Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定Q420培训教案(Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定)Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定0前言 自自自自2020世纪世纪世纪世纪6060年代以来，低合金高强钢领域取得了惊人的进展，年代以来，低合金高强钢领域取得了惊人的进展，年代以来，低合金高强钢领域取得了惊人的进展，年代以来，低合金高强钢领域取得了惊人的进展，由此而形成了由此而形成了由此而形成了由此而形成了“ “现代低合金高强钢现代低合金高强钢现代低合金高强钢现代低合金高强钢” ”，在合金设计及生产工艺，在合金设计及生产工艺，在合金设计及生产工艺，在合金设计及生产工艺诸方面导入了许多新的概念，主要的是：诸方面导入了许多新的概念，主要的是：诸方面导入了许多新的概念，主要的是：诸方面导入了许多新的概念，主要的是： NbNb、V V、TiTi等强烈碳化物形成元素的应用，及以等强烈碳化物形成元素的应用，及以等强烈碳化物形成元素的应用，及以等强烈碳化物形成元素的应用，及以晶粒细化和析出强化为主要内容的钢的强韧化机理的晶粒细化和析出强化为主要内容的钢的强韧化机理的晶粒细化和析出强化为主要内容的钢的强韧化机理的晶粒细化和析出强化为主要内容的钢的强韧化机理的建立，出现了新一代的低合金高强钢，即以低碳、高建立，出现了新一代的低合金高强钢，即以低碳、高建立，出现了新一代的低合金高强钢，即以低碳、高建立，出现了新一代的低合金高强钢，即以低碳、高纯净度为特征的微合金化钢；纯净度为特征的微合金化钢；纯净度为特征的微合金化钢；纯净度为特征的微合金化钢；低合金高强度钢不再是低合金高强度钢不再是低合金高强度钢不再是低合金高强度钢不再是“ “简易简易简易简易” ”生产的普通低合生产的普通低合生产的普通低合生产的普通低合金钢，而是采用一系列现代冶金新技术生产的精细钢金钢，而是采用一系列现代冶金新技术生产的精细钢金钢，而是采用一系列现代冶金新技术生产的精细钢金钢，而是采用一系列现代冶金新技术生产的精细钢类，包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、钢包冶金、类，包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、钢包冶金、类，包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、钢包冶金、类，包括铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、钢包冶金、连铸、控扎控冷（热机械处理）等技术得到普遍应用，连铸、控扎控冷（热机械处理）等技术得到普遍应用，连铸、控扎控冷（热机械处理）等技术得到普遍应用，连铸、控扎控冷（热机械处理）等技术得到普遍应用，已成为低合金高强度钢的基本生产流程。已成为低合金高强度钢的基本生产流程。已成为低合金高强度钢的基本生产流程。已成为低合金高强度钢的基本生产流程。 Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定 u 高强钢的焊接性能也是杆塔设计和制造部门比较关心的一个问题，这主要包括两个方面，一是裂纹敏感性，二是焊接热影响区的力学性能。如果焊接工艺不当，高强钢焊接时有焊接热影响区脆化倾向，易形成热裂纹，冷却速度较快时，有明显的冷裂倾向。0前言Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定1.焊接性试验的相关内容3.焊接工艺评定的相关内容2.Q420焊接性试验4.Q420焊接工艺评定5.Q420焊接技术管理人员及焊工培训Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定 评价母材焊接性能的好坏，确定合理的焊接工艺参数。 即金属工艺焊接性和对该金属进行焊接后的使用焊接性。 1. 焊接性试验的相关内容 目的目的焊接性内涵焊接性内涵Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定 明确焊接接头所在部件的使用性能的要求明确焊接接头所在部件的使用性能的要求明确一个概念：明确一个概念：一个没有缺陷（即无损检测合一个没有缺陷（即无损检测合格）的焊接接头不一定能够满足使用性能的要格）的焊接接头不一定能够满足使用性能的要求。求。最常用的方法（直接法）焊接裂纹试验（冷裂冷裂纹试验、热裂纹试验、再热裂纹试验、脆性断裂纹试验、热裂纹试验、再热裂纹试验、脆性断裂）计算法（间接法）碳当量法、焊接裂纹敏感指数法使用焊接性使用焊接性焊接性试验方法及选择焊接性试验方法及选择1.