罐车低合金高强钢罐板埋弧自动焊拼接的气孔控制措施

　　摘要： 结合生产车间在GQ70的制造过程中的具体情况，分析了GQ70轻油罐车低合金高强钢板埋弧自动焊接接头产生大量气孔的原因，提出了控制低合高强金钢板埋弧自动焊产生气孔缺陷的措施，有效提高了低合金高强钢板的焊接质量。
　　关键词： 低合金高强钢；埋弧自动焊；气孔
　　中图分类号： TG445
　　0 前言
　　GQ70型罐车主要用于装运汽油、煤油、柴油等化工介质。对于GQ70上下罐板的拼板焊接，主要采用埋弧自动焊接工艺。埋弧自动焊具有焊接速度快、劳动条件好等特点，但若保护条件不好或工艺参数不合适等因素影响下，容易产生气孔等缺陷。气孔缺陷不仅削弱了焊缝的有效工件断面，同时也会带来应力集中，显著降低焊缝金属的强度和韧度，对动载强度和疲劳强度更为不利。
　　文中主要针对近期低合金高強钢板埋弧自动焊过程中产生大量气孔的原因进行了分析，研究了控制低合金钢板埋弧自动焊过程中产生气孔的方法，为有效解决埋弧自动焊过程中气孔缺陷的问题及提高焊接质量提供了技术借鉴。
　　1 低合金钢焊接气孔产生机理
　　低合金高强钢板在焊接时产生的气孔类型为H2孔，N2孔以及CO气孔。H2孔及N2孔的产生主要是由于高温下液态金属中含有过饱和气体，当凝固相变时，气体的溶解度突然下降而来不及从焊缝中逸出；CO气孔的产生主要是由于冶金反应时产生了大量的CO，在结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部。
　　2 气孔产生原因的初步分析
　　图1为西安轨道交通装备有限公司GQ70轻油罐车上下罐板的焊接接头形式，表1为焊接工艺参数。
　　2.1 气孔的种类
　　GQ70低合金高强钢板埋弧自动焊采用图1所示的焊接接头形式以及表1中工艺参数焊接后，出现大量气孔，主要分为以下两类。
　　（1）第一类气孔：密集型呈蜂窝状成堆出现，如图2所示。此类气孔不均匀分布于各条焊缝表面，初步怀疑是H2气孔，并且夹有N2气孔。此类气孔产生原因主要为：
　　①焊剂保护不良，有较多的空气侵入熔池；
　　②焊丝中含有较多的水分，并且油污过多；
　　③板材表面与钝边锈蚀、油污过多；④焊接参数调节不当。
　　（2）第二类气孔：断面形状如同螺钉状，表面呈喇叭口形，如图3所示。此类气孔出现概率呈现不规则性，主要表现为气孔间断性出现。根据气孔形态及特征，判断此气孔为H2气孔。初步分析产生原因为：
　　①焊丝水分、油污过多；②板材表面及钝边锈蚀、油污过多；③焊接参数调节不当。
　　2.2 解决措施
　　通过以上对气孔产生的原因进行初步分析，提出了相应的解决措施：
　　（1）埋弧焊剂HJ431焊前进行充分烘干，烘干温度250 ℃，烘干时间1～2 h。
　　（2）使用表面光洁没有黑斑的焊丝代替原来的焊丝。
　　（3）对板材表面距离坡口20 mm范围内进行除锈处理，钝边也需处理。
　　（4）焊前使用气割把子对焊缝两侧20 mm范围的母材进行预热。
　　（5）适当调整焊接电流、电压与焊接速度。
　　提出如上解决措施并按此执行后，气孔出现情况依然没有改善。依然呈现大量且无规则出现气孔的情况。考虑是否因为其他原因导致大量气孔异常出现。
　　3 气孔产生原因的进一步分析
　　经过上述分析与采取的相应措施，气孔大量异常出现的现象依然没有得到改善，从其他方面进行分析解决：
　　①是否因为焊接现场坡口角度过大，钝边过薄，背面焊剂经过高温加热，有害成分更容易渗透至坡口侧，导致气孔增多；②是否因为该批次焊材（焊剂HJ431+焊丝H08MnA）或母材所含Mn，Si含量过少，导致脱氧性变差。
　　根据以上分析，分别提出相应的解决措施：
　　（1）适当将坡口角度变小，较之前多留1～2 mm钝边，重新进行焊接；或采用适当焊接参数，利用悬空焊对此因素进行验证。
　　（2）采用不同批次的焊材（焊剂HJ431+焊丝H08MnA）进行验证，以排除焊材的影响因素。
　　（3）采用焊剂SJ101+焊丝H08Mn2A（含锰量更高）代替原有焊材，进行现场焊接验证。
　　（4）对母材（Q345A与Q345B）的化学成分进行检测，重点检测Mn，Si含量。
　　通过对以上因素逐一排除，发现该批次母材的含锰量有部分低至0.1%～0.3%，结合以往母材的含锰量0.8%～1.2%，虽然该批次母材化学成分符合国家标准，但过低的含锰量导致脱氧性变差，因此有大量气孔异常出现。
　　4 气孔控制措施
　　在对低合金高强钢板焊接气孔的产生机理及导致气孔产生的原因进行分析的基础上，针对埋弧自动焊接工艺特点，可以通过以下途径减少低合金高强钢板焊接气孔的产生。
　　4.1 提高焊前母材表面处理质量
　　埋弧自动焊之前，对板材表面距离坡口20 mm范围内以及钝边进行除油、除锈处理，必要情况下，使用气割把子对焊缝两侧20 mm范围的母材进行预热。
　　4.2 控制母材与焊材的化学成分
　　建议母材锰含量在0.8%以上（不超过1.7%），或者采用高锰焊丝（H08Mn2A）可有效提高脱氧性。
　　4.3 焊剂的控制
　　埋弧焊剂HJ431焊前进行充分烘干，烘干温度250 ℃，烘干时间1～2 h。焊前确保焊剂垫压实，板材与焊剂垫之间不会出现间隙。
　　4.4 工艺参数的控制
　　焊接实验室所做的工艺评定为理想状态下，几乎没有其他因素的影响。生产车间必须结合具体情况对焊接缺陷进行具体分析，以工艺评定作为参考，适当调节工艺参数（电流，电压，焊速以及坡口大小，钝边等）尽量减少焊缝出现缺陷的概率。
　　5 结论
　　主要从GQ70上下罐板埋弧自动焊入手，分析了低合金高强钢板埋弧自动焊过程中气孔产生的机理及导致气孔产生的原因，并从母材、焊材以及焊接工艺参数等角度提出了控制气孔产生的措施，有效改善了焊缝表面出现气孔的情况，提高了产品的焊接质量。
　　参考文献
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