CN102139418B - 一种屈服强度800MPa低合金高强钢不预热强度梯度匹配焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种屈服强度800MPa低合金高强钢不预热强度梯度匹配焊接工艺属于低合金高强钢不预热焊接技术领域。该焊接工艺主要包括采用抗拉强度500MPa焊丝打底焊，抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊。本发明主要解决背景技术中在大拘束度焊接结构中由于打底焊缝抗拉强度较高在不预热条件下不能完全消除裂纹的技术问题。本发明的工艺方法用于屈服强度800MPa低合金高强钢不预热优质焊接。

Description

一种屈服强度800MPa低合金高强钢不预热强度梯度匹配焊接工艺

技术领域

本发明提出的一种屈服强度800MPa低合金高强钢不预热强度梯度匹配焊接工艺属于低合金高强钢不预热焊接技术领域，特别涉及到采用抗拉强度500MPa焊丝打底焊、抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊。

背景技术

随着机械工业的迅速发展，焊接结构也日益大型化、轻量化。由于低合金高强钢具有良好的焊接性、优良的可成形性及较低的制造成本，因此被广泛用于压力容器、车辆、桥梁、建筑、工程机械、矿山机械、农业机械、纺织机械、海洋结构、船舶、电力、石油化工、军工产品及航空航天等领域，已成为大型焊接结构中最主要的结构材料之一。

低合金高强钢含有一定的合金元素及微合金化元素，淬硬倾向大，具有很强的焊接冷裂纹敏感性，对于屈服强度800MPa级低合金高强钢更为显著，焊接冷裂纹、焊接热影响区脆化和软化已成为低合金高强钢焊接所面临的主要问题。

在生产中，通常采用焊前预热、焊后热处理来避免焊接裂纹的产生。焊前预热、焊后热处理无疑在使生产工艺复杂、增加生产成本、降低生产效率和恶化工作环境的同时，也会增大焊接热影响区软化倾向，尤其在焊接屈服强度800MPa级低合金高强钢时更为明显。在一些特殊的焊接结构中，很难实现预热甚至不允许采用预热，这大大限制了低合金高强钢的应用。若能实现屈服强度800MPa级低合金高强度钢不预热焊接，对简化焊接工艺、提高焊接接头性能、降低生产成本和改善工作环境将具有重要的意义。

改善钢材的焊接性、开发抗裂性好的焊接材料、采用先进的焊接方法以及低强匹配焊接工艺是实现低合金高强钢不预热焊接的四种主要途径。传统的低强匹配焊接工艺可以降低低合金高强钢焊接预热温度，但需要通过增加焊缝余高来保证整体结构的强度要求，这种方法不仅容易引起焊趾部位的应力集中，使制造难度增加，同时改变了焊接结构的几何尺寸，如何控制焊缝余高的几何尺寸成为生产中的瓶颈问题。

对于屈服强度800MPa的低合金高强度而言采用低强度匹配可以一定程度解决低合金高强度不预热问题，通常采用打底焊焊丝抗拉强度较高，例如抗拉强度600MPa或700MPa，在拘束度较大的焊接结构中这种打底焊在不预热条件下不能完全消除裂纹。

发明内容

针对背景技术中屈服强度800MPa低合金高强度钢不预热焊接工艺存在的不足，本发明提出打底焊采用抗拉强度500MPa焊丝的技术方案，从而得到无焊接裂纹的不预热焊接工艺。

本发明技术方案如下：

一种屈服强度800MPa低合金高强度不预热强度梯度匹配焊接工艺，包括打底焊和填充及盖面焊，

其特征在于，

1)采用抗拉强度500MPa焊丝打底焊，抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊；

2)上述打底焊和填充及盖面焊均采用活性气体保护焊，两者焊接热输入都为9kJ～20kJ/cm，保护气体为Ar+20％CO₂，其气体流量均为18L/min～22L/min；

3)打底焊根部焊道焊完后立即用角磨机、炭弧气刨或等离子气刨中一种清理焊道背面后再继续施焊；填充及盖面焊连续施焊直到焊接完成，焊道间温度应控制为100℃～150℃；

4)抗拉强度500MPa焊丝化学成分(质量百分比)为：

C 0.08，Si 0.91，Mn 1.52，S 0.011，P 0.010其余为Fe，

该焊丝熔敷金属力学性能为：抗拉强度R_m545MPa，屈服强度R_eL435MPa，断后伸长率A26.0％；该焊丝熔敷金属扩散氢含量为0.6mL/100g(水银法)；抗拉强度800MPa焊丝的化学成分(质量百分比)为：

C 0.08％，Si 0.63％，Mn 1.77％，S 0.002％，P 0.011％，Ni 1.16％，Mn 0.28其余为Fe；

该焊丝熔敷金属力学性能为：抗拉强度R_m855MPa，屈服强度R_eL795MPa，断后伸长率A20.0％；

该焊丝熔敷金属扩散氢含量为1.4mL/100g(水银法)。

本发明的技术要点在于，经苛刻的斜Y坡口裂纹敏感性试验确定的抗拉强度500MPa焊丝打底焊，由于该焊缝塑性屈服强度低、塑性好，在焊接接头冷却过程中能产生较大的塑性变形以缓解焊缝根部应力集中，降低裂纹敏感性；同时打底焊采用的抗拉强度500MPa焊丝具有超低的扩散氢含量(0.6mL/100g)，也可以避免焊缝根部因氢浓度过高引起氢致裂纹。

