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1、H型钢柱大焊脚尺寸角接接头焊接工艺探讨 马立鹏 中铁山桥集团XX焊接试验室 摘要：本文主要针对焊脚尺寸K=14 mm、K=16mm的角接接头焊接工艺试验进行了介绍，并对焊接试件接头性能及断面检验结果进行了简单分析。关键词：角接接头 焊脚尺寸 填充铁粉 焊接 力学性能 断面T- joint weld of big size procedure study for H-type steelChina Railway ShanHaiGuan Bridge Works Ma Li PengAbstract: This paper mainly gives the experiment progress
2、 of T- joint whose size of weld is 14 and 16mm then simply analyses performance of the joint.Key Words: T-joint size of joint filling iron powder weld mechanics performance profile0. 简述：近几年国内建筑、锅炉电站等工程H型钢柱生产量较大，钢柱用材料材质以Q345级钢材为主，涉及板厚6mm120mm不等。从厂家生产情况来看，薄板H型钢柱小焊脚尺寸焊接比较容易，但大厚板H型钢柱生产相对困难，其焊接结构特点是钢材用料厚
3、，角接接头焊脚尺寸大，一般焊接设备焊接成形困难：常见的大焊脚尺寸为K=1420mm，焊脚喉厚要求不低于0.7K，焊缝完成后，焊脚将达到20mm左右。大厚板钢柱生产制造困难是因为生产厂家在制造过程中遇到了以下问题：1）钢柱焊角尺寸大，完成焊缝焊接需多道焊接。2）为控制焊接变形，钢柱翻身次数多且翻身困难，导致严重降低生产效率。3）焊缝外观成形不好，容易产生咬边缺欠，修磨浪费大量人力、物力和时间。基于生产制造困难，我公司技术人员一直在研究解决办法。在添加铁粉填充粉工艺上，进行了一系列焊接试验并且取得了较大的成绩。铁粉填充粉是一种经过工艺处理的以铁粉为主基的焊接添加材料，在配以合适的焊接电流、电压及焊
4、接速度情况下施焊，该材料能够有效增加焊缝填充量。施焊前在焊道根部按一定尺寸均匀撒置，焊接时适当调整焊接规范参数，在线能量增加不大的情况下即可一道完成焊缝。针对钢柱大焊脚尺寸焊接，在汲取以往焊接经验的基础上，同时针对我公司的焊接设备能力情况。我们分别对K=14mm和K=16mm焊脚尺寸规格的角接接头进行了焊接工艺试验，以求获得适合车间生产实际的焊接工艺。1. 焊接工艺方案确定：1.1两道成形： 焊接接头第一道焊缝焊接K=8mm的焊脚尺寸，再以适当焊接规范焊接第二道焊缝以达到焊接接头要求。其焊接顺序为：1.2 预置铁粉填充粉，一道成形： 焊接前预先在焊接部位均匀撒置铁粉填充粉，以增加焊缝填充量。焊
5、脚尺寸K=14mm的焊脚尺寸预先在焊接部位均匀撒置K=10 mm左右的铁粉填充粉；K=16 mm的焊脚尺寸预先在焊接部位均匀撒置K=12 mm左右的铁粉填充粉，然后以适当的焊接规范施焊。该方法可以一道成形，其焊接顺序为： 。 此方法焊接可以避免杆件多次翻身，减少工作量，提高生产效率。2. 焊接试验材料：2.1 材质：Q345B、16Mn及16Mnq 试板板厚选用盖板60、40mm,腹板30 mm。2.2 焊接材料： 定位焊：J507焊条（4）； 埋弧焊：焊丝： H08A（5） 焊剂： HJ431 其它： 填充铁粉 焊条、焊剂按规定烘干使用。2.3 接头形式：见右图 腹板刨边，组对前清除接头部位
6、油、锈、水等有害物质。3. 焊接过程： 针对车间现有焊接设备情况，确定了本次试验的焊接设备，并根据焊接接头形式及焊角尺寸要求，确定了焊接位置及焊接规范参数以及根据板厚组合形式确定了焊接预热温度及预热方式。 焊前火焰预热80150，预热范围为焊接区域100mm以上。环境温度10，环境湿度42%。3.1 船位施焊，两道成形，焊脚尺寸16mm。 焊接设备：MZ1-1000焊机，直流反接。 30 焊接电流、电压：第1、3道：600670A 3233V 第2、4道：720750A 3536V 603.2 根部均匀添加铁粉填充粉，船位施焊，一道成形，焊脚尺寸14、16mm。 焊接设备：悬臂焊机，直流反接。
