：ZX7-400STG
焊条烘焙：350～400℃烘焙1.5h
预热温度：120℃，道间温温：120～170℃，板材厚度：48mm，其他参数见下表。
采用以上焊接工艺进行的焊材试验结果见下表，焊接工艺评定合格。
以上，仅为本发明的较佳实施范例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.建筑用高性能结构钢Q690GJ的焊条电弧焊焊接工艺，其工艺具体如下：
（1）焊接材料：选用E8015-G焊条，焊条直径为3.2mm或4.0mm ；
（2）焊条使用前严格烘干，烘干温度350～400℃，烘干1.5～2h；
（3）根据板厚和焊接位置选择V形坡口或单边V形坡口：V形坡口角度为45°～55°，钝边0～2mm，根部间隙3～6mm；单边V形坡口角度为35°，钝边0~2mm，根部间隙3～6mm；
（4）焊接前预热温度不低于120℃；
（5）采用多层多道焊接，道间温度为120～170℃且道间温度不低于所述预热温度；
进行立焊时，所述焊接工艺还包括：
（1）打底焊缝：焊接电流110～130A，焊接电压16～20V，焊接速度8～18cm/min，热输入5.87～19.5KJ/cm；
（2）填充焊缝：焊接电流130～150A，焊接电压18～22V，焊接速度10～16cm/min，热输入8.78～19.8KJ/cm；
（3）盖面焊缝：焊接电流110～130A，焊接电压16～20V，焊接速度8～18cm/min，热输入5.87～19.5KJ/cm；
进行横焊时，所述焊接工艺还包括：
（1）打底焊缝：焊接电流130～150A，焊接电压16～20V，焊接速度10～15cm/min，热输入8.3～18.0KJ/cm；
（2）填充焊缝：焊接电流150～180A，焊接电压22～24V，焊接速度15～25cm/min，热输入7.9～17.3KJ/cm；
（3）盖面焊缝：焊接电流150～180A，焊接电压22～24V，焊接速度15～25cm/min，热输入7.9～17.3KJ/cm。
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