厚板高強鋼雙面雙弧單熔池同步同向焊接成形技術及應用

滕　氄，張建平，曾祥文，陸安鴻，張達飛

（1.精工工業建筑系統有限公司，浙江紹興312030；2.浙江精工鋼結構集團有限公司，浙江紹興312030）

厚板高強鋼雙面雙弧單熔池同步同向焊接成形技術及應用

滕氄1，張建平2，曾祥文2，陸安鴻2，張達飛2

（1.精工工業建筑系統有限公司，浙江紹興312030；2.浙江精工鋼結構集團有限公司，浙江紹興312030）

通過多次焊接試驗，在建筑鋼結構領域中采取CO2氣體保護焊，采用一種不清根的焊接技術，達到厚板焊縫全熔透焊接，焊后試件通過了UT探傷、拉伸、沖擊、硬度試驗，綜合力學性能良好，可操作性強，同時焊縫區金相組織為針狀鐵素體和珠光體的混合物，此項技術為雙面雙弧單熔池同步同向焊接成形技術，在厚板焊接實現高質高效化有一定的參考作用。

厚板；雙面雙弧；單熔池；同步同向；高質高效化

0　前言

近年來鋼結構產業的迅速發展，厚板、高強鋼的應用也越來越多，如何采取高強鋼前沿技術，保證厚板高強鋼的優質特性，是焊接從業人員一直思考和探索的問題。

高強鋼前沿技術即采用技術最先進的焊機、適合母材強度配比的最好焊接材料，應用優秀的焊接工藝，從而提高焊接效率，保證焊接質量。這就是高強鋼焊接前沿技術的精髓。

高強鋼的強度、細化晶粒等指標與鋼材的微合金元素直接有關，焊接會造成合金元素的損失，必然降低焊接接頭的綜合性能。

有研究表明，焊接過程中除焊材中水分蒸發外，金屬元素和熔渣中各種成分在電弧高溫下也會蒸發成為蒸氣。沸點越低的物質越容易蒸發，由表1可知，金屬元素Zn、Mg、Bb、Mn的沸點較低，在熔滴形成和過渡過程中最易蒸發，氟化物也因沸點低而易蒸發。有些元素蒸發不僅造成合金元素損失，影響焊接質量，還會增加焊接煙塵，污染環境，影響焊工健康。

目前，在工廠構件加工制作中，CO2氣體保護焊由于其成本低、效率高、焊接操作容易掌握等優點，已被工廠廣泛采用。

表1　合金元素和氧化物的沸點

在厚板高強鋼焊接中，不考慮焊接操作空間的情況下，采取雙面坡口反面清根的情況較多。反面清根時，碳弧氣刨瞬間熱輸入比普通焊接大，增加熱影響區寬度，同時碳弧氣刨后一般會增加表面硬度，操作不當會給焊縫增碳，另一方面碳弧氣刨會造成煙霧、粉塵污染、噪聲污染和弧光輻射，形成綜合污染。

綜上所述，高強鋼焊接除嚴格要求熱輸入外，減少焊縫及其HAZ焊接熱循環的次數，降低微合金元素及其化合物和鐵及鐵的化合物比例失調的程度，這也至關重要，要求在高強鋼焊接中減少或取消碳弧氣刨，雙面坡口采取不清根技術。

在建筑鋼結構中，采用純CO2氣體保護焊是否可以實現這種要求？經過多次試驗，已取得成功，這種不清根的焊接方法在此定義為雙面雙弧單熔池同步同向焊接成形技術（簡稱雙面雙弧焊）。

