箱型钢梁（柱）隔板管极电渣焊纵缝焊接的工艺性能改善

  箱型钢梁（柱）隔板管极电渣焊纵缝焊接的工艺性能改善箱型钢梁（柱）隔板管极电渣焊纵缝焊接的工艺性能改善 箱型钢梁(柱)隔板管极电渣焊纵缝焊接的 工艺性能改善 第33卷第11期 2003年11月 雹珲檄 EkctricWeldingMachine V0l_33No.11 Nov.2003 箱塾镳粱柱隰板管极电渣撵纵缝 焊接酶工艺性能改善 杨军,李大军,佟文宗 (甘肃西脉新材料科技股份有限公司钢结构研究所,甘肃兰州730050) 摘要:介绍了在箱型钢梁(柱)隔板纵缝焊接中,管极电渣焊管极涂层的自制研究,工艺应用及其 进一步生产转化. 关键词:电...

  箱型钢梁（柱）隔板管极电渣焊纵缝焊接的工艺性能改善 箱型钢梁(柱)隔板管极电渣焊纵缝焊接的 工艺性能改善 第33卷第11期 2003年11月 雹珲檄 EkctricWeldingMachine V0l_33No.11 Nov.2003 箱塾镳粱柱隰板管极电渣撵纵缝 焊接酶工艺性能改善 杨军,李大军,佟文宗 (甘肃西脉新材料科技股份有限公司钢结构研究所,甘肃兰州730050) 摘要:介绍了在箱型钢梁(柱)隔板纵缝焊接中,管极电渣焊管极涂层的自制研究,工艺应用及其 进一步生产转化. 关键词:电渣焊;管极涂层;箱型钢梁(柱)隔板;纵缝 中图分类号:TG441-3文献标识码:B文章编号:1001-2303(2003)11--0040-04 ApplicationofelectroslagweldingforBox-Beam(pillar)Stendon YANGJun,LIDa-jun,TONGWen-zong (GansuSeemineMaterialHigh-techCo.Ltd.ResearchServices,Lanzhou730050,China) Abstract:Inthispaper,itintroducestheprocessapplicationandstudyoftubescoatingforelect roslagweldingandproductionfor Box—Beam(pillar)Stendonareintroduced. Keywords:electroslagwelding;tubescoating;Box—Beam(pillar)stendon;verticalweldingseam -_?___一 刖吾 此项目研究前期主要考虑应用在钢结构(箱型 钢梁隔板)管极电渣焊焊接过程中,特别是在厚板 (?16)低合金钢.由于箱型钢梁的设计不同,所出 现的焊接方式也将不同,但是箱型钢梁的目前设计 大部分采用隔板加劲(采用管极电渣焊完成),虽然 日本,美国等国家也有一些其他焊接技术用于箱型 钢梁,但因其设备复杂,技术不够成熟,稳定,故很 难推广llI2】. 箱型钢梁(柱)钢结构在桥梁,建筑中大范围的应用, 而箱型梁(柱)隔板与腹板焊缝的焊接由于受到空间 位置的影响,焊接工艺带来了一定的困难,故目前 较多采用管极电渣焊完成此焊接任务. 1钢结构管极电渣焊特点 由于电渣焊缓慢的冷却速度,使得焊缝区和近 收稿日期:2003—08—15 作者简介:杨军(1977--),男,甘肃酒泉人,助理工程师,学士 主要是做钢结构焊接【艺的制定和研究工作. 40,学 缝区在高温停滞时间长,易引起晶粒粗大,产生过 热组织,造成焊接接头冲击韧性下降,因此为了改 善焊缝的组织和性能,一般电渣焊接头需焊后进行 正火处理,但对于钢结构一类大型构件很难进行正 火和回火,因此怎么样提高电渣焊在焊态时的接头冲 击韧性及工艺控制是钢结构电渣焊发展中的一个 重要课题rj1.为此通过对管极电渣焊的管极涂层工 艺配方和制成品的研制,提高了焊接接头冲击韧性, 获得作成本,高质量的电渣焊焊缝. 