采用本发明的一种屈服强度800MPa低合金高强钢不预热强度梯度匹配焊接工艺得到的焊缝成型良好，经超声波和X探伤均未发现裂纹和其它缺陷，该焊接工艺与背景技术中类似的采用抗拉强度600MPa或700MPa焊丝打底焊焊接工艺相比，大拘束条件下的屈服强度800MPa低合金高强钢焊接接头能够完全消除焊接裂纹，焊接质量更加可靠。

本发明的焊接工艺主要包括

1、焊接接头坡口为V型或X型，坡口角度为60°，钝边0～1mm，根部间隙1～2mm；

2、焊前利用钢丝刷或酸洗液去除焊接区域油污和铁锈；

3、采用抗拉强度500MPa焊丝打底焊，抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊；打底焊正面根部焊道焊完后立即用角磨机、碳弧气刨或等离子气刨中的一种清理焊缝根部后再继续施焊，填充及盖面焊连续施焊直到焊完为止，道间温度应控制为100℃～150℃。

4、上述打底焊和填充及盖面焊均用Ar+20％CO₂气体保护焊，保护气体流量为18L/min～22L/min，焊接工艺参数为焊接电流240A～280A，焊接电压28V～32V，焊接速度300mm/min～500mm/min，焊接热输入9kJ/cm～20kJ/cm。

附图说明

图1利用斜Y坡口裂纹敏感性试验方法试验打底焊采用具有不同抗拉强度的焊丝的抗裂性

(a)抗拉强度500MPa焊丝

(b)抗拉强度600MPa焊丝

(c)抗拉强度700MPa焊丝

图2利用斜Y坡口裂纹敏感性试验方法试验利用抗拉强度500MPa焊丝打底焊、抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊的焊接接头的抗裂性

图1(a)表示抗拉强度500MPa焊丝抗裂性良好，整个斜Y坡口试验打底焊焊缝无裂纹，而图1(b)和图1(c)则可以明显看出，抗拉强度600MPa和700MPa焊丝打底焊的斜Y坡口试验焊缝均产生根部裂纹。

图2表示，利用抗拉强度500MPa焊丝打底焊和抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊斜Y坡口试验，整个焊缝也无裂纹。

该两附图表明，采用抗拉强度500MPa焊丝打底焊和利用抗拉强度500MPa焊丝打底焊，同时利用抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊的焊接工艺其抗裂纹性明显优于采用抗拉强度600MPa焊丝和抗拉强度700MPa焊丝打底焊的焊接工艺。

具体实施方式

被焊金属材料是厚度28mm的HQ785T1低合金高强钢，采用X型坡口，坡口角度60°，无钝边，根部间隙1mm。

打底焊采用抗拉强度500MPa焊丝，填充及盖面焊采用抗拉强度800MPa焊丝，这两种焊丝直径均为1.2mm

利用钢丝刷将坡口及坡口面两侧50mm范围内的锈蚀、油污清理干净，直至露出金属光泽。

打底焊和填充焊都采用Ar+20％CO₂混合气体保护焊，两者的焊接工艺参数均为：焊接电压29V、焊接电流260A、焊接速度300mm/min、焊接热输入15kJ/cm、保护气体流量20L/min。

打底焊根部焊道焊完后立即用角磨机清理焊道根部，填充及盖面连续焊至焊接完成，道间温度应为100℃～150℃。

最终焊接接头成型良好，经超声波探伤和X射线探伤，未发现焊接缺陷。焊接接头的力学性能为：抗拉强度835MPa，180°侧弯试验(压头直径40mm)合格，焊缝处V形缺口冲击吸收能量KV₂(-40℃)大于80J。

Claims (1)

1.一种屈服强度800MPa低合金高强钢不预热强度梯度匹配焊接工艺，包括打底焊和填充及盖面焊，

其特征在于，

1）采用抗拉强度500MPa焊丝打底焊，抗拉强度800MPa焊丝填充及盖面焊；

2）上述打底焊和填充及盖面焊均采用Ar+20%CO₂活性气体保护焊，两者焊接热输入都为9kJ/cm～20kJ/cm，其气体流量均为18L/min～22L/min；

3）打底焊根部焊道焊后立即用角磨机、碳弧气刨或等离子气刨中的一种清理焊道背面后再继续施焊；填充及盖面焊连续施焊直到焊接完成，焊道间温度应控制为100℃～150℃；

4）抗拉强度500MPa焊丝化学成分（质量百分比）为：

C 0.08%,Si 0.91%,Mn 1.52%,S 0.011%，P 0.010%其余为Fe，

该焊丝熔敷金属扩散氢含量为0.6mL/100g（水银法）

抗拉强度800MPa焊丝的化学成分（质量百分比）为：

C 0.08%,Si 0.63%,Mn 1.77%,S 0.002%，P 0.011%，Ni 1.16%,Mo 0.28%其余为Fe；

该焊丝熔敷金属扩散氢含量为1.4mL/100g（水银法）。

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