Q345矩形管的拼焊工艺
【摘要】利用板材对称两半折弯成槽形半壳，然后再采用 CO2气体保护焊拼焊矩形管的工艺。由于焊接规范选择合理，取得了满意的效果。
某工装需要长20m的矩形管，但我国钢材市场只供应工字钢、槽钢和角钢等型材，很难买到矩形钢，特别是大截面尺寸的矩形钢。 因是单件生产，所以我们决定用 Q345板材拼焊成矩形管。
由于 Q345钢含有一定的合金元素，碳当量值为0.39% ，具有一定的淬硬倾向，在大厚板和冷却速度过快的情况下焊接，容易出现冷裂纹。此外，在大工艺参数焊接时，由于热输入过大，容易导致焊缝产生热裂纹或出现热影响区热应变脆化问题。从焊件结构来看，矩形管长度与截面比较大，属细长杆类，焊接过程中极易变形且变形情况复杂。因此，焊接变形控制成为难题。
2.焊接工艺
（1）开 V形坡口 对称的两根槽形半管用大型折弯机压制成形，按工艺要求加工对接焊坡口，预留间隙拼接。焊接接头的设计在焊接工程中是较薄弱的环节。 坡口形式对控制焊缝内部质量和焊接结构制造质量有着很重要的作用。坡口设计必须考虑母材的熔合比、施焊空间、焊接位置和综合经济效益等问题。应先按下式计算横向收缩值 Δ B。
ΔB =5.1Aω/δ+1.27 d
式中 Aω——焊缝横截面积， mm ； δ——板厚， mm ； d——焊缝根部间隙， mm。
找出 ΔB与 Aω的关系后，即可根据两者关系列表分析，处理数据，进行优化设计，昀后确定矩形管对接焊缝坡口形式 （见图2）。
（2）控制焊接变形此矩形管由于其外形属于细长杆类，因此焊接变形极难控制。焊接的主要变形有挠曲（正弯）、侧弯、角变形及扭曲变形等。对于此矩形管而言，主要的变形是横向收缩，使矩形断面尺寸受到影响，每边需缩进预留间隙90%左右；焊缝横向收缩后，竖板两端向内弯曲，使构件形成腰鼓状；由于焊缝断面大，输入热量多，必然引起较大的纵向收缩，使构件在长度方向形成挠曲变形；对因不合理焊接造成的扭曲变形，矫正十分困难，有时不得不割开重焊或整件报废。
从焊接变形理论可知，影响焊接变形大小的主要因素是:焊缝尺寸越大，熔敷金属越多，变形越大；焊缝尺寸相等时，焊缝热输入越大，造成的变形也越大；焊接大长焊缝时，分段比直通焊变形要小；焊缝布置不对称或虽布置对称但不对称焊接，焊缝部位偏离越严重，变形越大；构件刚性越小，变形越大。
焊接规范通过工艺试验和工艺分析，确定矩形管对接焊缝采用双层 CO2气体保护焊。焊接材料用 H08Mn2SiA， 1.2mm焊丝；保护气体为纯CO2气体。第一层焊缝的焊接电流为200～250A，第二层为240～320A；电弧电压为24～26V。工艺要求是:第一层焊缝必须焊透，保证背面成形良好；焊接电流、电弧电压、送丝速度和焊接速度等可根据设备型号调节。
焊接顺序为减少变形，矩形对接焊的焊接顺序应按以下原则:采取由中间向两边分层分段对称跳焊，产生的焊接变形比直通焊小，有利于应力的分散和释放，避免在焊件中产生复杂的应力。直通摆动焊时，焊接开始所形成的较窄的塑性变形区只出现一次，而且由于连续摆动焊接，热输入量大，受热面积大，被压缩造成的塑性变形区域大，因而焊后收缩变形很大。分层分段跳焊时，每一层截面都很小，所需热量就小，且每一层又分若干段进行跳焊，每焊一段基本上都是在冷钢板上重新建立一次温度场，每次都出现一个较窄的塑性变形区，因而塑性变形区的平均宽度 （即横向收缩的尺寸）要比相应分层直通焊小，纵向收缩也小，比起直通连续一次填满的摆动焊接变形就更小。杭州服装批发
根据上述分析，先由中间向两端分段跳焊焊缝1第一层 （见图1），翻面由中间向两端分段跳焊焊缝2第一层，焊缝2应采用比焊缝1较大的焊接规范，以产生较大的反向力，使原变形得到矫正。接着再以同样的方法焊接焊缝1第二层和焊缝2第二层。
3.结语
按照拟定工艺方案制造的矩形管，外形尺寸公差及各项技术指标均达到设计要求，满足各项使用指标。
1.矩形管组焊方案的确定
为满足强度需要，此矩形管截面尺寸为300mm× 200mm，板厚3mm，设计要求扭曲及平行度等偏差≤1.2mm，制作技术难度较大。为此，通过调查研究，昀终确定利用板材对称两半折弯成槽形半壳，然后再采用CO2气体保护焊焊接成形的制造工艺，如图1所示。
2.焊接工艺
（1）开 V形坡口 对称的两根槽形半管用大型折弯机压制成形，按工艺要求加工对接焊坡口，预留间隙拼接。焊接接头的设计在焊接工程中是较薄弱的环节。 坡口形式对控制焊缝内部质量和焊接结构制造质量有着很重要的作用。坡口设计必须考虑母材的熔合比、施焊空间、焊接位置和综合经济效益等问题。应先按下式计算横向收缩值 Δ B。
ΔB =5.1Aω/δ+1.27 d
