三丝埋弧焊技术在厚板焊接中的应用

作者:高国兵;费新华;虞明达;贺明玄 刊名:施工技术 上传者:孙潇潇

【摘要】基于国内厚钢板焊接工程大量出现,三丝埋弧焊技术逐渐发展。介绍了其应用于厚板焊接的工艺技术和特点,并通过试验进行工艺评定。试验证明,采用合理的电源种类组合、焊丝排列工艺和合适的焊接材料,大线能量的三丝埋弧焊焊缝质量稳定,焊接接头的强度和韧性可以满足母材的匹配要求,可达到厚板高效、高质量的焊接要求。

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目前,在国内大型钢结构专业生产厂家,厚板低合金钢(Q345钢及以上级别钢种)构件焊接,主要以单、双丝埋弧焊焊接方法为主。因纵列三丝埋弧焊工艺技术掌握程度要求高,尤其是焊丝间距与焊丝角度的控制;焊接电源的不同组合;焊丝和焊剂的匹配;焊接线能量对接头韧性的控制等因素的综合影响,限制了其广泛应用。从焊接工艺技术和焊接材料两个方面着手,对三丝埋弧焊进行应用研究和应用开发,使三丝埋弧焊焊接技术成功应用于工程实践,生产效率得以成倍提高,产品质量亦得以保证(见图1)。1纵列三丝埋弧焊焊接工艺技术图1三丝埋弧焊应用于厚板箱形构件焊接11三丝埋弧焊电源的选择三丝埋弧焊采用独立电源供电,电源采用直流反接+交流+交流(见图2),避免直流+直流组合电弧磁偏吹现象,减少气孔、夹渣、焊偏等缺陷出现几率;同时,也克服了交流组合时对焊材碱度的限制,有利于电弧稳定焊接,提高接头的抗裂性能,同时达到深熔的目的。若3根丝选用直流电源组合,它们极性相反,电弧相互排斥,易产生电弧磁偏吹;选用交流电源组合,虽然可以减小电磁力的作用,但交流电弧稳定性差,对焊剂的碱度反应较为敏感,要使焊缝良好成型,就得考虑降低焊剂的碱度,若焊剂碱度过低,焊缝整体性能下降,焊缝抗裂性能变差,韧性和塑性下降,不适用于高强钢焊接。12熔池特性及焊丝排列焊丝纵列排列,采用单熔池。其原因为:电弧扩图2三丝埋弧焊电源的选择展面积大,有效消除坡口边缘的未熔合,不易形成梨形焊道,减少焊缝根部热裂纹的产生概率,且在焊缝的成型外观上,可有效减少咬边和焊缝表面的鱼鳞;借助于多电弧共同作用于同一个熔池时较强的搅拌作用,降低了气孔产生的可能性,同时冶金反应更加充分。13单熔池焊丝间距和角度的设置图3单熔池焊丝间距和角度的设置焊丝间距和角度根据坡口形式、焊接规范及焊接速度具体确定,一般单熔池焊丝总间距控制在20~35mm;焊丝角度设置时,前置焊丝通常垂直于钢板表面或稍作后拖,以获得最佳的熔深,中间焊丝可垂直于钢板或向前倾斜,后置焊丝一般向前倾斜,以获得平滑的焊道表面(见图3)。2焊接线能量对接头组织性能及韧性影响分析三丝单熔池埋弧焊的焊接热输入是必须考虑的问题,相对于单丝、双丝埋弧焊而言,热输入高出很多,但不能认为其线能量为单丝焊的简单叠加,应考虑焊后的冷却速度降低了。焊接线能量的影响,不仅通过改变熔池的过热程度和冷却速度而使柱晶尺寸及转变特性发生变化,还可通过改变熔合比来影响焊缝的化学成分,从而使焊缝组织性能发生变化。由于双丝、多丝单熔池SAW的焊接热输入较大,焊接冷却速度降低,柱晶宽度呈现增大,这必然会增大过冷,而促使形成FSP(侧板条铁素体)和减少AF(针状铁素体),使焊缝韧性降低。对合金化程度不高的Mn-Si系焊缝,尽可能限制焊接线能量是十分必要的。焊接热影响区的韧性决定于组织和组织的形态,既受焊接热输入的影响,同时还取决于母材的化学成分及原始状态。焊接线能量的变化会引起焊接热循环的变化,线能量增大时,不仅熔合线奥氏体晶粒直径增大,而且奥氏体晶粒涨大范围也增大,此外焊接线能量的变化还会引起冷却速度的变化,从而使冷却组织发生变化。不同的钢种,由于化学成分不同,线能量对韧性的影响不同,对于Q345、Q390类等控轧、正火钢材,合金元素含量少、碳含量相对较低,一般情况下,难以得到马氏体和下贝氏体组织。线能量较大,冷却速度稍慢时,晶粒易涨大,得到以F为主加P的组织;线能量较小,冷却速度较快时,易得到上贝氏体组织,但晶粒较细。总体来说,这类钢种韧性变化不大,线能量选用范围较宽。但对于Q420、Q460类正火钢材,其合金元素含量较大、碳含量

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