CN109967840B - 一种建筑结构用钢q420gjd埋弧自动焊焊接工艺 - Google Patents

一种建筑结构用钢q420gjd埋弧自动焊焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑结构用钢Q420GJD埋弧自动焊焊接工艺，结构钢Q420GJD的板厚为40‑50mm，焊接材料用CHW‑SG/CF101GX；焊剂使用前严格烘焙；根据母材厚度选择X形坡口；焊前预热温度80‑110℃；采用多层多道焊接工艺，层间温度150‑180℃；焊接电流610±10A，焊接电压30‑33V，焊接速度40±1cm/min、线能量27.5‑32KJ/cm。经验证，其埋弧自动焊焊接工艺生产的结构钢焊接产品，完全可获得良好的焊接综合性能，且与母材性能等同效果；完全符合GB/T 19879‑2015标准和建筑结构工程用钢规范要求。线能量增加、生产率提高、焊接质量稳定可靠。

Description

一种建筑结构用钢Q420GJD埋弧自动焊焊接工艺
技术领域
本发明涉及建筑结构用钢的焊接工艺，尤其涉及一种Q420GJD的焊接工艺。
背景技术
高层建筑用的钢板简称高建钢，它具有易焊接、抗震、抗低温冲击等性能，主要应用于高层建筑、超高层建筑、大跨度体育场馆、机场、会展中心以及钢结构厂房等大型建筑工程；现已成为国际上建筑结构的发展方向。
但建筑结构用钢Q420GJD强度高，焊接易产生裂纹，焊接难度增加；为获得良好的Q420GJD钢的焊接质量，其焊接工艺在钢结构工程中显得十分重要。
本发明选用合适的化学成分Q420GJD钢板作为母材，采用合理的埋弧自动焊焊接工艺参数，可获得焊接的综合性能与母材等效结果；完全能满足GB/T19879-2015和高层建筑工程结构用钢要求。且线能量增加，生产率提高，质量稳定。
公开号CN105499770B发明涉及一种建筑结构用钢Q420GJC埋弧自动焊焊接工艺，采用母材Q420GJC的最大厚度25mm，焊接热输入线能量≤23.8KJ/cm，焊接速度34-37.0cm/min；其发明强调的是母材厚度10-25mm、母材材质Q420GJC的质量等级为C级；母材厚度小、质量等级低，线能量小。
公开号CN 105598563 B发明涉及一种建筑结构用钢Q420GJC的气体保护焊焊接工艺，采用母材Q420GJC的厚度为25mm，在≥-10℃的室温下，气体保护焊焊接采用焊前母材预热100-150℃、V形坡口60°、焊接速度34-36cm/min、线能量10.4-11.3KJ/cm；其发明强调的是母材厚度3-25mm、母材材质Q420GJC，气体保护焊焊接选择V形坡口55°—60°或X形坡口：正面55°、反面60°。母材厚度小、质量等级为C级。
现有焊接高强度建筑结构用钢选择的母材，质量等级低如C级(0℃)；线能量较小，生产率低；焊接易产生裂纹，质量不稳定。
发明内容
本发明选用母材为化学成分改善的Q420GJD钢板，并对埋弧自动焊焊接工艺参数进行调整，获得焊接后的综合性能与母材等效的结果；并满足GB/T19879-2015和高层建筑工程结构用钢要求。同时能够适应线能量的增加，提高生产效率，稳定焊接质量。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种建筑结构用钢Q420GJD埋弧自动焊焊接工艺，结构钢Q420GJD的板厚为40-50mm，焊接工艺如下：
1)焊接材料用CHW-SG/CF101GX，焊丝直径4.0mm；
2)焊剂使用前严格烘焙，烘焙温度330-350℃、烘焙时间2小时以上；
3)根据母材厚度选择X形坡口，正、反面60°，钝边2-3mm，根部间隙0-3mm；
4)焊前预热温度80-110℃；
5)采用多层多道焊接工艺，层间温度150-180℃，高于预热温度；
6)焊接参数：焊接电流610±10A，焊接电压30-33V，焊接速度40±1cm/min、线能量27.5-32KJ/cm。
母材结构钢Q420GJD的熔炼化学成分是以Fe为基础元素并包含如下重量百分比的C：0.09～0.15％，Si：0.10～0.40％，Mn：1.2～1.70％，P：≤0.010％，S：≤0.008％，Cr：≤0.30％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V+Nb+Ti：0.05～0.10％，N：≤0.0070％及不可避免的杂质元素；
碳当量％＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，碳当量％≤0.45％。
经检测，焊接后的屈服强度≥430MPa，抗拉强度≥560MPa；屈强比≤0.80，焊缝区和热影响区1/4厚度处、1/2厚度处的-20℃纵向冲击功≥90J，达到了和母材等效的结果。
本发明选择Q420GJD母材的冶炼成分中主要元素匹配埋弧焊接的原理说明如下：
碳(C)：C在钢的组织中以渗碳体或珠光体形式存在时能产生很大的相变强化，提高了强度。但焊接时，含碳量增加，母材热影响区的冷裂纹倾向增大。为需要保证钢板强度的同时，又要具有一定的焊接性能和低温冲击韧性；本发明选择钢中的C含量控制为0.09～0.15％。
锰(Mn):Mn元素在Fe中形成置换式固溶体的溶质元素；Mn主要通过固溶强化和铁素体晶粒细化起到强化作用。当钢中Mn含过量低时，无法充分确保钢的强度作用。但过高的Mn含量则会增加钢的碳当量从而损坏其焊接性能，也有使晶粒粗化并增加回火脆性敏感性的倾向。本发明要求Mn含量控制为1.2～1.7％。
硫(S)：在低合金钢中，S的含量提高，连铸坯则容易形成大尺寸的MnS夹杂，从而恶化中心偏析，给钢板的心部组织和性能带来危害；即钢的塑性、韧性下降。因此，优选S含量尽可能低，但过低导致除S的生产成本高涨。为此，控制S≤0.008％。
