CN103317216B - 抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢的气保对接焊接方法 - Google Patents
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Abstract
抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢的气保对接焊接方法：适用的基板力学性能：Rm≥650MPa、ReL≥585MPa，A≥18%，-60oCKV2≥69J；24mm及32mm等厚对接焊；坡口形式：当板厚为24mm，为双面单V型坡口，当板厚为32mm，为双面V型对称坡口，坡口角度均为60°，钝边均为1.5mm；匹配的焊丝抗拉强度≥700MPa，直径Ф1.2mm；焊接电流250~280A、电压30~28V、速度35~26cm/min、线能量13~18kJ/cm、采用富氩作保护气；连续施焊，以使焊缝填满为止。本发明的特点在于接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，接头三区的<b>-</b>60oCKV2冲击功达到100~134J，且焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺，也无需清根。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强钢的厚板气保护焊接方法，具体属于用于抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢的气保对接焊接方法。
背景技术
随着我国船舶、海洋平台及大型工程结构建设的发展，对造船、海洋平台、大型工程结构用钢的需求质量和数量也在不断的提高，对钢种的强度及韧性也提出更高的要求。为了满足我国对造船、海洋平台、大型工程结构用钢的发展需求，人们不断研制开发适用的高强度、高韧性、低温（-60oC）冲击韧性也有较大的提高的钢种。随着这种材料的研发成功，对与之相匹配的焊接材料及焊接工艺提出了迫切的要求。否则，会直接阻碍船舶、海洋平台及大型工程结构建设用钢的推广应用及后续开发。
目前，对于新开发的抗拉强度≥650MPa级船舶、海洋平台及大型工程结构建设用钢，如果采用650~750MPa级气保护焊接材料与焊接工艺与其匹配，经试验，其熔敷金属冲击功与实际接头韧性远不能满足要求，尤其是与高韧性的基材相比，其韧性指标相差太远。
经检索，中国专利号为200910062156.1的专利文献，其公开了《一种用于高强度桥梁钢厚板K型接头气保焊接方法》，其采用的焊接基材为：抗拉强度Rm：570~650MPa、屈服强度ReL：420~490MPa，延伸率：A18~24%，冲击功-40oCKV2：120~270J的桥梁钢，板厚度为36~50mm；匹配的焊丝抗拉强度为大于600MPa，焊丝直径Ф1.2mm；气保焊坡口采用双面K型对称坡口，坡口角度为50°~55°，钝边为2mm；在焊接电流260~250A、焊接电压23~22V、焊接速度29~20cm/min、焊接线能量12~17kJ/cm、采用体积百分比为20%CO2加上80%Ar的富氩作保护气体且其流量控制在18~20L/min的条件下连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在100~150℃的气保焊接方法，且焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺。其存在的不足是焊接的钢种强度级别低，即抗拉强度级别在570~600MPa，焊接材料的强度级别也低，即为600MPa，且钢种服役条件，即接头仅为-40oCKV2大于47J。而本发明申请适用的基材抗拉强度级别在650~730MPa，焊接材料的强度级别大于700MPa。且焊接接头在-60oC下的低温冲击功要大于69J。
对于高强度大型结构的建造，其解决的关键问题是在保证安全服役的前提下，焊接后结构不变形、无裂纹产生，接头具有优良力学性能及低温韧性。然而众所周知，随着基材的强度的增加，在焊前不预热，焊后不热处理的情况下，保证焊接过程中大型钢结构防裂、防断成为制造过程的首要关键技术。而大型钢结构制造过程进行焊前预热，焊后热处理意味着施工环境、制造成本及制造周期的困难，无法满足施工的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于解决抗拉强度≥650MPa级，-60oC低温钢的气保焊接对接的问题，提供一种在该级别钢保证安全服役的前提下，焊接后结构不变形、无裂纹产生，焊接接头在-60oC下的低温冲击功不低于100J，且焊前不预热，焊后不进行热处理的用于抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢的气保对接焊接方法。
