裴傳飛

由于受各種因素影響，建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中不可避免地會出現(xiàn)返修情況。對于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件來說，采用焊修工藝是減少制造損失的有效手段?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50755-2012中規(guī)定：“焊縫同一部位的缺陷返修次數(shù)不宜超過兩次”。本文以Q345GJB中厚板為對象，研究焊縫同一部位缺陷返修超過兩次的多次焊修對焊接接頭機械性能及金相組織的影響。

1 接頭類型及試驗材料

1.1 接頭類型

鋼結(jié)構(gòu)工程中，對接焊縫為全熔透焊縫，本次試驗參照GB50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》中附錄A“鋼結(jié)構(gòu)焊接接頭坡口形式、尺寸和標記方法”表A.0.3“氣體保護焊、自保護焊全焊透坡口形式和尺寸”，選用對接接頭。接頭形式如圖1。

圖1 試驗接頭

1.2 試驗材料

試驗鋼板選用Q345GJB板材，厚度34mm，其力學性能見表1。焊接材料使用CO2氣體保護焊實芯焊絲，牌號為ER50-6。保護氣體選用CO2，氣體純度不低于99.5%，使用前做放水處理。

圖2 一次返修

1.3 補焊工藝

初次焊接采用多層多道焊，使用經(jīng)過評定的工藝參數(shù)進行焊接。初次焊接后模擬實際生產(chǎn)焊修情況，在試板焊縫中部按照圖2、圖3、圖4的形狀尺寸，模擬焊修時缺陷去除情況，采用碳弧氣刨去除金屬，再采用砂輪打磨出金屬光澤，然后按照正常生產(chǎn)工藝進行焊修。補焊的參數(shù)每次均相同，其中第1次、第2次焊修均在焊縫內(nèi)，第3次焊修接近焊縫熔合線區(qū)域。

圖3 二次返修

圖4 三次返修

表1 Q345GJB板材的力學性能

每次補焊前，均對試件焊縫及兩邊各100mm進行預熱處理，預熱溫度高于原工藝評定溫度30～50°，嚴格控制返修焊接過程中的道間溫度。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 多次補焊對接頭機械性能的影響

經(jīng)過多次補焊后，接頭的力學性能測試數(shù)據(jù)見表2。從表中可以看出，焊縫經(jīng)2次、3次補焊后，與未經(jīng)過母材相比，屈服強度、抗拉強度和伸長率并沒有多大變化，平均伸長率滿足標準要求；試樣的抗拉強度大于母材標準相應規(guī)定下限值，符合標準要求；試件破斷位置存在明顯的頸縮 ，表明試件塑性良好；經(jīng)過3次補焊后的接頭背彎試樣經(jīng)180°彎曲后.拉伸面完好無裂紋。

焊縫經(jīng)過3次焊補后.最高硬度值均位于鄰近熔臺線的HAZ內(nèi)，分別為239HV1、230HV1、250HV1，均低于標準規(guī)定的最高硬度值350HV。

2.2 多次補焊對接頭金相組織的影響

經(jīng)過3次補焊的焊縫區(qū)的組織分為兩部分，其中一部分為柱狀晶區(qū)，該區(qū)域的組織為貝氏體+針塊狀鐵素體+珠光體組織，其余部位的組織為貝氏體+珠光體+鐵素體；HAZ的組織也分為兩部分，其中少部分的組織為上貝氏體+針塊狀鐵素體+珠光體，其他熱影響區(qū)域的組織為珠光體+少量的鐵素體，與未經(jīng)補焊的母材相比，HAZ晶粒還得到一定程度的細化。接頭組織情況見下圖。

母材組織 100×

焊縫區(qū)柱狀晶區(qū)組織 100×

表2 三次返修后焊接接頭力學性能

焊縫區(qū)組織 100×

熱影響區(qū)少部分組織 500×

熱影響區(qū)絕大部分區(qū)域組織 100×

通常情況下.經(jīng)過多次補焊后的焊接接頭，其HAZ由于受到多次熱循環(huán)作用而過熱，使晶粒粗大、化學成分不均勻甚至出現(xiàn)魏氏組織，導致沖擊韌性大幅度下降[1]。但在本次試驗條件下，通過對熱影響區(qū)組織情況分析，未發(fā)現(xiàn)魏氏體組織和使焊縫組織力學性能惡化的硬相相馬氏體組織。

經(jīng)分析，出現(xiàn)此種現(xiàn)象可能與焊縫挖補的尺寸和提高焊前預熱溫度有關(guān)：

2.2.1 后一次挖補寬和深度均大于前一次挖補的寬度和深度.相當于每次都將前一次補焊形成的熱影響區(qū)挖掉.在后一次焊縫的熱影響區(qū)并未產(chǎn)生熱量累積[2]。

2.2.2 每次挖補的寬度和深度均小于原始焊縫的寬度和深度.后續(xù)補焊的熱循環(huán)使得原始焊縫的熱影響進行了多次正火或部分正火處理，細化了晶粒[3]。

2.2.3 在原有焊接工藝評定預熱溫度上提高30～50°的預熱溫度，延長HAZ冷卻時間，促使組織轉(zhuǎn)變成鐵素體和珠光體，這樣就避免出現(xiàn)馬氏體淬硬組織，提高了焊接接頭抗裂性。

3 結(jié)束語

對Q345GJB鋼對接接頭進行3次返修補焊后，接頭的強度、塑性、沖擊韌性、硬度等力學性能仍滿足標準規(guī)定的要求。金相組織未出現(xiàn)明顯的魏氏體和硬相馬氏體，HAZ晶粒得到一定程度的細化，可以在鋼結(jié)構(gòu)實際補焊中予以參考。

但在實際工程中，在嚴格執(zhí)行規(guī)范要求，提高返修焊縫預熱溫度的同時，尚需注意除刨至焊縫缺陷處外，后一次返修挖補的跨度和深度均需大于前一次挖補的跨度和深度，但應小于原始焊縫的寬度與深度。

[1]陳祝年 ，焊接工程師手冊[M],北京，機械工業(yè)出版社，2002

[2]李冬霞，淺析多次補焊對接頭金相組織的影響，隧道建設(shè)，2004

[3]霍立興，焊接結(jié)構(gòu)工程強度[M],北京，機械工業(yè)出版社，1995.