焊接性试验的相关内容Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定2. Q420焊接性试验焊接性试验2.1 焊接冷裂纹敏感性分析 钢材的焊接冷裂纹敏感性一般与母材和焊缝金属钢材的焊接冷裂纹敏感性一般与母材和焊缝金属的化学成分有关，为了说明冷裂纹敏感性与钢材化的化学成分有关，为了说明冷裂纹敏感性与钢材化学成分的关系，通常用碳当量来表示。计算碳当量学成分的关系，通常用碳当量来表示。计算碳当量的公式很多，对于的公式很多，对于Q420Q420钢，采用了国际焊接学会钢，采用了国际焊接学会（IIWIIW）推荐的非调质钢碳当量）推荐的非调质钢碳当量CeqCeq（IIWIIW）计算公）计算公式（公式式（公式1 1）和日本工业标准（）和日本工业标准（JISJIS）推荐的碳当量）推荐的碳当量Ceq(JIS)Ceq(JIS)计算公式（公式计算公式（公式2 2）进行计算。）进行计算。2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定Ceq（IIW）=C+ （1）Ceq（JIS）=C+ （2） 根据JGJ81-2002规定：钢材碳当量小于0.38，焊接难度一般；在0.380.45范围内，焊接程度较难。2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定JGJ81-2002中对建筑钢结构工程的焊接难度区分原则 焊接难度影响焊接难度影响 因素因素节点复杂程度和拘束度 板厚（mm） 受力状态 钢材碳当量1Ceq(%) 一般简单对接、角接，焊缝能自由收缩 t30 一般静载拉、压 0.38较难复杂节点或已施加限制收缩变形的措施30t80 静载且板厚方向受拉或间接动载 0.380.45 难复杂节点或局部返修条件而使焊缝不能自由收缩t80 直接动载、抗震设防烈度大于8度 0.45 注：1按国际焊接学会（IIW）公式， （%）（适用于非调质钢）焊接难度焊接难度2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定2.2 热影响区最高硬度试验 热影响区最高硬度试验是以测定焊接热影响区的淬硬倾向来评定钢材的冷裂纹敏感性。试验按照GB4675.5-84焊接热影响区最高硬度试验方法的规定进行。2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定 试样检测面经打磨抛光后，用2%硝酸酒精溶液浅腐蚀后，参照GB4675.5如图所示。图图 硬度的检测位置硬度的检测位置2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定实例：实例： 表 Q420角钢热影响区最高硬度试验试件编号硬度HV0.2平均硬度HV1 1（不预热）（不预热）254254，268268，255255，261261，244244，254254，264264，276276276276，288288，280280，264264，291291，291291，2672672692692（预热（预热150 ）245245，264264，271271，262262，251251，267267，252252，251251257257，235235，238238，245245，255255，256256，2542542542542. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定2.3 斜Y坡口焊接裂纹试验斜Y坡口焊接裂纹试验（小铁研）主要是评定焊接热影响区产生冷裂纹的倾向性。试验参照GB4975.1-84斜Y坡口焊接裂纹试验方法的规定进行。试验焊缝结束后，经48小时后进行裂纹检查。2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定实例：实例：表 Q420角钢斜Y坡口焊接裂纹试验试件编号表面裂纹率断面裂纹率1 1（不预热）（不预热）0 015.68%15.68%2 2（预热（预热150 150 ）0 00 0当环境温度低于5时，应进行焊前预热150，以避免产生冷裂纹。 2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定2 .4 钢材的韧脆转变温度钢材的韧脆转变温度以得到27J的V型夏比冲击值所对应的试验温度作为韧脆转变温度，测定Q420的韧脆转变温度。测定方法如下：直接将角钢加工成冲击试样,并分别在20、0、-20和-40下进行冲击实验,根据实验结果推断出冲击值为27J时所对应的温度即为韧脆转变温度。冲击功值见下图。 2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定实例：实例：图图 Q420Q420韧脆转变温度韧脆转变温度结果表明：0时Q420角钢的冲击值大于27J, -5时冲击值约在27J，因此Q420的韧脆转变温度约在-5。