Q690E低合金高强钢M
刘军华
AG焊接工艺研究
(江苏海事__:术#_,■南京2111_70)
KOBELCO麵机器人离线编猶方法,远程控制单■焊接系统，便爾籍材:M(J - S88A对Q690E低合
_齊钢进行' MAG#接试验a通过对Q690E焊藥性分析，合理设计焊樣I艺:，严格控，制焊接关键國奮,解决了 Q69饨裔強钢焊接接头韧性低的问翘。结果歲明，K0BELI50建机器人MAG海接方法适歸于Q690E的焊接。根据 标准对焊接揆头身学性能进行检fj，.焊接接:头弯曲_和拉伸性:能符合检铡标准要求，焊缝中心.、擦合线、擦合錢+ 2 mm.、.熔合线+5 mm冲击戰收餘量_-4〇尤:条件下均大乎齡J9.
摘要采爾
关键词：低合金高强钢机器人焊接中厚板焊接力学性能 中图分类号：TG457.11
〇 序 言
低合金高强钢Q6%E因萁优良的强韧性匹配被广 泛应用到工程机械、港口机械、海洋平台、锅炉和船舶 的使用上，不仅可以増加结构的强度和减轻自重，而且 能够显著降低总成本11]。
传统焊接方法釆用焊条电弧焊，焊接时采取先焊 接班面坡PI x反面碳弧气刨清根、打磨、探伤、再预热、 背面焊接等制作：X艺。传统工艺：序复杂、稳定性差、 一次焊接合格率低、劳动强度大且生产周期长。.因此， 寻找焊接机器人自动化生产成为当务之急。所以，迫
切需要解决Q690E低合金高强钢机器人MAG焊接工 艺在焊接自动化生产的应用[2]。
文中针对Q690E中厚板焊接要求，采用KOBELCO 机器人MAG焊接系统进行焊接试验研究，探索影响 Q690£焊接性的关键因素，总结焊接艺规律，为实现 Q690E焊接自动化生产提供i艺借鉴[3]。1
焊接材料及设备
图2
试验设备及!j：件图1 1件3%壽图
C
1.2试搬备
焊接设备为K0BELC0型机器人单丝焊接系统，焊 接电源为AB500脉冲电源，如图2所示;焊接系统采用 离线编程方法进行远程示教，离线编程界面如图3所示s
1.1 #接材料
试验母材为低合金离强钢Q690E,填充材料为MG -S88 A实心焊丝，焊■賞择.为^1. 2 mm.,保护气体为 82%Ar + l8%C02，*t体流量2〇 L/minft母材与焊材的 化学成分及力学性能见表1 ~2。焊接试板尺寸为:500 mm X 200 mm X 60 mm, 坡口形式如图i所示。
收稿日期：2017 - 03-17
基金项目：江苏省教育轉馨*_十三»‘'规趙##(:D/2016/aV16_)52
2017年擎.3期
國3离线編程界冒
生产应用辟猱
表1 Q690E和MG-S88A化学成分（质量分数，％)
类别
Q690EMG-S88A
C0.130.07
Si0.280.40
Mn1.281.20
Cr0.520.08
Mo0.590.72
Ni2.363.12
S 0.008 0.002
P0.0100.005
表2Q690E 与 MG-S88A熔敷金属力学性能屈服强度
/?eL/MPa751 -845
770
类别
Q690EMG - S88 A
抗拉强度
/?m/MPa844 -903
880
断后伸长率
A(%)
22
断面收缩率：
冲击吸收能量
Z{%)
63
(-40°)^VJ
111 -210
137
15 ~1961.9 -69.2
2试验方法与焊接工艺
2.2焊接工艺
试验采用单丝焊接，共有15层41道&打底焊接 时，焊丝指向坡口根部中心位置，确定焊枪角度基准9 焊接过程中每道焊接参数、焊接线平移均在机器人数 据库中编辑，避免每道焊接进行示教，提高焊接效率。
焊接参数见表3 0
2.1试验方法
试验采用KOBELCO机器人单丝MAG焊,焊接位 置为PA，焊前进行预热，预热温度71为150丈，焊后保 温热处理2.5 hx200丈。
表3
焊接工艺参数
焊接位置根部
层数
49
道数
526
层间和预热温度
T/°C
150150
/(X, xh)
200x2.5
后热处理 焊接电流
I/A
电弧电压
U/Vv/ ( mm • min _ 1)
360 -450400 -480
_速度
280 ~ 300280 ~ 320
28 ~3230-33
填充
200 x2.5
3焊接关键因素控制
Q690E焊接土艺区间比较敏感，需要合理调整焊 接工艺进行焊接6根部焊缝质量控制、焊层厚度控制、 7^冷却时间、确定送丝速度与弧长匹配关系是提高 Q690E焊接接头焊缝质量的关键因素11
3.1根部焊缝质量控制
