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G20Mn5鑄鋼焊接用焊條探討與應用

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文介紹40.5m×43.2m索桁架結構，其中無縫鋼管下端索夾具及上端球形支座為德標G20Mn5鑄鋼，與Q345B無縫鋼管焊接連接。對錦泰JM-56焊絲和大西洋CHE-507焊條，通過進行焊接工藝評定試驗進行焊接方案對比，最終確定使用CHE507焊條。
    關鍵詞:鑄鋼 焊條 焊接

    一、焊接工程概況
    中國石油大廈工程主中庭40.5m*43.2m桁架為索桁架結構，屋面為箱型框架，下半部為球面不銹鋼索，鋼索與屋面通過不等長的無縫鋼管連接。
    由于不銹鋼拉索將交織成網狀球面形狀，鋼索于各連接點所成角度均不相同，而上部與箱型屋蓋采用球型接頭和碗狀扣蓋，構件造型復雜，因此采用鑄造形式進行構件加工。無縫鋼管下端索夾具及上端球形支座為德標G20Mn5鑄鋼，無縫鋼管材質為Q345B。無縫鋼管與鑄鋼夾具及支座以焊接形式聯接，見圖1、圖2。


    二、材料性能
    1.G20Mn5鑄鋼
    本次使用的鑄鋼件為德國DIN EN 10293（Steel castings for general engineering uses 10293 2005《一般工程用途鋼鑄件10293-2005》）標準中的G20Mn5鑄鋼，交貨狀態為調質態QT（即淬火+回火）,含碳量0.17～0.23%，添加有少量Ni成分。化學成分見下表

    2.Q345B無縫鋼管
    無縫鋼管材質為國產Q345B。其理化性能見下表。

    通過對兩種材質材料性能比較，可知兩者在化學成分及力學性能上有些差別，且二者在交貨狀態上有較大差異。Q345B沒有Ni成分，沖擊韌性較低。由于G20Mn5在鑄造過程中不可避免會產生縮孔縮松以及成分偏析、晶粒粗大等缺陷，一定程度的影響到其焊接性能。后期經過正火、淬火和回火的調質處理，焊接性得到改善，但由于G20Mn5鑄鋼中含有Ni成分，成分偏析導致的局部Ni含量過高也會增加焊接熱裂紋發生的傾向。
    三、焊材的選擇
    根據工件的體積壁厚、適用的焊接方法和材質，試用兩組焊接材料和工藝，經試驗比對后，取效果好的一組焊材和工藝用于實際施工。
    1.大西洋CHE507焊條
    第一組選用常用易購的大西洋CHE507焊條手工焊條。CHE507焊條為低氫鈉型直流焊條，用于壓力容器、承壓管道強度型低合金鋼及強度型低合金鋼與耐熱型、低溫型低合金鋼之間的焊接，適用本工程結構。焊絲理化性能見下表。

    2.錦泰JM-56實芯焊絲
    第二組選用JM56實芯焊絲（二氧化碳保護焊）。此型號焊絲在鋼結構安裝焊接施工中應用廣泛，焊接工藝成熟。其理化性能見下表。

    對兩種型號焊材的參數比較可知，JM-56實心焊絲的熔敷金屬因為較低的含碳量，應擁有更佳的韌性，實例值沖擊韌性優于CHE507焊條，但強度偏高，而CHE507在強度上更接近于G20Mn5鑄鋼和Q345B。
    四、焊接工藝評定試驗
    1.焊接工藝及參數
    焊接參數見下表

    焊接時，根據鑄鋼的焊接性能，提高其預熱溫度至200～250℃（見圖3），并對其進行焊后250℃兩小時的后熱處理，后熱完成做保溫緩冷，以利于其消氫。焊接用焊條經烘干箱中350℃烘烤2小時后用保溫桶儲存，隨時取用，以降低焊縫中的氫含量（見圖4）。焊接見圖5、圖6

    2.焊接工藝評定結果
    焊接工藝評定試驗顯示，CHE507焊條手工電弧焊一組試件拉伸試驗合格，沖擊功試驗：熱影響區Akv≥17J，焊縫中心Akv≥85J（試件截面尺寸5mm×10mm），合格；
    二氧化碳氣體保護焊一組試件拉伸試驗合格，沖擊功試驗：熱影響區Akv≥16J，焊縫中心Akv≥54J（試件截面尺寸5mm×10mm）,不合格。
    根據焊接工藝評定結果，并且考慮堿性焊條熔渣脫硫、脫磷能力強，抗熱裂及冷裂性能好的優點更適用于焊鎳鑄鋼的焊接，最后決定使用CHE507焊條手工電弧焊。
    五、現場焊接結果
    現場焊接完成后經自檢和第三方超聲波探傷，一次合格率96%，復檢合格率100%，沒有發生焊接裂紋。焊縫外觀成型平整美觀，無明顯咬邊，無需打磨即可直接進行氟碳噴涂作業。見圖7、圖8。

    結論
    G20Mn5鑄鋼作為一種較少應用的焊接結構材料，我們通過深入查找其相關技術資料，以理論為指導，結合對比試驗的實踐方法，驗證了CHE507手工焊條適用于G20Mn5鑄鋼的焊接，且提供了一套可參考的工藝參數和方法。恰當的預、后熱處理是此型材料焊接的關鍵。
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