雙面雙弧焊技術是指鋼板開設雙面坡口，焊接時，兩名焊工從同一端向另一端同時同方向對稱施焊，采用同一個焊接熔池，焊接速度相等，焊后不清根，達到根部全熔透焊接。

1　焊接試驗及過程

1.1材質

鋼板材質為Q390GJD-Z15，其力學性能要求為：抗拉強度490～650 MPa，-20℃沖擊功AKV2≥34 J。

GMAW-CO2的焊絲為無鍍銅焊絲BH-503，型號為ER50-6，其熔敷金屬力學性能要求為：抗拉強度大于等于500MPa，-30℃沖擊功AKV2≥27 J。

1.2坡口形式及焊接位置

為了盡量減少接頭截面積，試驗時開設雙面對稱坡口，坡口角度35°，焊接位置為橫焊（H），坡口形式如圖1～圖3所示。

圖1　焊接坡口

圖2　角度檢查

圖3　組裝后的坡口形式

1.3焊接參數

打底焊接時，第一道是關鍵，要保證第一道與母材熔合良好，同時又要防止出現焊接缺陷；另一方面，雙面同時焊接增加了焊接熱輸入，一般高強鋼熱輸入在15～30kJ/cm能獲得較好的接頭綜合性能。考慮到高強鋼對熱輸入的要求，雙電弧保持一定弧間距，若弧間距過大，雙面熔池受保護氣體不夠，易出現根部氧化，并且弧間距過大、熱輸入過小，也會增大淬硬傾向；弧間距過小，易產生過熱，焊縫組織粗大，同時雙電弧之間易發生干擾。因此，前后焊槍保持一定的弧間距，打底采用小熱輸入焊接，弧間距為1～3 mm，具體參數如表2所示。

表2　焊接工藝參數

1.4焊接過程

焊接過程如圖4～圖13所示。

圖4　打底第1道焊接

圖5　第1道一側焊縫成形

圖6　第1道另一側焊縫成形

圖7　層間溫度控制

圖8　中間層測電流

圖9　中間層測電壓

2　檢測及試驗結果

2.1檢測

檢測項目及數量如表3所示。為了減小取樣區域性，取樣位置如圖14所示。

2.2宏觀

由圖15可知，十字對接接頭無微小裂紋、氣孔、夾雜、未熔透等缺陷，同時由于焊接時焊縫對稱同向收縮，焊后變形小，有利于控制焊接變形（見圖16）。

圖10　中間層焊縫成形

圖11　對稱施焊

圖12　蓋面層焊縫成形

圖13　焊后試件

圖14　取樣位置

表3　檢測項目及數量

2.3拉伸和沖擊試驗

拉伸試驗和沖擊試驗結果見表4、表5。由試驗結果可知，拉伸和沖擊性能良好。

2.4硬度試驗

硬度打點如圖17所示。硬度測試數據如圖18所示，A、B、C從上到下依次操作。

由圖18可知，熱影響區處硬度最高，打底焊區域HV10<350，說明無馬氏體生成。

圖15　宏觀

圖16　變形測量

圖17　硬度測量點

圖18　硬度數據

表4　拉伸強度試驗結果

表5　沖擊試驗結果

2.5金相組織

打底焊縫金相組織見圖19～圖21。根據金相圖可知，打底焊縫區組織為細小的等軸鐵素體與珠光體。

圖19　焊縫區（100×）

圖20　熔合線（100×）

3　結論

（1）CO2氣體保護焊雙面雙弧單熔池同步同向焊接成形技術在建筑鋼結構領域已取得成功。

（2）通過抗拉強度、沖擊韌性

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Research and application of double-sided arc single pool synchronous synthetic welding technology of high strength steel thick plate

TENG Rong1，ZHANG Jianping2，ZENG Xiangwen2，LU Anhong2，ZHANG Dafei2
（1.Jinggong Industrial Building System Co.，Ltd.，Shaoxing 312030，China；2.Zhejiang Jinggong Steel Structure Group Co.，Ltd.，Shaoxing312030，China）

Welding test for many times，adopt CO2gas shielded welding in the field of construction steel structure，use one of the root welding technology，to fulfill the requirements of thick plate welding seam full penetration，after welding specimen by UT inspection，tensile，impact，hardness test，the comprehensive mechanics performance is good，the maneuverability is strong，microstructure of weld area at the same time as a mixture of acicular ferrite and pearlite，the technology of double-sided arc single molten pool synchronous welding forming technology，has a certain reference to the thick plate welding efficiency.

thick plate；double-sided arc；single pool；synchronous synthetic；high quality high efficient

TG457.11

B

1001－2303（2015）11－0097-06

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.11.20

2015-08-28

滕氄（1983—），女，貴州安順人，工程師，學士，主要從事鋼結構制作的工作。