Q690D 高强度结构钢焊接技术

摘要:本文简单介绍了 Q690D 高强度结构钢焊接技术在实际工作中的应用。

1.工作概况

Q690D 是船用牌号的淬火回火高强度结构钢，强度等级(s≥690N)mm)，相应于EN-10137《I淬火回火或沉淀硬化高强度结构钢板和宽平板供货技术条件》中的S690Q(S690OL)钢。在隧道设备制造中将会有广泛的应用，尤其在盾构机和 TBM 生产中这种高强度结构钢用于焊接结构，确有其经济技术优势。但其对焊接技术要求较高，焊接工艺参数控制较严，焊接生产过程温度控制比较严格。

2.材料的基本性能

2.1 Q690D 的化学成分

690D 的理论化学成分%(实际中不大于)①

我们在实际焊接生产中根据国标由 Q690D成分和力学性能数据为计算依据实际抽样数据为参考制定焊接工艺。

2.2. Q690D 钢的焊接特点

2.2.1 碳当量(Cet)的计算

标准合金系的 CET 按德国 SEwo88(可焊细晶粒钢的加工准备及熔焊规程》碳当量计算公式②:CET=C+(Mn+No)/16+(Cr+Cu)/20+Ni/40

计算可得 MaxCet=0.48%大于0.45%，(75mm板Cet=0.39%，32mm板Ceq=0.40%),可见Q690D钢材的淬硬性倾向明显,焊接性能不是很好,需采用适当的预热和控制线能量等措施;其目的是为了降低焊接接头的冷却温度,以减小淬硬倾向,防止生成裂纹。

2.2.2Q690D钢焊接容易出现的问题

Q690D 钢合金成分丰富，强度等级高，焊接接头热影响区淬硬倾向大。工艺因素不当时极有可能发生淬性硬裂纹和脆性转变。Q690D 钢的焊接裂纹主要是冷裂纹，冷裂纹指焊接接头冷却到较低温度下(对钢来说在 MS 温度以下)时产生的焊接裂纹。有的冷裂纹会在焊接接头冷却到室温后并在一定时间(几小时、几天甚至十几天)才出现,称为延迟裂纹。有资料介绍,焊接接头的淬硬和脆性转变与焊缝熔台线处 800℃冷却到 500℃的时间(即t8/5)有密切的关系， Q690D 钢焊接时必须严格控制t8/5值。亦即不宜采用大线能量焊接，以免由于t8/5过长而降低焊接接头的抗脆断能力③。线能量的计算公式④:q = IU/v

式中:I一 焊接电流 A

U-电弧电压V

v- 焊接速度 cm/s

q一 线能量 J/cm

另一方面 t8/5 又不能过于短载，否则易导致产生淬硬冷裂纹。冷裂纹敏感系数指考虑冷裂纹敏感性不仅计入钢材的化学成分,还考虑板厚和焊缝含氢量对裂纹倾向的影响。按日本应用的计算方法,可以求出防止钢材产生焊接裂纹的预热温度这就要通过适当的焊前预热来解决。

T℃其公式为⑤:

T(℃)=1440PC-392

PC =C+Si/30 +Mn/20 +Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15

+V/10+5B +h/600+H/60(%)

式中h为板厚(mm)H为焊接金属中扩散氢含量(mL/100g)

3.焊接施工工艺及焊接工艺参数的选择

3.1焊接施工工艺

工件尺寸定位--点固焊--预热--焊口施焊--自检--焊后热处理--无损检测

3.2 焊接工艺的选择

3.2.1 焊接方法和材料的选用

主要采用二氧化碳气体保护焊,焊丝使用德国进口的特殊焊丝TUnionGM 100。

3.2.2 装配定位焊

由于 Q690D 高结构钢的淬硬性及结构应力，定位焊时就应预热，且定位焊缝应具有足够的强度，防止定位焊裂纹。建议定位焊缝的长度不小于50mm，板厚在 20mm 以内时单道定位焊，板厚超过 20mm 时，定位焊缝至少应焊两道。

3.3.3 预热温度 层间温度及后热

Q690D 高结构钢推荐的预热温度 80℃~200℃，定位焊处的预热温度比正常焊前的预热温度高 50℃左右，板厚 20~40mm 之间预热温度大约为65℃左右，板厚 40~65mm之间预热温度大约为 100℃，板厚超过 65mm预热温度大约为 150℃左右，层间温度不能低于预热温度但不能大于 250℃。

预热范围，一般按焊缝一侧宽 50~100mm。预热温度的测量点，按DIN32524 要求应在工件表面上距坡口边缘4Xt、但不超过30mm的地方,并且是在电弧进行方向的前方50~200mm处。应避免电弧对测温数据的影响。

层间温度可直接在前道焊缝上测量。

后热采用缓冷的工艺措施，第一步在 250℃~300℃持续保温不低于6小时，第二步用石棉包敷 4~8 小时自然冷却到室温，冬季气温相对较低可延长包敷时间，防止焊缝出现裂纹。

3.3.4 焊接工艺参数

不应采用大线能量焊接，充分利用窄焊道，薄层焊，多层多道的焊接工艺，实际生产中根据需要选择合适的焊接电流，电弧电压，焊接速度等。

3.3.5 焊前清理和焊接顺序

焊前应仔细清除坡口周围母材表面上的油、水等污物。必要时用酒精或其它清洗剂清理焊口;采用合理的装配和焊接顺序,改善焊件应力状态。

3.3.6 锤击焊缝区

当焊缝金属冷却过程中(温度在100℃~250℃区间),用小锤轻敲焊缝使金属展开,可以减少应力 1 /2~1/4,对多层焊,除第一层和最后一层焊缝外,其余都要锤击。

4 结束语

Q690D 高强度结构钢主要将在以后的刀盘制做中会有广泛的应用，通过对 Q690D 高强度结构钢的焊接工艺分析，在焊接过程中应根据实际应用场合选择合适的焊接材料、焊接工艺以及焊接方法。同时还应注意在焊接过程中容易出现的问题,应考虑到各方面的因素做好防止措施，正确施焊确保优良的焊接质量。

参考文献

[1]谢良法,姚连登,调质钢板的生产实践与试验研究,舞阳钢铁有限责任公司钢研所,2000

[2]刘汉宜.焊接碳当量计算及公式应用.天工公司,2007.

[3]汤锁庚.淬火回火高强度结构钢及其焊接.科技部工艺室,2005.

[4]周正丰,焊接冶金学.机械工业出版社,1993.