加工单位应注意：在寒冷地带施工时不要造成构件的损伤，如缺口等。2. Q420焊接性试验Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定3.焊接工艺评定的相关内容 验证拟定的焊接工艺方案是否正确 为制定焊接作业指导书提供可靠依据选好规程事半功倍 Q420焊接工艺评定JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程（ ？） 目的目的依据依据Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定编制焊接工艺指导书加工及焊接试件理化试验试验结果评定编制焊接工艺评定报告焊接工艺文件YN焊接工艺评定程序焊接工艺评定程序3. 焊接工艺评定的相关内容Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定焊接工艺评定规程焊接工艺评定规程焊接工艺评定规程焊接工艺评定规程对焊接工艺评定的要求对焊接工艺评定的要求某种钢材或焊接方法的评定结果可以代替焊接生产不能代替重新进行评定3. 焊接工艺评定的相关内容Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定4 Q420焊接工艺评定焊接工艺评定如何选择焊接材料如何选择焊接材料怎样确定焊接接头性能指标怎样确定焊接接头性能指标 与Q420钢材的化学成分及力学性能保持一致遵循同一原则遵循同一原则Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定表表 Q420钢焊接接头性能指标钢焊接接头性能指标材料类别标准抗拉强度MPa屈服强度MPa延伸率%冲击吸收功J母材JGJ815206804201834（20）评定指标手工焊52042018焊缝34（20）HAZ34（20）埋弧焊52042018焊缝34（20）HAZ34（20）CO252042018焊缝34（20）HAZ34（20）4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定焊接工艺评定焊接工艺评定 试样试样4. Q420焊接工艺评定拉伸试样拉伸试样冲击试样冲击试样侧弯试样侧弯试样T形接头弯曲试样形接头弯曲试样Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定焊接质量检查焊接质量检查 1 焊工及无损检测人员的资质 2 焊接工艺技术文件是否齐全 （焊评焊评 报告、指导书、记录表、检验结果报告、指导书、记录表、检验结果） 3 外观检查（未焊满、根部收缩、咬边、未焊满、根部收缩、咬边、表面气孔、夹渣、裂纹、电弧擦伤表面气孔、夹渣、裂纹、电弧擦伤） 4 无损检测（磁粉、渗透、射线、超声）（磁粉、渗透、射线、超声）4. Q420焊接工艺评定检查内容检查内容检查内容检查内容按照焊接规程JGJ81（施工图纸和技术文件）要求。Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定 实现理想的焊接、要得到可靠的焊接结果，焊接必须在特定的工艺控制下完成；质量检验是关键质量检验是关键如何实现最为理想的焊接如何实现最为理想的焊接小结4. Q420焊接工艺评定 基于基于Q420Q420高强钢的焊接特点，特别是由于其碳当量高强钢的焊接特点，特别是由于其碳当量较高，容易产生延迟裂纹的特征，在质量检验环节仅仅较高，容易产生延迟裂纹的特征，在质量检验环节仅仅保证外观监督是不行的，控制延迟裂纹的基本做法是严保证外观监督是不行的，控制延迟裂纹的基本做法是严格控制在焊接过程中的一些基本参数，在作业人员相关格控制在焊接过程中的一些基本参数，在作业人员相关知识匮乏的情况下，质量检验人员的作用尤为重要。知识匮乏的情况下，质量检验人员的作用尤为重要。 Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定焊接接头的常见缺陷应注意以下常见焊接缺陷： 焊瘤，亦称满溢。熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的焊瘤，亦称满溢。熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的母材上，堆积形成焊瘤。在焊瘤处，常伴有局部未熔合。母材上，堆积形成焊瘤。在焊瘤处，常伴有局部未熔合。焊瘤是由填充金属过多引起的，与间隙和坡口尺寸大小、焊瘤是由填充金属过多引起的，与间隙和坡口尺寸大小、焊速高低有关。焊速高低有关。4. Q420焊接工艺评定（1）焊瘤）焊瘤Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定 沿着焊缝与母材交界部位烧熔形成凹陷或沟槽的现象，称沿着焊缝与母材交界部位烧熔形成凹陷或沟槽的现象，称之为咬边。由于焊缝与母材交界处被熔去一定深度，而填充之为咬边。