焊材、母材、垫板属于三种不同的化学元素体系。 为了降低根部熔合比，保证根部焊接接头力学性能的 稳定性，打底时电流控制在270 ~280 As焊接根部前4 层时,_要控制摆宽和焊接速度，防止侧壁熔合不良; 控制送丝量和焊接热输人，保证根部焊缝中心冲击韧 性达到要求。实际生产为了节省焊接材料，控制生产 成本，焊接Q69〇E时要求采用单边V形3〇。坡口，间隙 10 _mm。喷嘴-坡口示意圈如谢4所示。3.2焊层厚度控制
根据文献记载[4_5]，适用于焊接Q690E的热输入 范围需要控制在12 ~18 kj/cm4但是经过试验数据分
鹰；4喷嘴—坡:口 前示:意:廣
K
析，仅仅控制热输入并不能达到符合Q690E焊接接头 力学性能要求Q其中,根部前4层焊接时热输人可控 制在14 ~ 16 kj/cm范围内；填充焊接时，热输人比较容 易控制，最佳范围在13 ~ I5
齊焊层厚度控制
在合理范围之内，可获得力学性能优良的焊接接头e
具体焊道排布方式如图5所示。3.3确定送丝速度与弧长的匹配关系
.焊接过程的稳定性是获得质量优良.焊缝的必要条 件〇为了保证电弧稳定，减少焊接过程飞溉，需要确认
2〇11鄭第.3期
53
妨猱生产应用
图5. 60 mm厚Q690E焊遭.雜布方式
弧长-送丝速度-焊丝伸出长度之间的匹配关系。弧 长过短会导致侧壁熔合不良，致使熔合区冲击吸收能 量产生低值;弧长过长会影响焊枪气体保护效果，焊缝 中N含量增加，产生氮化物，同样会降低焊缝冲击韧 性^控制送丝速度并根据送丝速度确定电弧电压是提 高Q690E焊接接头冲虚吸收能量的因素之一。4
试验结果分析与讨论
试验预热温度为150丈，层间温度为150 °C，焊后 在200
下保温2. 5 h进行后处理。按照标准AWS
01.1/01.151—2010进行工艺评定检测，对焊接接头进 行显微组织观察分析，同时对试验件进行拉伸、侧弯、 冲击等力学性能试验，并测定不同区域的显微硬度。4.1焊接接头金相分析
焊接接头显微组织分析如图6所斌^图6a的焊缝 组织为贝氏体+铁素体；图6b和图的溶合区组织 与焊缝组织有很大区别，熔合区粗晶K组织为低碳马 氏体+贝氏体;图6d的母材组织为®火索氏体^4.2
拉伸、弯曲和冲击性能 4.2.1拉伸性能
根据检测标准要求,拉伸试验选取试样需要覆盖 焊件的全厚度，每个试样在厚度方向取样4件，每件约 为12 mma塵:过拉伸试验检测，抗拉强度均值，为840 MPa,试样断裂形式均为母材-韧断。这说明焊接接头 的强度要裔宁母材，拉伸试验数据见表4。4.2.2弯曲性能
弯曲试验可以测定材料承受弯曲载荷时的力学性 能。检测不同位置的4组侧弯试验，压头直径为63. 5 mm，侧弯角度为180°，试验结果见表5d
经过试验检测，焊接接头均无裂纹产生，表明焊接 接头具有良好的塑性，证明焊接工艺可行〇
54
2017年擎.3期
(d)母材祖织
圈.《 Q690E焊接接头蠢徽组织. 表4
焊接接头拉伸试验结果试件编号
抗拉强度flm/MPa
断裂位置1841母材/韧断2863母材/韧断3805母材/韧断4
852
母材/韧断
生产应用辟猱
表5
弯曲试验
4.2.3冲击性能
结果
试件编号
1234
弯曲角度(°)
180180180180
压头直径D/mm
63.563.563.563.5
低温冲击吸收能量畢检测低合金高强钢Q690E焊 接接头质量前重要条件。根据要求，冲击试样取样位 置如图7所示，去除上<下表面2 mm后取样，取样位置 为焊缝（WC)、熔合线（FL)、距熔合线2 mni(FL +2 mm).、距熔合线5 mm(FL+5 min)，每.组各取.3件a
合格合格合格
合格
冲击试样加3^:为_ 55 nun x 10 mm x 10 mm标准试样，焊接接头在_4〇丈低温条件下开V形槽，冲击吸 收能量均大于69 JB冲击试验结果见表6。
表6
焊接接头冲击试验结果
09切）冲诗■显微IE度检测®量；
(b:)沖.幾开槽雅置
图7取样位置興
标准。
4.3显微硬度
对焊接接头进行显微硬度检测，检测位置为距离上、 下表面2 mm，如图7所示。检测点顺序为母材-直边热 影响区-焊缝-斜边热影响区&检测结果如表7所示， 热影响区位置硬度较高，其主要原西是工件较大，热影响 区位置散热较快，在快速冷却条件下易形成淬硬组织，fi 上表面热影响区硬度值要高于下表面热影响区。
表7
显微硬度
取样位置
冲击吸收能量（-4〇 t:)〇yj
缺口崔.翼
每件数值
焊缝
90.5,89.5,99.0211.0,182.0,184.5121.5,118.5,101.591.5,87.0,100.089.0,97.5,101.0172.0,226.0,169.0130.0,127.0,156.5137.0,157.0,157.5
