敞开式 TBM 厚板窄间隙 MAG 焊工艺研究.pdf

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·设备/仪器· 收稿日期:2015 07 27 基金项目:国家高技术研究发展计划(863 计划)(2012AA041801) 敞开式TBM 厚板窄间隙MAG 焊工艺研究 张 静 (中国铁建重工集团有限公司 湖南长沙 410100) 摘 要 敞开式TBM厚板焊接采用传统焊接方法,填充金属量大、效率低、劳动强度大、焊接质量不易控制。为适 应掘进机快速发展对质量和工期的要求,对厚板窄间隙MAG 焊工艺进行研究,并对焊接接头的金相组织及力学性 能进行分析,从而为窄间隙MAG 焊在掘进机上的应用提供技术依据,进一步推进掘进机生产过程中的自动化、智 能化,降低劳动强度,提高生产效率。 关键词 窄间隙MAG 焊 焊接工艺 金相组织 力学性能 中图分类号 TG44;U455.31 文献标识码 A 文章编号 1009 4539 (2015)11 0073 03 Welding Procedure of Narrow Gap MAG Welding on the Open Type TBM Thick Plate Zhang Jing (China Railway Construction Heavy Industry Co.Ltd.,Changsha Hunan 410100,China) Abstract Traditional welding method is adopted in the open type TBM thick plate welding,the filler metal quantity is large,low efficiency,high labor intensity and it is not easy to control the quality of welding.In order to adapt to the rapid development for the quality and schedule requirements of boring machine,we make a research on the thick plate narrow gap MAG welding process,and analyze the metallographic organization and mechanical properties of welding joint,which pro vides a technical basis for application of narrow gap MAG welding in the shield machine.Furthermore,it promotes the au tomation and intelligence of tunneling machine in the production process,thus the labor intensity is reduced and the produc tion efficiency is improved. Key words narrow gap MAG welding;welding procedure;metallographic organization;mechanical properties 1 引言 2014 年12 月27 日,中国铁建重工集团公司 生产的拥有自主知识产权的国产首台大直径全断 面硬岩隧道掘进机顺利下线。该敞开式TBM结构 复杂,集隧道开挖、支护、出渣、通风、排水等功能 于一体,主要适用于硬岩隧道施工,是利用自身主 梁支撑推进系统撑紧洞壁以承受向前推进的反作 用力及反扭矩的全断面硬岩掘进机[1 -3]。这台大 直径敞开式TBM总长180 m,开挖直径7.93 m,总 重量达1 500 t,在较完整且有一定自稳定的围岩 中施工时,能充分发挥出优势,特别是在硬岩、中 硬岩掘进中,强大的支撑系统为刀盘提供了足够 的推力[4 -5]。该设备将用于国家重点工程吉林中 部城市引松供水工程。 由于敞开式TBM结构复杂,工作环境恶劣,设 备主要钢结构件稳定的焊接质量是保证优良使用 性能的前提。为使主要钢结构件具有足够的刚性, 所使用板材多为厚板且对焊接质量要求严格。传 统焊接方法焊接厚板填充金属量大、效率低、劳动 强度大、对操作工技术依赖性强且焊后板材变形量 大,从而降低生产效率[6]。 窄间隙熔化极气体保护焊由于自身的特点,使 其成为焊接厚板对接焊缝的一种高效率焊接技术。 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1) 73 ·设备/仪器· 首先,焊接时不需要开坡口(或小角度V 形坡口), 减少填充金属量,焊后不需清渣,极大地节省时间, 提高焊接生产率;其次,焊接热输入较低,热影响区 小,焊接应力和变形小,裂纹倾向小,焊接接头力学 性能好;且窄间隙熔化极气体保护焊可用于平焊、 立焊、横焊等位置焊接,使用范围广泛[7 -9]。窄间隙 焊接方法在TBM上的应用,进一步推进掘进机制造 技术的自动化、智能化。为验证窄间隙焊接技术性 能的可靠性,在应用于产品焊接之前,对Q345B 钢 板的窄间隙MAG 焊焊接工艺进行研究。 2 试验材料与方法 2.1 试验材料 焊接材料的选择原则是以母材的力学性能为 出发点,选择相应强度级别的焊接材料,根据设计 要求和生产实际情况,焊丝选用1.2 mm 的ER50 6 焊丝。试验所使用母材为Q345B 钢板,供货状态 为热轧态,试板规格500 mm ×125 mm ×60 mm,保 护气体为80%Ar +20%CO2。Q345B 钢板的化学成 分及力学性能分别列于表1、表2[10]。 