电渣焊是通过液体渣液所产生电阻热,将其管 极,焊丝和母材熔化形成焊缝l41.在此研究过程中选取 了常见的箱型钢梁(柱)隔板纵缝焊接为研究对象. 图1为熔嘴电渣焊原理示意图,图2为箱型钢梁(柱) 隔板纵缝熔嘴电渣焊截面图. 2管极涂层配方试制试验过程 目前已初步针对低合金钢和低碳钢的钢结构 (如图1所示的箱型钢梁结构)管极电渣焊进行了研 究,结合与熔嘴管相配合使用的焊丝,焊剂及焊接 生产与应用杨军等:箱型梁(堕笪堡皇堕堡笙堡三茎丝堂墼董笙塑 图1熔嘴电渣焊原理示意图 焊缝 仔) 图2箱型钢梁(柱)隔板纵缝熔嘴电渣焊截面图 母材主要化学成分,通过管极涂层过渡的微量合金 元素,细化焊缝晶粒,改善接头力学性能.在管极涂 层药皮配方试验中,采用正交试验法,对涂层配方 中各药粉(合金,矿粉)组成的经验坐标点进行了数 值分析,为其他母材,其他工艺提供理论依照. 2.1配方试验 综合考虑压涂工艺性能和焊接性能,切合实际 情况做试验,管极涂层配方采用正交试验设计 法. 2.2配方影响因素 a.焊接材料.焊剂Hl360;焊丝~b2.4H10Mn2;母材 Q345B;无缝管12~3.0,20钢. 以上焊接材料均达国家相关质量发展要求. b.焊缝金相组织性能:强度,冲击韧度,细化晶 粒. c.焊接冶金反应:造渣,脱氧,稀渣,渗合金. d.药皮压涂质量:增塑,粘结. e.管极涂层配方见表1. 表1涂层配方 药皮矿粉/% 大理石滑石粉石英粉萤石粉金红石钛自粉白云石赤铁矿 4 经过了多次试验,此配方最合理. 3配方分析 3.1合金元素的过渡 管极涂层配方与添加的焊剂形成渣池,利用熔 渣导电产生电阻热熔化金属(焊材和母材),要求不 仅有稳定的电渣过程,而且要通过二次冶炼进行脱 氧,造气,渗合金等,并保证能获得良好的机械性能 和满足使用上的要求的焊缝. 焊剂,焊丝,母材均为高锰,Mn作为微量元素 在焊接冶金过程中,对铁素体和奥氏体均有较强的 固溶强化作用,且Mn氧化后形成MnO,起脱氧和 造渣的作用.随着Mn含量的增加,其有较强的淬 硬倾向,硬度增大,热裂纹倾向增大,回火脆性增加 等不利倾向,故焊缝中的锰含量要加以控制,也即 管极涂层中带入的微量元素Mn含量要低;Mo和 Ti均为最强的碳化物形成元素(在配方中加入钛铁, 钼铁),但只要控制好此2种元素的含量『在钢中 (no)约0.5%时,能减低或抑制其他元素导致的回 火脆性1,在提高抑制奥氏体向珠光体转变能力方面 将是有利的,同时可细化晶粒,进而提高焊接接头 冲击韧性;Si(在配方中加入硅铁)既可作为常用脱 氧剂,控制其含量,它又有较强的固溶强化作用l. 3.2焊接冶金反应 此结构的管极电渣焊焊缝具有特殊性,其焊接 冶金过程除具备一般焊缝的要求外,还由于立焊缝 要求气体和杂质能较容易地排出,故要求有合适的 熔渣粘度.粘度过大,不利于气体和杂质的排出,也 不利于焊缝的充分冶金反应;粘度过小,电渣焊过 程易出现飞溅大,不利于电渣焊进行.熔渣的粘度与 温度和熔渣的成分有关,如熔渣中加入能形成粗大 阴离子的物质(如SiO:与O一结合形成粗大阴离子); 升高温度熔渣的粘度下降.熔渣的粘度也与熔渣 熔点有关,在保证熔渣粘度合适的条件下,熔渣熔点 , ? 41? 生产与应用雹焊梭第33卷 也不可太低或太高,合适的熔渣熔点,有利于高温 渣液(参看图1)温度提高.液态熔渣的导电性也不可 忽略. 金属熔池的结晶是从母材的半熔化晶粒开始, 从金属熔池的周边向下,向上发展(从宏观焊缝照 片也可看到). 