Q690C低合金高强度结构钢焊接工艺研究
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摘要：通过对q690c低合金高强度结构钢材料性能分析、焊接性能分析、试验并进行焊接工艺评定确定合适的焊接方法、焊接材料及合理的焊接规范，在生产中采用高强度实芯焊丝和富氩混合气体保护焊，通过焊前预热、焊中严格控制焊接规范，焊后缓冷等措施，有效的保证了Q690C低合金高强度结构钢的焊接质量。
关键词：Q690C；低合金高强度结构钢；焊接规范
中图分类号：P755.1文献标识码：A
引言：
进入二十一世纪，随着社会在不断的进步与发展，国家电力事业正在蓬勃发展。电网在不断升级，电压等级从原先的110kV、220kV向超高压330kV、500kV及特高压750kV、1000kV发展，输电线路铁塔承受的荷载也越来越大，基塔重量也随之加大。为了保证铁塔质量，又能达到减轻塔重、降低造价之目的，国家电网公司在近几年一直研究高强钢在输电线路铁塔中的应用，Q420、Q460等低合金高强度钢材在不断进行推广和应用。2009年国家把低合金高强度结构钢的标准GB/T1591从钢材强度的最高级别从Q460提高到Q690，这就为输电线路铁塔应用高强钢提供了更大的空间。
焊接是铁塔制造中的关键过程，从钢材的性能、化学成分分析；焊接冷裂纹敏感性分析、试验；焊接性能试验；焊接工艺评定等方面进行试验、分析、研究，确定Q690C低合金高强度结构钢的焊接性能。
一、钢材的复检
本焊接实验选用钢材为唐山钢铁股份有限公司生产的钢材牌号为Q690C、厚度为8㎜控轧钢板，钢材化学成分和力学性能符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008中的要求。
所有钢材进行复检，复检结果与钢材质量证明书及GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》标准对照，化学成分要求见表1。
表1 钢材的化学成分
力学性能要求见表2。其中拉伸试验用试样取横向试样，冲击试验用试样取纵向试样，采用10㎜×7.5㎜×55㎜的V型缺口试样。
表2 钢材的力学性能
通过表1和2的钢材复检结果比较看出：钢材的化学成分及各项力学性能指标均满足标准要求。
二、钢材的焊接裂纹敏感性分析
（一）焊接裂纹敏感性指数分析
GB/T1591-2008标准6.1.9规定：热机械轧制（TMCP）或热机械轧制加回火状态交货钢材的碳含量不大于0.12%时，可采用焊接裂纹敏感性指数（Pcm）代替碳当量评估钢材的可焊性。Q690钢材的Pcm值≤0.25%。Pcm值应由熔炼分析并采用下式计算：
Pcm=C+ Si/30＋Mn/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B
= 0.21％
计算结果看出，Q690C钢材的焊接裂纹敏感性指数符合标准要求。
不同强度钢材的焊接裂纹敏感性趋势见图1
图1不同强度钢材焊接裂纹敏感性趋势图
（二）碳当量计算
钢材的焊接冷裂纹敏感性与母材和焊缝金属的化学成分有关，通常用碳当量来表示。GB50661《钢结构焊接规范》引用了国际焊接学会（IIW）推荐的非调质钢碳当量Ceq计算公式进行计算：
Ceq=C＋++（％）
按表2钢材的质量证明书数值，依据上述公式进行计算其碳当量为0.518％；
从碳当量计算结果看出，钢板的碳当量大于0.50％，说明其焊接难度为：难。（GB50661标准对工程焊接难度划分：碳当量在0.50％以上范围内为“难”）。为保证焊缝质量，需进行具体的焊接工艺评定来指导钢材的焊接生产。
不同强度钢材碳当量趋势见图2
图2不同强度钢材碳当量趋势图
三、斜Y坡口焊接裂纹试验
参照 GB4975.1《斜Y坡口焊接裂纹试验方法》进行斜Y坡口焊接裂纹试验（小铁研），以评定焊接热影响区产生冷裂纹的倾向性。
（一）试验图样：见图3；
图3 试件形状及尺寸
（二）试验条件：见表3；
表3 焊接冷裂纹试验条件
（三）试验结果：见表4。
表4试验结果
斜Y坡口试验结果表明，Q690C钢材在焊接时，需要进行预热150-180℃。
四、焊接性能试验
（一）焊接材料的选择
焊接材料的匹配一般采用等强原则，即焊丝熔敷金属力学性能与母材力学性能相当。但是近年来美国、日本等国家从焊接裂纹角度考虑，对“低强匹配”焊接接头的性能进行了研究。采用“低强匹配”焊接材料可使焊缝裂纹显著减少的经验，在美国和日本的一些工程结构中被采用，国内也有这方面的报道。考虑到防止焊缝裂纹、改善工艺条件以及焊接区的韧性和裂纹敏感性，为此参照GB50661标准及相关焊接材料标准，CO2气保焊时选用焊丝型号为：武汉铁锚焊接材料有限公司生产的牌号为WH-70-G实心焊丝（符合GB/T8110-2008中ER70-G）。
焊接气体采用富氩（Ar80%+CO220%）混合气体。
（二）熔敷金属力学性能试验
按照GB/T8110-2008《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝》的要求进行制备试件见图2，。
图2熔敷金属力学性能试验试件制备
焊接规范见表5。
表5 焊接规范
试验结果见表6、表7。
表6 熔敷金属力学性能
通过表6、表7的试验结果看出：CO2气保焊焊丝熔敷金属力学性能和化学成分基本与母材性能相当，按照焊材选用低匹配的原则可以使用。
五、结论
试验结果表明，Q690C钢材在采用气体保护焊接时，焊丝选用70公斤级焊材、气体选用富氩(80％Ar+20％C02)混合气体；焊前需要预热150～180℃，能够满足焊接要求。
参考文献:
[1].GB50661-2011.钢结构焊接规范[S].北京：中华人民共和国住房与城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2011
[2].GB/T8110-2008.气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝[S].北京：中华人民共和国质量监督检验检疫总局、中华人民共和国标准化委员会，2008
作者简介：
王会杰，（1978-7--），女，河南省西平县人，材料工程师，河南鼎力杆塔股份有限公司工作。
崔建新，（1973-5--），男，河南省西平县人，助理工程师，河南鼎力杆塔股份有限公司工作。