Q690D高強鋼JCOE鋼管焊接工藝研究及應用

何文坤 蔡春濤

（江蘇巨鑫石油鋼管有限公司，江蘇 揚州225004）

0 引言

Q690D高強板屈服強度較高，熱影響區淬硬傾向和氫致裂紋敏感性較大，焊接過程中容易產生冷裂紋。目前國內Q690高強鋼JCOE鋼管焊接工藝還不成熟，處于研發階段。與此同時，招商局重工江蘇有限公司要建造一臺3 000t浮吊，讓我公司為他們試生產一批Q690D高強鋼JCOE鋼管，鋼管外徑800mm，厚度分別為26mm、28mm、30mm。為了滿足用戶需求，我公司決定對Q690高強鋼的焊接工藝進行研究，開發Q690高強鋼JCOE鋼管新產品。通過不斷地進行焊接工藝評定試驗，總結出一套合理的焊接工藝，通過小批量試生產，最終生產出了合格的Q690D高強鋼JCOE鋼管。

1 材料準備

表1 Q690D鋼板化學成分 單位：%

表2 Q690D鋼板力學性能

（2）埋弧自動焊焊絲和焊劑生產廠家為德國OERLIKON公司，焊絲牌號 FLUXOCORD42，直徑4.0mm；焊劑牌號OP121TTW。焊絲和焊劑化學成分及熔敷金屬力學性能如表3～5所示。

表3 埋弧焊絲化學成分 單位：%

表4 埋弧焊劑化學成分 單位：%

表5 埋弧焊絲與焊劑熔敷金屬力學性能

（3）氣體保護焊焊絲生產廠家為德國DRAHTZUG STEIN公司，焊絲牌號STEIN －MEGAFIL 742M，直徑1.2mm。焊絲化學成分及熔敷金屬力學性能如表6、表7所示。

表6 氣保焊焊絲化學成分 單位：%

表7 氣保焊焊絲熔敷金屬力學性能

（4）20%CO2＋80%Ar混合氣體。

2 焊前準備

（1）銑邊、銑焊接坡口，鋼板寬度及坡口尺寸示意圖如圖1所示。

圖1 鋼板寬度、坡口尺寸示意圖

（2）焊劑烘干：焊劑為燒結焊劑，烘干溫度300～350℃，烘烤時間2h，隨后在烘烤箱中緩冷。

（3）鋼管預彎、成型后，將內焊道坡口兩側30mm范圍內母材上的油、銹、水等污物清理干凈。

3 施焊

3.1 合縫、預焊

鋼管邊合縫邊預焊，預焊采用手工氣體保護焊，焊接工藝如下：

（1）焊前用火焰預熱，預熱溫度150～200℃，要求邊預熱邊焊接。

第二，建立考核評價與責任追究機制。建立科學有效的考核評價與責任追究機制，實施檢查、測評長效機制，形成有效的常規管理模式和制度性保障。堅持“風險防范人人有責”的原則，明確每個職能部門的風險防范職責，將防范工作落實到具體的崗位和人員，形成以崗定責、歸責到人的責任體制。堅持首問責任制，對于最早發現風險的部門或人員，應當立即組織辦理、及時處置或主動聯系相關部門處理，否則將追究首位發現風險人員的責任。堅持責任追究制，在工程項目組織管理規定中明確法律風險防控責任追究辦法，自上而下層層分解防控目標責任，對違反責任規定、給企業利益造成損害的，依據責任追究辦法進行責任追究，杜絕懈怠違規和有法不依現象。

（2）焊接參數如表8所示。

（3）焊后緩冷：邊焊接邊保溫。焊接完成后，即時用石棉墊進行保溫，緩冷至室溫。

表8 氣保焊焊接工藝參數

3.2 引、熄弧板焊接

采用手工氣體保護焊。

（1）引弧板和熄弧板的厚度及坡口尺寸必須與鋼管的厚度和坡口尺寸相一致。

（2）焊前用火焰預熱，預熱溫度150～200℃。

（3）引、熄弧板焊接參數如表8所示。

3.3 鋼管內焊、外焊

（1）焊前用電加熱箱進行預熱，焊接采用單絲多層多道焊，焊接工藝參數如表9所示。

表9 內、外焊焊接工藝參數

（2）內焊完成后，應即時用石棉墊進行保溫，緩冷至室溫。

（3）外焊縫根部用碳弧氣刨進行清根處理，氣刨完成后，用磨光片將坡口表面的滲碳層全部清理干凈。

（4）外焊前用電加熱箱進行預熱，焊接采用單絲多層多道焊，焊接工藝參數如表9所示。

（5）內、外焊縫結構示意圖如圖2所示。

圖2 內、外焊縫結構示意圖

（6）外焊完成后，應立即用電加熱箱對鋼管焊縫進行200℃／2h焊后熱處理，然后再進行保溫，緩冷至室溫。

（7）焊接完成后，按工藝要求對鋼管進行整圓處理，確保鋼管圓度滿足用戶要求。

4 檢驗

（1）鋼管焊接完成48h后進行無損檢測，結果如表10所示。

表10 焊縫無損檢測結果

（2）焊縫力學性能檢測結果如表11所示。

表11 焊縫力學性能檢測結果

（3）焊接接頭宏觀金相、維氏硬度檢測如圖3、圖4所示。

圖3 焊縫接頭宏觀金相

圖4 硬度檢測點分布圖

1）焊縫宏觀金相圖片顯示，內、外焊縫全部熔合，重合量約3mm。

2）焊接接頭維氏硬度（HV10）檢測結果如表12所示。

表 12 維氏硬度（HV10）檢測結果

5 結語

試驗結果表明：Q690D高強板JCOE鋼管，采用20%CO2＋80%Ar作為保護氣體，STEIN－MEGAFIL 742M、?1.2mm焊絲進行合縫預焊，再采用FLUXOCORD42、?4.0mm焊絲和OP121TTW焊劑進行內、外埋弧自動焊接，只要焊接工藝合理，預熱溫度和焊后熱處理溫度合適，保溫緩冷措施到位，不但可能避免焊接冷裂紋產生，而且JCOE鋼管焊接接頭的力學性能完全可以滿足產品標準及用戶要求。