由于焊缝与母材交界处被熔去一定深度，而填充金属又未能及时补充，即形成咬边，如图所示。焊接时电流金属又未能及时补充，即形成咬边，如图所示。焊接时电流过大且焊速高时，以及焊条角度不当时，都可能产生这种缺过大且焊速高时，以及焊条角度不当时，都可能产生这种缺陷。陷。（2）咬边）咬边4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定（3）烧穿）烧穿 烧穿是指部分熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象。烧穿是指部分熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象。这种缺陷在管壁较薄地钢管相贯节点焊接时，最容易发生。当这种缺陷在管壁较薄地钢管相贯节点焊接时，最容易发生。当焊接电流过大，焊速过慢或电弧在某处停过久或间隙坡口尺寸焊接电流过大，焊速过慢或电弧在某处停过久或间隙坡口尺寸过大时，都有可能形成这种缺陷。过大时，都有可能形成这种缺陷。4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定（4）弧坑 弧坑，是指在焊缝末端所形成的椭圆行凹坑。它是由弧坑，是指在焊缝末端所形成的椭圆行凹坑。它是由操作者在即将焊完收弧时，电弧突然撤离所造成。操作者在即将焊完收弧时，电弧突然撤离所造成。4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定（5）未焊透 熔焊时，焊接接头根部未完全焊透的现象，称为未焊透，如熔焊时，焊接接头根部未完全焊透的现象，称为未焊透，如图所示。未焊透意味着焊接接头受力截面减少，严重影响焊接接图所示。未焊透意味着焊接接头受力截面减少，严重影响焊接接头，而且，它是应力最容易集中的地方。在钢管相贯节点焊缝中，头，而且，它是应力最容易集中的地方。在钢管相贯节点焊缝中，是不允许有未焊透缺陷存在的。这种缺陷无法用肉眼发现，一般是不允许有未焊透缺陷存在的。这种缺陷无法用肉眼发现，一般要经过要经过X光、超声波等探伤才能发现。形成未焊透的主要原因，光、超声波等探伤才能发现。形成未焊透的主要原因，是焊接电流太小，焊速过高或坡口角度太小，钝边太厚以及焊条是焊接电流太小，焊速过高或坡口角度太小，钝边太厚以及焊条直径过大等。直径过大等。4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定（6）未熔合）未熔合 熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化的部分称为未熔合。完全熔化的部分称为未熔合。4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定（7）夹渣）夹渣 残留在焊缝中的熔渣和其它外来物即为夹渣。焊接时，残留在焊缝中的熔渣和其它外来物即为夹渣。焊接时，电流过小，焊速过快，致使焊缝金属冷却太快，夹渣来电流过小，焊速过快，致使焊缝金属冷却太快，夹渣来不及浮出；运条不正确，熔渣不易浮出，多层焊时前层不及浮出；运条不正确，熔渣不易浮出，多层焊时前层焊缝的熔渣未清除干净等都能造成夹渣。焊缝的熔渣未清除干净等都能造成夹渣。4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定 气孔是焊缝常见的工艺缺陷之一，按其在焊缝的气孔是焊缝常见的工艺缺陷之一，按其在焊缝的位置可分为表面气孔和内部气孔。位置可分为表面气孔和内部气孔。（8）气孔）气孔4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定（9）裂纹）裂纹 生产中由于各钢种和焊接结构本身特点的不同，可能出生产中由于各钢种和焊接结构本身特点的不同，可能出现各种裂纹，其中有焊缝的表面裂纹、内部裂纹，有热影响现各种裂纹，其中有焊缝的表面裂纹、内部裂纹，有热影响区的横向裂纹、纵向裂纹，有焊道下的裂纹、弧坑处的裂纹区的横向裂纹、纵向裂纹，有焊道下的裂纹、弧坑处的裂纹等。裂纹有时出现在焊接过程中，有时出现在放置或运行过等。裂纹有时出现在焊接过程中，有时出现在放置或运行过程中，即延迟裂纹。这种裂纹在其发展前至今仍无法检测。程中，即延迟裂纹。这种裂纹在其发展前至今仍无法检测。4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定（10）角焊缝焊角尺寸hf过大hft/2时，时，T形试样弯曲合格。形试样弯曲合格。图 T形接头双面坡口4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定下图为试样下图为试样120弯曲后情况弯曲后情况 图图 hf较大的较大的T形接头形接头图图 hf较小较小T形接头形接头4. Q420焊接工艺评定Q420高强钢性能分析与焊接工艺评定