150mm 超厚 S690QL1 高强板焊接工艺研究.pdf

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1、150mm超厚S690QL1高强板焊接工艺研究摘要：分析超厚S690QL1高强板的可焊性，并采用GMAW和FCAW对150mm超厚S690QL1高强板在立向上焊位置进行焊接试验。结果表明，焊接接头抗拉强度均高于母材；焊缝断面宏观检查符合要求；经改进消除焊缝根部电弧偏吹现象后可获得良好的弯曲性能；焊接接头冲击韧性良好，但熔合线外5mm区域的冲击韧性易产生下降现象；FCAW试板焊缝根部出现了严重的脆化现象，原因是该区域生成大量较大晶粒的粒状贝氏体。0前言海洋工程是目前世界上具有高附加值的产品之一，随着油价的提高，油气资源供应不足，能源危机日益临近，加快

2、海洋资源的开发和利用已经成为世界各国的战略趋向；加上近几年国际船市持续低迷，造船行业经营和生产都遇到了相当的困难，大量民营船厂对低端市场的侵占更加剧了这一窘境，因此大型造船企业都把视线集中在海工市场这块具有潜力的产品。就海洋工程产品本身而言，要求其结构能够较好地适应环境恶劣、巨大的设计载荷和极高的应力集中、维护和修理难度大、结构失效等严重问题。在海洋工程建造(特别是桩腿制作)中广泛应用S690QL1低合金高强度钢，该类钢属于调质细晶粒钢，经调质处理(淬火+回火)，在保证超高强度的同时还具有较好的韧性。S690QL1级超高强度钢是一种性能远高于普通船

3、用钢板的低合金高强度钢，在低碳的基础上加入提高渗透性的合金元素以获得低碳马氏体和上贝氏体的混合组织，具有较高的碳当量；其焊接具有热裂纹、冷裂纹、淬硬倾向及氢致裂纹敏感性强等主要特点，可焊性较差。因此，如何解决该钢种可焊性较差的工艺难题，填补公司在超高强度钢焊接技术方面不足，为公司进行海洋工程相关技术储备，进而扩大公司的经营范围，是本次研究的意义所在。1S690QL1钢可焊性分析本次实验选用德国ReinerBrach公司生产的厚度为150mm的S690QL1高强度淬火回火钢，其钢板机械性能和化学成分见表1和表2。按照厂家执行EN10024-6标准规定

4、，厚度范围在100——150mm时，其屈服强度为≥630Mpa，抗拉强度710——900Mpa，延伸率≥14%，Akv(-40℃)冲击均值≥46J[1]。钢的化学成分对焊接热影响区的淬硬及冷裂倾向有直接的影响，尤其碳是影响低合金钢最显著的元素，因此常用碳当量来评估钢的裂纹敏感性。碳当量是指把钢中合金元素按其对淬硬(冷裂、脆化等)的影响程度折合成碳的相当含量。按照国际焊接学会(IIW)推荐的碳当量Ceq值计算公式及日本焊接学会提出的焊接冷裂纹敏感系数Pcm公式计算，得出S690QL1钢板碳当量和焊接冷裂纹敏感系数：Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)

5、/15+(Cr+Mo+V)/5=0.734%Pcm=C+(Mn+Cu+Cr)/20+Si/30+Ni/60+Mo/15+V/10+5B=0.348%参考Graville焊接性评价图(图1)可看出，150mm厚S690QL1钢板其碳当量Ceq在0.6%以上，即处于第Ⅲ区难焊区，说明焊接性比较差，焊接时有明显的淬硬倾向。此外，氢致裂纹是低合金结构钢焊接接头最危险的缺陷，日本焊接学会规定Pcm≤0.20%作为评定裂纹敏感性的指标之一，明显该厚度钢板具有一定的冷裂纹敏感性，需考虑焊前采取适当预热，焊接时控制线能量，焊后保温、缓冷等工艺措施，防止焊接接头出现

6、冷裂纹。参照德国劳氏船级社规范中给出的最低预热温度与母材碳当量CET和焊缝金属的氢含量之间的函数关系图(图2)以及母材碳当量CET计算公式[2]：CET=C+(Mn+Mo)/10+(Cr+Cu)/20+Ni/40=0.43%本实验采用的S690QL1钢，其扩散氢含量小于HD5。综合考虑冷裂纹敏感系数影响并结合公司多年来实际建造经验，课题组制定了最低预热150℃，道间温度不超过180℃的温度控制工艺。2试验项目及方法针对S690QL1钢在海洋工程桩腿的应用情况，分别用实心焊丝混合气体保护焊（GMAW）和药芯焊丝气体保护焊（FCAW）各焊制1副立上行对

7、接焊试板，具体试验项目一览表见表3。采用机械方法进行坡口加工，尺寸、接头形式及装配间隙严格遵照表3中坡口简图的要求。焊接保护气体为80％Ar＋20％CO2混合气体，采用多层多道焊接。焊前对坡口两侧约75mm范围内进行预热，预热温度≥150℃，预热后连续焊接，焊接过程中严格控制热输入量(不超过50kJ/cm)和道间温度(不超过180℃)；严格清理道间焊渣；焊接结束立即加热至250——300℃，保温2小时，用岩棉包裹缓冷。焊接电流、焊接电压、焊接速度等工艺参数参照表4(焊接工艺参数一览表)。试板焊接结束后，进行外观检查、72小时后进行磁粉探伤和超声波探

8、伤，力学性能试验、焊缝断面宏观检查、显微组织研究及硬度测试，试样检测分析方法和取样位置及焊接质量验收标准执行德国劳氏船级社