实现上述目的的措施
抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢的气保对接焊接方法，其步骤：
（1）适用的基板力学性能为：抗拉强度为Rm≥650MPa、屈服强度ReL≥585MPa，延伸率：A≥18%，冲击功-60oCKV2≥69J；基板厚度：24mm及32mm等厚对接焊接；焊接方式为气保对接焊；
（2）坡口形式：当板厚为24mm时，采用双面单V型坡口，坡口角度为60°，钝边1.5mm；
当板厚为32mm时，采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1.5mm；
（3）匹配的焊接材料：匹配的焊丝抗拉强度≥700MPa，焊丝直径Ф1.2mm；
（4）焊接的工艺参数：焊接电流250~280A、焊接电压30~28V、焊接速度35~26cm/min、焊接线能量13~18kJ/cm、采用体积百分比为20%CO2加上80%Ar的富氩作保护气体，且其流量控制在18~20L/min的条件下连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在170~210℃。
其特征在于：所述焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.06~0.12%、Si≤1.0%、Mn≤2.1%、Ni≤1.40%、Ti≤0.13%、Cu≤0.40%、Mo≤0.50%、P≤0.015%、S≤0.010%，其余为铁及不可避免的杂质。
本发明具有如下优点：
（1）本发明能满足船舶、海洋平台及大型工程结构制造用钢气保焊焊接工艺，且气保焊接头过热区由于主要为贝氏体组织，焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，使接头具有优良的低温韧性，优良的抗裂性能，优良的断裂韧性，及接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，接头三区的-60oCKV2冲击功达到100~134J，其远高于基板对接接头三区-60℃KV2≥69J焊接性能标准。
（2）实现了船舶、海洋平台及大型工程结构用钢制造过程焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺，也无需清根；采用多层多道连续施焊工艺时焊缝仍具有较高的冲击功。
（3）本发明方法操作简便、使用方便，并且高效、节能，适用船舶、海洋平台及大型工程结构制造推广应用。
附图说明
图1为本发明焊接24mm钢板厚度对接接头坡口图；
图2为本发明焊接32mm钢板厚度对接接头坡口图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
本发明各实施例按照以下步骤生产，并在所限定范围内任意取值。
其步骤：
（1）适用的基板力学性能为：抗拉强度为Rm≥650MPa、屈服强度ReL≥585MPa，延伸率：A≥18%，冲击功-60oCKV2≥69J；基板厚度：24mm及32mm等厚对接焊接；焊接方式为气保对接焊；
（2）坡口形式：当板厚为24mm时，采用双面单V型坡口，坡口角度为60°，钝边1.5mm；
当板厚为32mm时，采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1.5mm；
（3）匹配的焊接材料：匹配的焊丝抗拉强度≥700MPa，焊丝直径Ф1.2mm；
（4）焊接的工艺参数：焊接电流250~280A、焊接电压30~28V、焊接速度35~26cm/min、焊接线能量13~18kJ/cm、采用体积百分比为20%CO2加上80%Ar的富氩作保护气体，且其流量控制在18~20L/min的条件下连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在170~210℃。
焊丝为在化学成分及重量百分比含量为：C：0.06~0.12%、Si≤1.0%、Mn≤2.1%、Ni≤1.40%、Ti≤0.13%、Cu≤0.40%、Mo≤0.50%、P≤0.015%、S≤0.010%，其余为铁及不可避免的杂质范围内任意配备制作的。
实施例1
试验施焊于海洋平台用钢：基板厚板组合为24mm+24mm，力学性能为：屈服强度ReL：655MPa，抗拉强度Rm:735MPa，延伸率A:19.5%，-40oCKV2冲击功:127J的基材试板；试板尺寸为600mm×400mm×24mm；