铌(Nb):Nb能在低合金钢加热时阻止晶粒长大；在轧制过程中通过应变诱导，析出Nb的碳化物沉淀在晶界和位错上，阻止奥氏体形变再结晶，达到细化晶粒；有沉淀强化作用；能改善钢的显微组织，提高性能。过高的Nb含量对焊接性能有不利的影响。本发明对其含量进行控制。
钒(V)：V除了具备Nb元素特性外，Nb-V复合加入时，其强度比单独加Nb的高。同时还可使奥氏体晶粒进一步细化，使冷却后的铁素体晶粒更细小，有利于韧性的改善。但若添加量过高，则将降低材料的韧性和焊接性能。
钛(Ti):它是强化固N元素。在复合低微合金钢中，与N结合生成高温稳定性较高的TiN粒子，起到钉扎晶界，抑制奥氏体晶粒的长大(温度≤1350℃)，从而改善钢板及其HAZ区的低温韧性，从而提高焊接性能，因此其含量要
≥0.007％；但当含量超过0.020％时，会引起HAZ区韧性的降低，因此优选Ti的含量为0.007～0.020％。
硅(Si):Si在钢中不形成碳化物。但它在铁中的固溶度较大，能显著强化铁素体，其固溶强化效果高于Mn。但Si≥0.70％时，则强度增加，韧性下降。
镍(Ni):Ni是非碳化物形成元素。它降低共析点的含C量，增加珠光体的体积分数，有利于提高强度；降低Ar3转变，使铁素体晶粒变细，提高韧性。但Ni含量过高时，钢板表面易生成黏性较高的氧化铁皮，难以去除；还易与许多元素形成低熔共晶，而易于产生裂纹，增加焊接难度。本发明对其含量进行控制。
磷(P)：在一般情况下,磷是为杂质元素，会给母材和焊接热影响区(HeatAffected Zone，以下简称HAZ)的韧性带来不利的影响，所以其含量应尽可能的少，本发明选择其含量≤0.010％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明选用合适(熔炼)化学成分Q420GJD的钢板作为母材，质量等级高(-20℃)，控制埋弧自动焊接工艺，可获得焊接的综合性能与母材等效结果；完全能满足GB/T 19879-2015和高层建筑工程结构用钢的焊接质量要求。且线能量大，生产效率高，质量稳定。
附图说明
图1为本发明50mm厚Q420GJD母材埋弧自动焊焊接坡口。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
厚度50mm的Q420GJD母材是以Fe为基础元素并包含如下重量百分比的C：0.09～0.15％，Si：0.10～0.40％，Mn：1.2～1.70％，P：≤0.010％，S：≤0.008％，Cr：≤0.30％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V+Nb+Ti：0.05～0.10％，N：≤0.0070％及不可避免的杂质元素，本实施例的母材成分参见表1。机械性能参见表2。
焊接工艺：焊前母板预热温度120℃，采用多层多道焊接工艺，层间温度160℃，其他焊接参数见表3。焊剂使用前严格烘焙，烘焙温度350℃、烘焙时间2小时；母材选择X形坡口，正、反面60°，钝边2mm，根部间隙0-3mm；焊前预热温度110-140℃；焊接参数参见表3。
表1 Q420GJD厚度50mm钢板的熔炼化学成分表(％)
元素 C Si Mn P S Cr Ni+V+Nb Ti CEV
含量 0.13 0.30 1.45 0.008 0.005 0.07 ≤0.21 0.012 ≤0.41
表2 Q420GJD厚度50mm钢板性能指标表
Figure GDA0002944200190000041
表3 Q420GJD厚度50mm钢板埋弧自动焊焊接工艺参数表
Figure GDA0002944200190000042
表4 Q420GJD厚度50mm钢板焊接后性能检测结果
Figure GDA0002944200190000043
焊接检测结果参见表4，焊接工艺评定为合格。根据表2和表4的结果，焊接后性能与母材性质等效。且能够适应较大线能量焊接，焊接效率更高。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种建筑结构用钢Q420GJD埋弧自动焊焊接工艺，其特征在于：结构钢Q420GJD的板厚为40-50mm，焊接工艺为
1)焊接材料用CHW-SG/CF101GX，焊丝直径4.0mm；
2)焊剂使用前严格烘焙，烘焙温度330-350℃、烘焙时间2小时以上；
3)根据母材厚度选择X形坡口，正、反面60°，钝边2-3mm，根部间隙0-3mm；
4)焊前预热温度80-110℃；
5)采用多层多道焊接工艺，层间温度150-180℃，高于预热温度；
6)焊接参数：焊接电流610±10A，焊接电压30-33V，焊接速度40±1cm/min、线能量27.5-32KJ/cm；
结构钢Q420GJD的熔炼化学成分是以Fe为基础元素并包含如下重量百分比的C：0.09～0.15％，Si：0.10～0.40％，Mn：1.2～1.70％，P：≤0.010％，S：≤0.008％，Cr：≤0.30％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V+Nb+Ti：0.05～0.10％，N：≤0.0070％及不可避免的杂质元素；
碳当量％＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，碳当量％≤0.45％。
2.根据权利要求1所述的建筑结构用钢Q420GJD埋弧自动焊焊接工艺，其特征在于：焊接后的屈服强度≥430MPa，抗拉强度≥560MPa；屈强比≤0.80，焊缝区和热影响区1/4厚度处、1/2厚度处的-20℃纵向冲击功≥90J，达到了和母材等效的结果。
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