表1 Q345B 的化学成分% 成分C Si Mn P S Nb V Ti Cr Ni Cu N Mo Q345B ≤0.2 ≤0.5 ≤1.7 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.07 ≤0.15 ≤0.2 ≤0.3 ≤0.5 ≤0.3 ≤0.012 ≤0.1 表2 Q345B 力学性能 试验材料规格/mm 屈服强度ReL/MPa 抗拉强度Rm /MPa 断面收缩率A/% 冲击吸收功Akv /J Q345B 60 ≥325 470 ~630 ≥19 ≥34 表3 焊接工艺参数 焊接方法焊接位置焊接材料电流极性 焊丝规 格/mm 焊接电 流/A 电弧电压/V 1 次保护气体 流量/(L·min -1 ) 2 次保护气体 流量/(L·min -1 ) 窄间隙MAG 焊平焊ER506 直流正接1.2 190 ~260 22 ~27 15 ~20 30 ~40 2.2 焊接工艺 试验采用如图1 所示坡口形式,焊前坡口表面 及两侧20 ~50 mm 范围内,将铁锈、油污、水、氧化 皮等杂质清理干净,呈现金属光泽。背面贴敷陶瓷 衬垫,利用陶瓷衬垫的耐高温性作背面焊缝成型的 依托,实现单面焊双面成型。注意保证衬垫与板材 紧密贴合,防止空气进入焊缝,保证焊接质量。 图1 坡口形式 图2 波状焊丝法 为保证每一道焊层与坡口两侧熔合均匀,焊丝在 坡口内采取波状摆动措施,如图2 所示[11 -13]。焊接 工艺参数如表3 所示,采用多层单道焊,焊接过程中 注意保持层间温度150 ~250 ℃,焊后清渣、去飞溅。 3 试验结果与分析 3.1 外观检测 焊后,对焊接接头进行外观检查,焊缝表面成 形良好,无裂纹、咬边、气孔等缺陷。 3.2 超声波探伤 外观检查合格后,对焊缝进行100%超声波 探伤,探伤符合JB /T 4730.3 -2005 要求,Ⅰ级 合格。 图3 宏观组织 3.3 金相组织 3.3.1 宏观组织 焊接接头横截面 经腐蚀后的宏观组织 形貌如图3 所示,焊 接接头包括焊缝区、 熔合区及热影响区。焊缝中无裂纹、未熔合等现象。 74 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1) ·设备/仪器· 3.3.2 显微组织 图4(a)、(b)、(c)、(d)分别为焊缝区、熔合区、 热影响区及母材在500 倍时的金相组织,均未发现 明显裂纹。金相组织显示,焊缝区(a)为索氏体加 铁素体,熔合区(b)及热影响区(c)组织为下贝氏 体,下贝氏体具有较高的强度、硬度、塑性及韧性相 配合的优良力学性能。(d)组织为铁素体加索氏 体。在焊接接头各区中均未发现魏氏组织,焊接接 头综合性能良好。 图4 显微组织 3.4 力学性能 3.4.1 拉伸性能 拉伸试验使用型号为WAW1000 电液伺服万 能试验机。根据GB/T 2651 -2008《焊接接头拉伸 试验方法》在室温下进行拉伸试验,所得试验数据 如表4 所示。从表中结果可知,拉伸试样断裂位置 为母材,焊接接头强度及塑性均较好,满足使用 要求。 表4 室温拉伸试验 试样 编号 尺寸d/mm 屈服强 度Re /MPa 抗拉强 度Rm /MPa 断面收缩 率A/% 断裂 部位 试样1 15.7 ×25.0 360 526 28.5 母材 试样2 15.0 ×25.0 327 530 30.0 母材 试样3 15.0 ×24.8 326 526 28.0 母材 试样4 15.0 ×25.0 329 531 30.0 母材 3.4.2 弯曲试验 弯曲试验使用型号为WE60 万能材料试验机。 根据GB/T 2653 -2008 的要求进行弯曲试验,试验 结果列于表5。试样经180°弯横向侧弯曲试验后无 缺陷(d =3a),表明焊接接头连续、致密、具有优良 的塑性,满足使用要求。 表5 室温弯曲试验 试样 编号 试样 类型 试样厚 度/mm 弯心 直/mm 弯曲角 度/(°) 试验 结果 试样3 侧弯10 30 180 无缺欠 试样4 侧弯10 30 180 无缺欠 试样5 侧弯10 30 180 无缺欠 试样6 侧弯10 30 180 无缺欠 3.4.3 冲击试验 冲击试验按GB/T 229 -2007 标准执行,试验 数据见表6。从表中数据可知焊接接头冲击吸收功 高于规定值,且有较大富余量,冲击韧性优良。 表6 低温冲击试验 试样 编号 试样尺 寸/mm 夏比V 型 缺口位置 试验温 度/℃ 冲击吸收 功/J 试样7 10 ×10 ×55 焊缝室温124 试样8 10 ×10 ×55 焊缝室温89 试样9 10 ×10 ×55 焊缝室温103 试样10 10 ×10 ×55 热影响区室温107 试样11 10 ×10 ×55 热影响区室温43 试样12 10 ×10 ×55 热影响区室温113 4 结论 通过对Q345B 窄间隙MAG 焊工艺进行研究 可知,采用窄间隙MAG 焊焊接厚板焊缝组织均 匀,晶粒细小,焊接接头性能优异,证明所使用焊 接工艺合理,该工艺可在敞开式TBM结构件焊接 中应用。 参考文献 [1] 竺维彬,鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M]. 北京:中国科学技术出版社,2005:5 -19. [2] 刘术臣.TBM技术发展方向及其国内应用前景[J]. 铁道建筑技术,2010(S1):1 -3. [3] Rohola Hasanpour.Advance numerical simulation of tun neling by using a double shield TBM[J].Computers and Geotechnics,2014(57):37 -52. (下转第81 页) 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1) 75 ·设备/仪器· 上述所得结果可以为TBM滚刀破岩时的磨损量预 测提供参考。 致谢 感谢天津大学亢一澜教授课题组对本 文提供的技术指导和软件支持。 参考文献 [1] 钱七虎,李朝甫.隧道掘进机在中国地下工程中应用 现状及前景展望[J].地下空间,2002,22(1):1 -11. [2] 王森昌.锦屏引水洞高地应力地质条件下TBM施工对 策[J].铁道建筑技术,2011(4):28 -33. [3] 李文新.双护盾TBM选型及技术配置[J].铁道建筑 技术,2010(10):66 -70. [4] 吴晓志.