平均值
93.0193.0114.093.096.0189.0138.0151.0
上表面
2 mm
熔合线溶合线+2 mm溶合线+5 mm
焊缝
纖硬度值脾）
测试位置
硬皮仅直
母材
上表面
2 mm
善点数值
268,268,274405,389,378315,311,312367,379,385283,282,286313,357,369301,297,311323,319,326
平均值
270.0390.7312.7377.0283.7346.3303.0322.7
下表面
2 mm
熔合线溶合线+2 mm溶合线+5 mm
直边热区
焊缝
Q690E :焊接接头冲击韧性在焊缝中心位璧:最 弱，焊缝植性较低是因为裔强钢焊材难以保证其熔化 后自身低温韧性的稳定性。但通过调整焊接1艺，控 制焊接热输人，尤其在焊缝根部控制焊接速度和焊接 电流，保证根部焊缝軔性。在多层多道焊接条件下，需 要眉:暈#证侧壁热输人一致;熔合线、擦合线+ 2 »wi_ 和熔合线+5 mm微鹭冲_吸收能量高于焊缝冲击吸 收能識a总体来说，焊接接头沖:击吸收能量替_合检测
结
下表面
2 mm
:斜边热K.
母材
直边热K
焊缝
廳热據论
(1)采用KOBELCO机器人离线编程，可以实现远
201T寒第3期
55
妨猱生产应用
程示教，离线编程生成焊接程序，完成现场焊接。
(2)
时间的控制，保证侧壁热输人一致以及送丝速度与弧 长稳定匹配是保证Q69〇E焊接接头冲击吸收能量满足 要求的关键:因素。
(3) Q690E低合金高强钢焊接接头母材组织为回 火索氏体;焊缝组织为贝氏体和铁素体;熔合区粗晶K
[[
HV，直边热影响区平均值为368.5 HV，斜边热影响区
硬度值平均值为349. 8 HV。通过对裉部烙合比、蓐温停留时间和熔池冷却
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李域江..竄強钢.纖[親及性能研爾
组织为低碳马氏体+贝氏体。(4) 采用MG - S88A焊丝焊接Q690E低合金高强 钢可以获得良好的拉伸、弯曲和冲击性能的焊接接头4 拉伸试验断裂为母材/靭断，焊缝强度高f母材强度， 抗拉强度均值为840 MPa;弯曲试件无撕裂现象，焊接 接头熔合良好;各个位置低温冲击吸收能量均通过检 测标准要求（_4〇丈，69 J)。
(5) Q690E低合金高强钢焊接接头焊缝处的显微 5更度平均值为307. 8 HV,母材显微硬度平均值为276. 8
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C
作者简介：刘军华，1968年出生，工学硕士，副教授，高级工程
师:。主要研究方向为.材料加工。
耐热钢P91材料高压管道现场对接
埋弧焊（SAW)工艺
唐元生1李长安2
{1,中右化第十褒像有_限公司，山东青屬266355.;. 2.山:东大学瑰狀焊接技术研究所，驗窗2_50061)
摘要近十;大塑翼电雜机组建獄中，从隣引进了一种:新型的马氏体耐热钢(A335 _ »1)作_1 蒸汽管道，该钢具有高温强度高、抗氧化性能和抗蟠变性能好以及相对高的热传导性与低的热膨胀率等特点。某公 爾承揽的某煤化工棄团煤炭间接液化项3合成气净化翁量，A335 -P91工艺營道设计_*为13-5 MPa,谀计温度为 545弋:,奠中最大规格为抑10 mm X 46 mm。根据材料焊接性分析，制定了 GTAW填幾打底焊、埋弧焊工B填充叢面 的睿道现场对接焊接工艺。结悪表明，康工艺可高质量地堯成A335 -P91材料營遺的焊接任务。
关键词：马氏体耐热钢埋弧焊热处理 中图分类号：
TG445
热传导性与低的热膨胀率等特点。在亚临界、超临界锅
炉壁温矣T的高温过热器、再热器用钢管以及壁温 矣600尤的高温集箱和蒸汽管道具有广泛的应用，在核 电热交换器以及石油裂化装置炉管中也有大量应用[1_2]。某煤化工集团煤炭间接液化项目合成气净化装置 中CT艺管道采用A335 -P91耐热钢，设计压力为13. 5
〇序 言
A335 -P91钢为马氏体Cr-Mo-V-Nh合金钢，具有高
温强度髙、抗氧化性能和抗蠕变性能好以及相对高的
收稿日期：2017 - 06 - 21
56 2017年擎.3期
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