4工艺评定 4.1焊材状态 焊剂,熔嘴管(自制)烘干,保证干燥,焊丝表面无 油污. 4.2母材状态 采用半自动切割,保证切割面平整,成形块能 贴合紧密,装配零间隙,焊接面无油锈,无预热. 4.3焊接工件的装配 由于在实际生产的全部过程中熔嘴电渣焊焊接位嚣 不利于进行焊缝力学性能测试和焊接分析,故在不 影响试验数据的真实性,准确性和焊接成形的前提 下,对试块结构作了调整,如图3所示. /哇 // 渣焊孔 图3调整后的试块结构图 4.4焊接工艺参数 焊接工艺参数见表2. 4.5试焊过程简述 a.安装试验工件前,检查管极是否通畅,无缝管 挠度保证?0.5,根据试验工件的长度选择管极的长 表2焊接工艺参数 板厚6/mm装配间隙blmm焊管规格/mm焊丝直径D/mm 222212x32.4 焊接电压U/V焊接电流//A初始加入焊药量m/g渣池深度h/m 38,41400,50020,3030,40 度,管极上端电极夹头长度30-40mm,尽量保证管 极在电渣焊孔中心位置. b.安装结晶成形块有缝隙,防止渣液和钢水外 溢,用石棉泥塞缝. c.添加焊药以保证渣池深度在30-40mnq之间 为原则. d.焊接. 引弧时电流波动大,焊丝送丝不稳定,电流,电 压较小,在随着焊药的再次添加,有一定渣池后,转 入电渣焊,电流,电压趋于稳定,电流增大10-20A, 电压增大l,2V.具体参数见表2.收弧时考虑到引 出成形,电流,电压略降低.在整个焊接过程中,注意 观察电流电压表盘的示数变化,同时要注意试验工 件两侧温度,渣池深度的变化. e.试焊工艺补充说明. 为保证有稳定的电渣焊过程及减小网络电压 的影响,造成焊接缺陷,电渣焊电源避免电弧放电 或电渣一电弧的混合过程I1. 5试验分析 首先对外购管极(20钢),自制管极,无涂层无 缝管进行化学成分复检,并进行试焊,化验焊缝化 学成分,做力学性能测试,做焊缝金相照片,最后3 者做对比. 5.1化学成分对比分析 各试件的化学成分见表3. 5.2焊接接头力学性能对比 力学性能测试数据对比见表4. 5.3金相对比 试块金相图如图4所示. 5.4焊后焊缝宏观,微观相片 表3各试件的化学成分% ? 42 生产与应用畅军等:箱型钢梁(柱)隔板管极电渣焊纵缝焊接的工艺性能改善第l1 期 表4焊接接头力学性能测试数据对比 外购试块60,70,6o,8082 自制试块90,102106,105,78 a宏观j!{{片b微观金相 图5焊缝宏观,微观相片 最后所选配方的焊缝从宏观照片中,焊缝直径尺 寸:26,30mm完全焊透,特别是1—1方向.见图5. 焊接质量,探伤全熔透,无任何缺陷. 6生产转化 自行设计的一套压涂设备工艺原理图,如图6 所示 7结论 在钢结构(箱型钢粱漕极电渣焊焊接过程中, 在管极涂层中加入Mn,Ti,Mo,Si等少量合金元素 过渡.不但可以强化焊缝,而且可使其焊缝晶粒细 化,冲击值提高20%,30%,免去了焊后回火热处理, 提高了功效.此配方经加强完善,延伸.结合一定 工艺将可应用于其他母材(Q235,Q345等结构钢材 料)和其他工艺的管极电渣焊. 参考资料: [11陈祝年焊接工程师手册[MI北京:机械丁业出版社.2002 [2]中国机械1程学会焊接学会焊接手册第l,2,3卷【M】 北京:机械T业}i{版札.1993. [3]姜焕中电弧焊段电渣焊(修订本)【MJ北京:机械丁业出 版社,1988 [4】崔忠圻.金属学与热处理【M】北京:机械工业出版社,1992 [5】何广乾高层建筑规划设计与施工[M】北京:科学出版社,1994 [6]王肇民.钢结构设计原理【M】.上海:同济大学出版社,1991 一 机头;2—壳体;3—锁紧螺母:4一压进{甫缸;5—送管机构;6一导向套:7一密封件;8 一机架;9一液系统;lO一导向管 图6电渣焊熔嘴管压涂机筒图 ?藏《砧43

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