式中 Aω——焊缝横截面积， mm ； δ——板厚， mm ； d——焊缝根部间隙， mm。
找出 ΔB与 Aω的关系后，即可根据两者关系列表分析，处理数据，进行优化设计，昀后确定矩形管对接焊缝坡口形式 （见图2）。
（2）控制焊接变形此矩形管由于其外形属于细长杆类，因此焊接变形极难控制。焊接的主要变形有挠曲（正弯）、侧弯、角变形及扭曲变形等。对于此矩形管而言，主要的变形是横向收缩，使矩形断面尺寸受到影响，每边需缩进预留间隙90%左右；焊缝横向收缩后，竖板两端向内弯曲，使构件形成腰鼓状；由于焊缝断面大，输入热量多，必然引起较大的纵向收缩，使构件在长度方向形成挠曲变形；对因不合理焊接造成的扭曲变形，矫正十分困难，有时不得不割开重焊或整件报废。
从焊接变形理论可知，影响焊接变形大小的主要因素是:焊缝尺寸越大，熔敷金属越多，变形越大；焊缝尺寸相等时，焊缝热输入越大，造成的变形也越大；焊接大长焊缝时，分段比直通焊变形要小；焊缝布置不对称或虽布置对称但不对称焊接，焊缝部位偏离越严重，变形越大；构件刚性越小，变形越大。
焊接规范通过工艺试验和工艺分析，确定矩形管对接焊缝采用双层 CO2气体保护焊。焊接材料用 H08Mn2SiA， 1.2mm焊丝；保护气体为纯CO2气体。第一层焊缝的焊接电流为200～250A，第二层为240～320A；电弧电压为24～26V。工艺要求是:第一层焊缝必须焊透，保证背面成形良好；焊接电流、电弧电压、送丝速度和焊接速度等可根据设备型号调节。
焊接顺序为减少变形，矩形对接焊的焊接顺序应按以下原则:采取由中间向两边分层分段对称跳焊，产生的焊接变形比直通焊小，有利于应力的分散和释放，避免在焊件中产生复杂的应力。直通摆动焊时，焊接开始所形成的较窄的塑性变形区只出现一次，而且由于连续摆动焊接，热输入量大，受热面积大，被压缩造成的塑性变形区域大，因而焊后收缩变形很大。分层分段跳焊时，每一层截面都很小，所需热量就小，且每一层又分若干段进行跳焊，每焊一段基本上都是在冷钢板上重新建立一次温度场，每次都出现一个较窄的塑性变形区，因而塑性变形区的平均宽度 （即横向收缩的尺寸）要比相应分层直通焊小，纵向收缩也小，比起直通连续一次填满的摆动焊接变形就更小。
根据上述分析，先由中间向两端分段跳焊焊缝1第一层 （见图1），翻面由中间向两端分段跳焊焊缝2第一层，焊缝2应采用比焊缝1较大的焊接规范，以产生较大的反向力，使原变形得到矫正。接着再以同样的方法焊接焊缝1第二层和焊缝2第二层。
3.结语
按照拟定工艺方案制造的矩形管，外形尺寸公差及各项技术指标均达到设计要求，满足各项使用指标。
山东聊城聚鑫钢管制造有限公司 --是一家大型无缝钢管生产销售企业，公司集制造与销售一体，现有冷轧机组六条，无缝管穿孔生产线四条，冷拔生产线四条，热轧生产线两条，常年生产各种材质的多个规格钢管，已形成常年库存周转量30000吨以上，800余种规格。年销量售额过亿元。所售产品均执行国家标准，适用于工程、煤矿、纺织、电力、锅炉、机械、军工等各个领域。公司以良好的信誉、优质的产品、雄厚的实力、低廉的价格享誉全国30多个省、市、自治区、直辖市，产品深得用户依赖。另外我公司还与天津、宝钢、冶钢、成都太钢不锈等全国各大钢厂建立了良好合作关系，成为了多个钢厂的销售代表商，主营各大钢厂生产的高压锅炉管、化肥专用管、石油裂化管、合金管、哈氏合金管. 不锈钢管、石油光套管等 。
常年资源材质：10#、20#、45#、16Mn、27SiMn、12Cr1MoVG、15CrMoG、35CrMo、42CrMo、10CrMo910、Cr5Mo Cr9Mo 40CrNiMo 13CrMo44 1Cr5Mo、 15Cr1Mo1V、A335P1/P22、T91、P91、12Cr2MoWVTiB(钢研102)、15Mo3、SA106、ST45.8-III、WB36等。各种材质的无缝管、合金管、经销管材执行标准分别为:GB/T8162-2008(结构管)、GB/T8163-2008(流体管)、GB3087-2008(低中压锅炉管)、GB5310-2008(高压锅炉管)、GB6479-2000(化肥专用管)、GB9948-2006(石油裂化管)、石油光套管(钢级、K55、J55、N80、L80 13Cr P110)不锈钢管、棒、板(304L、321、316、316L 317L 904 ) C-276(UNS N10276) HASTELLOYB-3 (UNS N10675) 哈氏B30合金等。
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