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20钢管化学成分

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表1　20钢管化学成分
元　素
C
Si
Mn
S
P
含量(%)
0.22～0.23
0.21～0.22
0.50～0.51
0.028～0.029
0.01～0.014

表2　焊材化学成分(%)

牌号
C
Si
Mn
S
P
Cr
Ni
Cu
ER49-1
≤0.11
0.65～0.95
1.80～2.10
≤0.030
≤0.030
≤0.20
/
/
H08A
0.10
0.038～0.034
0.46
0.024～0.035
0.01
0.02～0.021
0.029～0.043
0.074～0.077
H08Mn2Si
0.09～0.11
0.79～0.88
1.88～1.94
0.011～0.017
0.014～0.016
≤0.15
≤0.20
/
TIG-J50
0.107
0.653
1.57
0.024
0.038
/
/
/
E4303
0.08
0.16
0.43
0.010
0.019
/
/
/

表3　20钢管机械性能

参量
σb(MPa)
σs(MPa)
δ8(%)
数值
412.4～470.4
264.6～371.6
29～37

表4　E4303焊条机械性能

参量
σb(MPa)
σ0.2(MPa)
δ5(%)
AKv(J)-20℃
数值
470
390
28.2
86.84、76平均82

　　焊接工艺参数和无损探伤、机械性能试验结果分别见表5、表6、表7。　　
表5　焊接试验工艺参数

接头型式和层次
分　组
焊　接　工　艺　参　数
焊道
焊接
电源
焊接
直径
焊接电流(A)
焊接电压(V)
焊接速度
(cm/min)
线能量
(kJ/cm)
方法
极性
材料
(mm)
20钢管：D57×5mm水平固定
1
1
TIG
SMAW
正接
H08A
E4303
1.6
85
12
5
12.2
2

2.5
80
22
6
21.1
2
1
TIG
SMAW
正接
H08Mn2Si
E4303
1.6
85
12
4.8
12.8
2

2.5
80
22
6
21.1
3
1
TIG
SMAW
正接
TIG-J50
E4303
2.5
90
15
6
13.5
2

2.5
90
23
6
20.7
20钢管：D57×5mm垂直固定
4
1
2-3
1
2-3
1
2-3
TIG
SMAW
正接
H08A
E4303
1.6
85
12
8
7.65

2.5
85
22
11
10.2
5
6
TIG
SMAW
正接
H08Mn2Si
E4303
TIG-J50
E4303
1.6
85
12
5
12.2

2.5
85
22
10.6
10.6
TIG
SMAW
正接
2.5
90
15
8
10.13

2.5
80
22
10
10.56

表6　RT探伤结2.5果

分组号
缺陷性质
判定级别
1
多点气孔
Ⅰ、Ⅱ
2
夹　渣
Ⅱ
3
无
Ⅰ
4
多点气孔
Ⅰ
5
无
Ⅰ
6
夹　渣
Ⅱ

表7　机械性能试验

分组号
拉力试验值
δb(MPa)
弯曲试验结果
90°面弯
90°背弯
1
461.1、452.1
无裂纹合格
无裂纹合格
2
480、480
无裂纹合格
无裂纹合格
3
460、450
无裂纹合格
无裂纹合格
4
460.8、450.2
无裂纹合格
无裂纹合格
5
485、495
无裂纹合格
无裂纹合格
6
430、445
无裂纹合格
无裂纹合格

2　现场焊接
　　我们在施工现场进行手工钨极氩弧焊打底焊接低碳钢管时，曾采用过H08(或H08A)、H08Mn2Si、TIG-J50及ER705-3和瑞典OK焊丝，十多年的应用经验表明，没有发生焊接质量事故，焊缝能够满足设计和使用要求。不同焊丝的差别主要是：使用H08A焊丝TIG打底时，焊缝根部容易产生气孔，焊缝成型差；使用H08Mn2Si和TIG-J50焊丝打底时，焊缝成型好，易于手工操作，气孔很少，焊缝质量容易保证。由于H08Mn2Si是国内生产的埋弧焊焊丝，容易采购，H08Mn2Si焊丝在手工钨极氩弧焊打底中得到广泛应用。

3　分析
　　手工钨极氩弧焊打底所选用的焊丝，除应满足机械性能要求外，还应具有良好的可操作性并且不产生缺陷。从焊接工艺试验的机械性能可以看出，H08Mn2Si焊丝打底焊缝的抗拉强度均比其原焊丝的较高；从无损探伤和现场手工焊接操作性上看，H08A焊丝打底容易产生气孔，且焊缝成型差；从化学成分的Mn、Si元素含量看，H08Mn2Si元素和ER49-1相当，TIG-J50次之，H08A最低。
　　经过对比分析可以认为，采用H08A焊丝TIG打底焊产生气孔、成型差的原因，关键在于其Mn、Si元素的含量。焊缝中Mn、Si是主要合金化元素，同时也是一种较好的脱氧剂，Si脱氧能力比Mn要强，Mn和Si都能减少焊缝金属中的氧含量，改善焊缝金属的性能，防止气孔产生；另外，Mn可以提高焊缝的强度和韧性，而Si含量过多时，将会使焊缝金属的塑性和韧性降低。因此，必须使焊缝材料保持适当的Mn/Si比值，该比值愈高，焊缝金属的韧性愈好，一般认为Mn/Si＜2对焊缝韧性不利。

4　结论
　　采用手工钨极氩弧焊工艺进行低碳钢打底焊，选用H08(或H08A)焊丝是不合适的，施工中选用H08Mn2Si、TIG-J50、ER49-1是可行的。在目前生产TIG-J50和ER49-1焊丝的厂家较少的情况下，进行手工钨极氩弧焊打底焊接低碳钢选用H08Mn2Si焊丝是合理的。我们经过十多年的应用，没有发现因焊丝强度较高，导致焊缝的淬硬倾向，而产生延迟裂纹等焊接质量事故。

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