中天山隧道TBM 掘进效率影响因素分析 [J].铁道建筑技术,2009(11):24 -26. [5] 田雨.考虑岩石围压与损伤的TBM 盘形滚刀受力的 数值模拟分析[D].天津:天津大学,2010:1 -8. [6] Frenzel C,Ksling H,Thuro K.Factors influencing disc cutter wear[J].Geomechanics and Tunnelling,2008,1 (1):55 -60. [7] 万治昌,沙明元.盘形滚刀的使用与研究(1 ): TB880E 型掘进机的秦岭隧道施工中的应用[J].现代 隧道技术,2002,39(5):1 -11. [8] Bruland A.Hard rock tunnel boring[D].Trondheim: Norwegian University of Science and Technology,1998: 34 -55. [9] 万治昌,沙明元,周雁领.盘形滚刀的使用与研究 (2)-TB880E 型掘进机在秦岭隧道施工中的应用 [J].现代隧道技术,2002,39(6):1 -12. [10]金艳秋,刘志华,杨亮,等.引洮工程9 号隧洞TBM 滚刀磨损原因分析[J].建筑机械化,2011,32(6): 79 -81. [11] Wang L,Kang Y,Cai Z,et al.The energy method to predict disc cutter wear extent for hard rock TBMs[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2012, 28:183 -191. [12]黄平华.岩石掘进机(TBM)刀具消耗预测研究[J]. 隧道建设,2008,28(3):373 -375. [13] YaralO,Ya爧ar E,Bacak G,et al.A study of rock abrasivity and tool wear in coal measures rocks[J].Inter national Journal of Coal Geology,2008,74(1):53 -66. [14]谭青,易念恩,夏毅敏,等.TBM 滚刀破岩动态特性 与最优刀间距研究[J].岩石力学与工程学报,2012, 31(12):2453 -2464. [15]满林涛,李守巨.盘形滚刀破岩过程有限元数值模拟 [J].Engineering construction,2011,43(4):1 -5. [16]张珂,王腾跃,孙红,等.全断面岩石掘进机盘形滚 刀破岩模拟[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版), 2010,11(26):1 -5. [17]Kolymbas D.Tunnelling and tunnel mechanics:A ration al approach to tunnelling[M].Springer:SpringerVerlag Berlin and Heidelberg GmbH &Co.K,2005. [18]李丰华.基于接触力学的盘形滚刀磨损量估算方法 [D].天津:天津大学,2012: 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 22 -35. (上接第75 页) [4] M.Eftekhari,A.Baghbanan,R.Bagherpour.The effect of fracture patterns on penetration rate of TBMin fractured rock mass using probabilistic numerical approach [J]. Arabian Journal of Geosciences,2014(12):5321 -5331. [5] 吴晓志.中天山隧道TBM掘进效率影响因素分析 [J].铁道建筑技术,2009(11):24 -26. [6] 黄宗仁,李桓,黄炳炎,等.窄间隙自动焊在核电厂主 管道焊接中的应用[J].焊接技术,2015(1):36 -39. [7] H.C.Cui,Z.D.Jiang,X.H.Tang.Research on nar rowgap GMAW with swing arc system in horizontal posi tion[J].The International Journal of Advanced Manufac turing Technology,2014,74(1 -4):297 -305. [8] 陈祝年.焊接工程师手册[M].北京:机械工业出版 社,2002:415 -417. [9] Qing Jie Sun,Hai Feng Hu,Xin Yuan.Research Status and Development Trend of NarrowGap TIG Welding[J]. Advanced Materials Research,2011(308):1170 -1176. [10]程元义.高强钢焊接工艺研究及分析[J].铁道建筑 技术,2012(10):49 -51. [11]陈淑惠.焊接方法与设备[M].北京:高等教育出版 社,2009:174 -176. [12]杨学兵,唐伟.窄间隙TIG/MAG/SAW焊接技术[J]. 电焊机,2010(7):14 -17. [13] AF KNYAZ KOV,N YU KRAMPIT,A G KRAMP I T. Improving the process of NarrowGap PulseArc CO2 Weld ing[J].Welding International,2004(6):486 -488. 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1) 81

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