气保对接焊的坡口形状为双面单V形坡口，坡口角度为60°，钝边为1.5mm；
焊接材料匹配：焊接材料为抗拉强度≥700MPa焊丝，焊丝直径Ф1.2mm；熔敷金属的力学性能为Rel=675MPa，Rm=740MPa，A=24%，Z=72%，冲击功-60℃KV2=173J；
焊接工艺参数：焊接电流250~260A，焊接电压30V，焊接速度为35cm/min，焊接线能量为13kJ/cm，保护气体为80%Ar+20%CO2。
经对基材试板采用多层多道连续施焊并填满，将层间温度控制在170~180℃，在焊前不预热、焊后不进行热处理的前提下，对接头力学性能进行检测，其焊缝抗拉强度Rm=720MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-60℃KV2=102J，熔合线冲击功-60℃KV2=134J，热影响区（0.5mm）-60℃KV2=121J。其焊接性能完全满足要求。
实施例2
试验施焊于海洋平台用钢：基板厚板组合为32mm+32mm，力学性能为：屈服强度ReL：655MPa，抗拉强度Rm:735MPa，延伸率A:19.5%，-40oCKV2冲击功:127J的基材试板；试板尺寸为600mm×400mm×32mm；
气保对接焊的坡口形状为双面V形对称坡口，坡口角度为60°，钝边为1.5mm；
焊接材料匹配：焊接材料为抗拉强度≥700MPa焊丝，焊丝直径Ф1.2mm；熔敷金属的力学性能为Rel=675MPa，Rm=740MPa，A=24%，Z=72%，冲击功-60℃KV2=173J；
焊接工艺参数：焊接电流280A，焊接电压28V，焊接速度为26cm/min，焊接线能量为18kJ/cm，保护气体为80%Ar+20%CO2。
经对基材试板采用多层多道连续施焊并填满，将层间温度控制在180~210℃，在焊前不预热、焊后不进行热处理的前提下，对接头力学性能进行检测，其焊缝抗拉强度Rm=725MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-60℃KV2=100J，熔合线冲击功-60℃KV2=109J，热影响区（0.5mm）-60℃KV2=124J。其焊接性能完全满足要求。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (3)
1.抗拉强度≥650MPa级工程机械用钢的气保对接焊接方法，其步骤：
基板厚板组合为24mm+24mm，力学性能为：屈服强度ReL：655MPa，抗拉强度Rm:735MPa，延伸率A:19.5%，-40oCKV2冲击功:127J的基材试板；试板尺寸为600mm×400mm×24mm；
气保对接焊的坡口形状为双面单V形坡口，坡口角度为60°，钝边为1.5mm；
焊接材料匹配：焊接材料为抗拉强度≥700MPa焊丝，焊丝直径Ф1.2mm；熔敷金属的力学性能为Rel=675MPa，Rm=740MPa，A=24%，断面收缩率Z=72%，冲击功-60℃KV2=173J；
焊接工艺参数：焊接电流250~260A，焊接电压30V，焊接速度为35cm/min，焊接线能量为13kJ/cm，保护气体为80%Ar+20%CO2。
2.抗拉强度≥650MPa级工程机械用钢的气保对接焊接方法，其步骤：
板厚板组合为32mm+32mm，力学性能为：屈服强度ReL：655MPa，抗拉强度Rm:735MPa，延伸率A:19.5%，-40oCKV2冲击功:127J的基材试板；试板尺寸为600mm×400mm×32mm；气保对接焊的坡口形状为双面V形对称坡口，坡口角度为60°，钝边为1.5mm；
焊接材料匹配：焊接材料为抗拉强度≥700MPa焊丝，焊丝直径Ф1.2mm；熔敷金属的力学性能为Rel=675MPa，Rm=740MPa，A=24%，断面收缩率Z=72%，冲击功-60℃KV2=173J；
焊接工艺参数：焊接电流280A，焊接电压28V，焊接速度为26cm/min，焊接线能量为18kJ/cm，保护气体为80%Ar+20%CO2。
3.如权利要求1或2所述的抗拉强度≥650MPa级工程机械用钢的气保对接焊接方法，其特征在于：所述焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.06~0.12%、Si≤1.0%、Mn≤2.1%、Ni≤1.40%、Ti≤0.13%、Cu≤0.40%、Mo≤0.50%、P≤0.015%、S≤0.010%，其余为铁及不可避免的杂质。
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