第３３卷第５期 Ｖｏｌ－３３ Ｎｏ．５ 长春师范大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｍｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） ２０１４年１０月 ０ｃｔ．２０１４ Ｑ３４５Ｂ钢结构厂房焊接工艺研究 傅枞春 （福建船政交通职业学院机械工程系，福建福州３５０００７） ［摘要］根据福建某企业Ｑ３４５Ｂ钢结构厂房建设实际，分别使用ＣＯ 气体保护焊和焊条电弧焊两 种焊接方法对厚度２０ ｍｍ的Ｑ３４５Ｂ钢板进行焊接，对焊接接头进行外观及无损探伤检测，并系统研 究焊接试样的力学性能和组织结构。结果表明：焊条电弧焊和ＣＯ 气体保护焊工艺均能够用于 Ｑ３４５Ｂ钢结构厂房的焊接，焊接质量均能达到国家标准，但ＣＯ 气体保护焊接头的抗拉强度和伸长 率均高于焊条电弧焊接头，且显微硬度分布更均匀；焊接方法对焊接接头各区域的组织构成影响不 大，但焊条电弧焊接头各区域的晶粒尺寸均大于ＣＯ：气体保护焊接头；采用１６ ＫＪ・ｃｍ 热输入的 ＣＯ 气体保护焊接头具有最优的综合力学性能，且焊缝组织最为均匀，推荐企业优先选用此种焊接 工艺。 ［关键词］Ｑ３４５Ｂ；钢结构厂房；ＣＯ 气体保护焊；焊条电弧焊；焊接工艺 ［中国分类号］ＴＧ４４１ ［文献标识码】Ａ ［文章编号］２０９５—７６０２（２０１４）０５—００１６—０５ 在倡导环境亲和、绿色制造的２１世纪，具有优越抗震性、可装可卸的再利用性、工程施工快、车间有效使 用面积大、空中吊运可设计吨位大等特点的钢结构厂房已逐渐取代传统的钢筋混凝土结构¨Ｉ２ Ｊ，钢结构厂房 的合理设计和焊接生产的重要性在现代制造业中越发明显。 钢结构厂房的制造通常分为生产车间的构件制作和现场拼接及焊接安装两部分，其中现场拼接及焊接安 装是生产高质量钢结构厂房的关键，其核心是焊接方法的选择、焊接工艺参数的选定和焊接质量控制。本文 以福建某企业Ｑ３４５Ｂ钢结构厂房建设为背景，采用ＣＯ，气体保护焊和焊条电弧焊技术焊接Ｑ３４５Ｂ钢板，对 焊接接头进行外观和无损探伤检测，并系统研究了焊接试样的力学性能和组织结构，以期指导该企业进行焊 接方法选择、焊接工艺参数选定和焊接质量控制。 １ 工艺参数与测试方法 １．１焊板材料 低合金高强度结构钢Ｑ３４５是工业钢结构厂房普遍使用的优秀钢种，具有良好的综合力学性能 Ｉ４ ，在我 国应用比较广泛 。南方气温高，多使用Ｑ３４５Ｂ、Ｑ３４５ｃ，而北方气温低，冬天易出现极寒天气，多选用低温性 能好的Ｑ３４５Ｄ、Ｑ３４５Ｅ。本试验根据企业实际，选用Ｑ３４５Ｂ钢板，并根据厂房设计墙体厚度，选用试样尺寸为 ４００ｍｍ×１５０ｍｍ×２０ｍｍ，其化学成分见表１，力学性能见表２。 表１ Ｑ３４５Ｂ钢的化学成分（质量百分数） 元素 Ｃ Ｍｎ Ｓｉ Ｓ Ｐ Ｖ Ｎｂ Ｔｉ Ｃｒ Ｎｉ Ｃｕ 标准值 ≤０．２０ ≤１．７０ ≤０．５０ ≤０．０３５ ≤０．０３５ ≤０．１５ ≤０．０７ ≤０．２０ ≤０．３０ ≤０．５０ ≤０．３０ 实测值 Ｏ．１８ １．４０ ０．４３ ０．０１２ ０．０１８ Ｏ．０４７ ０．０２１ ０．ｏｏ５ ０．０３８ ０．２１０ Ｏ．１８２ ［收稿日期］２０１４—０６—０３ ［作者简介］傅枞春（１９７４一），男，福建长汀人，福建船政交通职业学院机械工程系高级工程师，从事金属材料焊接及无损检测 技术研究。 ・１６・ 表２ Ｑ３４５Ｂ钢板力学性能 项目 Ｒ （ＭＰａ） Ｒ 或Ｒ （ｂｌＰａ） Ａ（％） ＫＶ：（Ｊ） 标准值 ４７０～６３０ ≥３３５ ≥２０ ≥３４ 实测值 ５２Ｏ ３７５ ２８．０ １３６／１２８／１４３ １．