一种Q345R钢厚钢板焊接工艺

一种Q345R钢厚钢板焊接工艺

严振兴

中国核工业华兴建设有限公司  江苏南京

[摘要]厚钢板的焊接一般应用在石油、化工的容器等贮运设备，桥梁及其他钢结构件的制作中，在焊接应力的作用下易产生纵向裂纹。Q345R是应用最广泛、用量最大的锅炉压力容器用钢板，具有良好的力学性能和工艺性能，适合于重要的焊接结构件。

[关键词]材料性能、埋弧焊、焊接变形与应力、冲击性。

引言

厚钢板在焊接过程中容易产生裂纹、变形等缺陷，在焊接过程中采用合理的焊接工艺，可有效的避免缺陷的产生，是提高厚板焊接质量的关键。为了更好更好控制厚钢板成型焊接质量，本文主要是通过对焊接母材及焊材的化学性能分析、焊接准备、焊接控制等方面对厚板焊接的关键注意事项进行总结，以便于后期同类项目施工参考。

1焊前准备

焊接材料在进场前做好进场验收工作，所有材料必须具有产品质量证明书及检验报告。分批次抽取试件进行相关检测，以确保焊接材料合格。对焊丝、焊剂材料严格按照工艺要求进行检验检查。

焊接前必须对焊接人员进行安全教育培训，并严格落实持证上岗，同时做好技术交底工作，做好各项安全保护措施。

对焊接机械设备做好工作性能检查，避免出现存在安全隐患的焊机投入使用，过程中必须安排专人管理。

2焊接工艺方法

2.1材料性能

Q345R钢是屈服强度为340Mpa级的锅炉压力容器用钢板，化学成分含量如下表，含碳量不高，抗拉强度下限值不超过540MPa,焊接性能较好，由于钢中含有一定数量的合金元素，所以屈服强度偏高，材料厚度δ=40mm属于厚钢板。

表1 Q345R钢化学成分表

2.2焊接工艺

合格的焊材和母材：Q345R属于Fe-Ⅰ-2类材料，通常要求焊缝金属与母材等强度，选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊材，埋弧焊的焊接方法，所选焊丝牌号选择H10Mn2，Φ4，焊剂F5A2-H10Mn2（HJ431）。

一、二级焊缝按要求在焊接前对焊接材料进行复验，对焊丝化学成分分析，焊剂含水量进行检测，复验合格的焊材才可以投入使用。焊接前对于母材，钢板先进行检测，表面不允许存在裂纹、气泡、折叠和夹渣等有害缺陷，侧面不得有明显分层；材料检验合格后逐张进行超声检测，要求合格级别不低于Ⅱ级，检测不合格的钢板坚决不能使用。

焊前预热：板材厚度为40mm时，按压力容器要求需预热到100℃以上，焊前预热使焊缝保持一定的温度，在焊接过程中可以降低焊接接头区域的温度差，减小热影响区的淬硬倾向。

焊后消应力热处理：在热处理炉温度≤400℃入炉，进行炉内热处理，温度升高速度为≤220℃/h, 在620±15℃时保温96分钟后降温，温度降低速度为≤275℃/h，降低后冷却至炉内温度≤400℃后出炉，然后在空气中自然冷却。不论是焊前预热还是焊后热处理，都能有效的减小或降低母材及焊缝热影响区的焊接应力，从而有效的减少导致焊缝产生裂纹的因素，从而提高焊接质量。

合理的焊接顺序：由于是厚板的焊接，纵向长焊缝较多，在焊接时为了提高焊接速度、保证焊接质量选用埋弧焊，因为这是埋弧焊的优点，但是由于是厚板，采用多层多道焊的方法，产生的热量也较多，这会引起焊接变形，导致焊接质量问题。

因此焊接前，先将钢板牢固的点焊固定在作业平台上，可适当的采取预变形或反变形控制措施，用前后、左右对称交叉焊的顺序焊接，每层的层间温度控制在165℃以下，焊接完成后可以在焊缝附近采用锤击的方法，释放熔池金属焊接过程中晶粒间的应力，有效的减少焊接残余应力，从而降低焊接应力。

焊接工艺及焊后性能检测。

表2 焊接工艺参数表

采用双面V型坡口，焊前去除坡口及两侧300mm区域内的锈蚀、油污等杂物，按照工艺参数组对。焊剂使用前必须经过烘箱烘干，过程中可以清理干净焊渣，可和新焊剂混合重复使用。埋弧焊的过程中，焊丝熔合方向容易偏离焊缝中心，出现未熔合、气孔等缺陷，及时清理后可继续下一层的焊接，正面焊完后焊反面，用碳弧气刨清理底层焊缝，清理到正面打底焊缝层，露出明亮的熔池金属且没有缺陷为止。

焊缝内部无损检测合格后，按照图纸要求送第三方检测公司进行力学性能、弯曲试验检测，由于厚板使用条件的要求，另增加夏比（V型缺口）冲击试验，试验件不够的取小试样做试验，检测温度在委托单中标明，图纸设计取0℃，按GB/T229-2020（金属材料 夏比摆锤冲击试验方法）进行试验，在0℃时的冲击吸收功不得小于34J（焦耳）为合格件，工艺评定试验结果焊缝、热影响区冲击功最小值是64J（焦耳），符合标准要求。

图1 厚钢板埋弧焊接

3总结

Q345R的焊接技术是焊接专业中最普遍、最基本的焊接技术，在工业生产中已被广泛应用。近年来，虽然出现了许多更高效、更优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用依然未受到任何影响，因为埋弧焊是焊接中焊接质量最高、缺陷最少、焊接速度最快的焊接方法，这些优点在厚板的焊接中更直观，而且成本也是最低的。热处理是改善焊接性能的重要工序，是质量控制的主要因素。厚板的焊接严格按照焊接工艺参数执行，注意过程中细节，做好过程控制。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家市场监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会，GB 713-2014 锅炉和压力容器用钢板 北京：中国标准出版社，2015.

[2]国家能源局 ，NB/T47015-2011 压力容器焊接规程 北京：原子能出版社，2011.

[3]中华人民共和国国家市场监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会，GB150.3~150.4-2011 压力容器 北京：中国标准出版社，2011.

[4]国家能源局 ，NB/T47018.4-2017 承压设备用焊接材料订货技术条件 第4部分：埋弧焊钢焊丝和焊剂 北京：新华出版社，2017.

[5]国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会，GB/T 229-2020 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法，北京：中国标准出版社，2020.