7、a、 焊脚尺寸14mm：预置铁粉填充粉角尺寸10mm30填充铁粉焊接电流：680760A 电压：3436V b、焊脚尺寸16mm：预置铁粉填充粉角尺寸12mm40焊接电流：680760A 电压：3436V4. 焊接接头检验：4.1 焊接接头检验：焊缝外观满足规定要求，焊缝内部质量级合格。添加铁粉填充粉的焊缝外观成形较未加填充粉的焊缝平滑、匀顺，咬边缺欠较少。4.2 焊接接头宏观断面检验： 三个接头焊缝熔合均完好，无裂纹，无其他缺陷。 两道成形接头硬度HV10：163218 加填充铁粉一道成形接头硬度HV10： 164221 焊脚尺寸K=14mm 165215 焊脚尺寸K=16mm 最高硬度均小
8、于HV350，满足规定要求。4.3 焊接接头微观断面检验： 焊缝组织为柱晶状铁素体+珠光体，过热区有少量魏氏体组织。4.4 焊缝强度检验： 焊接两道成形： S 460MPab 570MPa5 22 %； 加填充铁粉焊接一道成形（K=14mm）： S 460MPab 595MPa5 23 %；加填充铁粉焊接一道成形（K=16mm）： S 440MPab 545MPa5 24 % 焊接接头强度及延伸率均满足规定要求。5. 焊接接头性能、硬度分析：焊缝强度标准要求：16Mnq钢 2636mm s323 Mpa；b490 MpaQ345B钢 3550mm s295 Mpa；b=470630 Mpa50
9、100mm s275 Mpa；b=470630 Mpa 16Mn 钢 2536mm s315 Mpa；b=470620 Mpa从以上焊缝强度和延伸率结果可以看出焊接接头力学性能均满足标准规定要求。焊接接头焊缝熔合良好，焊缝无裂纹，无其它缺陷；，焊接接头硬度均小于HV350。焊接接头满足规定要求。说明该工艺可行。另外，从4.2、4.4 焊缝性能检验结果我们可以看出：添加填充铁粉焊缝的强度及延伸率与不添加的基本相同，焊缝强度性能并没有明显的变化，从1：1接头断面照片也可以看出焊缝的熔深也没有明显的变化。说明对工型柱来说，只要焊接规范选择合适，添加填充铁粉的焊缝的性能与普通焊接焊缝在强度、塑性性能上
10、没有明显的差异。由于本次试验是针对车间生产而进行的，故没有做系列试验界定焊接规范同铁粉填充粉添加量的关系。6. 焊接方法分析 ：采用焊接接头根部添加填充铁粉一道成形及直接焊接两道成形，焊接接头性能均满足标准规定要求。均适应车间生产需要。 为了保证填充铁粉添加均匀，用薄板制作了专用工具，其形状类似于焊脚测量器，填充铁粉添加后，用该工具均匀刮一下即可，操作很简便。 采用焊接接头根部添加填充铁粉一道成形较不加填充铁粉焊接两道成形，焊缝表面成形光滑、匀顺，外观较好，焊接易于操作；同时减少了一倍多的杆件翻身次数而且大大减少了返工修、磨量，工作量减少，生产效率有大幅度提高。 添加填充铁粉焊接工艺适用于平行
11、钢柱方向应力的杆件焊接，此焊接方法应用在动载件及受扭、弯矩载荷的试件焊接上还应作进一步的焊接接头性能试验。7. 结论： 针对工型柱角焊缝焊接，通过对30+60mm板厚T型接头两道焊接和30+40mm板厚T型接头添加填充铁粉一道焊接接头断面检验及机械性能试验结果分析，我们可以得出如下结论： 1焊脚尺寸为K=14mm、K=16mm的角接接头采用不加填充铁粉焊接两道成形及采用焊接接头根部添加填充铁粉，焊接一道成形，其接头熔合情况及接头性能均能满足标准规定要求。 2焊脚尺寸为K=14mm、K=16mm的角接接头可以采用不加填充铁粉焊接两道成形，也可以采用焊接接头根部添加填充铁粉，焊接一道成形。而且对焊缝熔深没有太大的影响，焊缝性能完全满足规定要求。 3. 在生产中，受拉、压应力的杆件大焊脚焊接，建议采用焊道根部加填充铁粉一道焊接成形，以使焊缝外观成形平滑，同时减少杆件的翻身次数及焊缝修磨工作量，提高工作效率。 作者简介：马立鹏 男 大学本科 焊接学士 助理工程师