２工艺参数 目前，厂房钢结构制作的主要焊接方法有埋弧自动焊、ＣＯ：气体保护焊和焊条电弧焊。其中，埋弧自动焊 主要用于焊接Ｈ型钢柱及钢梁的纵向角焊缝、吊车梁腹板与翼缘板Ｔ型对接角焊缝的焊接，焊接过程自动化 程度高，焊接质量可靠。现场拼接及焊接安装时多采用设备轻便的焊条电弧焊或ＣＯ 气体保护焊，但其焊接 质量较难控制，受工艺参数等的影响较大。根据该企业厂房建设地理位置、拼接安装现场条件、焊接成本等综 合考虑，拟设计采用焊条电弧焊或ＣＯ：气体保护焊。因此，本试验分别采用焊条电弧焊和ＣＯ 气体保护焊， 按厂房焊接设计采用的工艺参数进行焊接，以进一步优化焊接工艺和参数。 焊条电弧焊使用ＹＤ一６３０ＳＳ型晶闸管控制直流弧焊电源焊机，选用直径４．０ｒａｍ的Ｊ５０７低氢型碱性焊 条，焊条焊前在３００～３５０￣Ｃ烤箱内烘烤２～３小时，焊接时放置在保温筒中备取。ＣＯ 气体保护焊使用ＹＤ一 ５００ＫＲ型晶闸管控制ＭＩＧ／ＭＡＧ弧焊电源焊机，选用直径为１．２ｒａｍ的ＥＲ５０—６实心焊丝。通过控制焊接热 输人参数，分别利用焊条电弧焊和ＣＯ：气体保护焊进行焊接，详细的焊接工艺参数见表３。 表３焊接工艺参数 焊板 试样尺寸（ｍｍ） 焊接方法 热输人 焊接速度 编号 （ＫＪ・ｃｍ ） 电压（Ｖ） 电流（Ａ） （ｃｍ・ｍｉｎ。） １ ４００×１５０×２０ ＣＯ 气体保护焊 １４ ２７．０～２７．１ ２７０—２８４ ３４．２ ２ ４００×１５Ｏ×２０ ＣＯ 气体保护焊 １６ ２６．５ ２６．７ ２７０—２９５ ２９．４ ３ ４００×１５０ ｘ２０ ｃ０：气体保护焊 １８ ２５．０—２５．１ ２５０～２７０ ２１．６ ４ ４００×１５０×２０ 焊条电弧焊 ２４ １６—２５ １８５～１９５ ９．０ １．３测试方法 焊接完成后，采用肉眼或放大镜对焊缝进行外观检测。然后使用ＨＳ６１ ０ｅ型数字式超声探伤仪对试块做 超声波探伤检测，分别采用Ｋ１．０及Ｋ２．０两种探头按ＧＢ／Ｔ１ １３４５—２０１３标准Ｂ类规定进行双面双侧扫查。 外观质量及超声波探伤检测合格后，再进行力学性能测试和组织结构分析。采用ＷＡＷ一１０００Ｃ型微机控制 电液伺服万能试验机对焊接接头试样进行拉伸试验，试验方法详见国家标准ＧＢ／Ｔ ２６５１—２００８。从每块焊板 中取三个硬度测试试样，根据ＧＢ／Ｔ ４３４０．１—２００９标准，利用ＨＶＳ一１０００型显微硬度计测出焊接接头母材、 热影响区和焊缝的显微硬度。在每块焊板截取一块试片，观察各区域金相组织，用ＸＪＧ一０５型光学金相显微 镜观察显微组织并拍照。 ２测试结果与分析 ２．１ 焊缝外观及无损检测 焊后２４小时，对焊缝进行外观质量检验和无损探伤。外观质量检验未见肉眼可见的裂纹、未焊透、夹渣、 未焊满、气孔、根部收缩、电弧擦伤、咬边、余高超差、错边等常见宏观缺陷，外观质量达到ＧＢ ５０２０５—２００１一 级焊缝要求。焊缝超声波探伤结果为元应记录缺陷，符合ＧＢ／Ｔ １ １３４５—２０１３中Ｂ类Ｉ级标准，说明焊缝外观 和内部质量均达到标准要求。外观检视发现ＣＯ：气体保护焊接头流畅线及美观度更佳，从图１典型波形可 以看出，ＣＯ 气体保护焊的焊缝超声波探伤波形高度均未达到评定线，表明焊缝内部没有缺陷，而焊条电弧焊 焊缝超声波探伤波形处于距离一波幅曲线Ｉ区的波形多，可以判断焊缝内部存在细小的密集气孔及断续的夹 渣。 ２．２拉伸试验 表４列出了各试样的拉伸试验测试结果。两种焊接方法获得的试样均为韧性断裂，但ＣＯ 气体保护焊 接头拉伸断裂位置位于母材，而焊条电弧焊接头的拉伸断裂位置位于过热区。从表４可知，ＣＯ 气体保护焊 焊接２０ｍｍ厚Ｑ３４５Ｂ钢板所得到的焊接接头平均抗拉强度为５３３ＭＰａ，平均伸长率分别为２５．２％；而焊条电 ・】７・