CN102179606A

CN102179606A - 一种1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺

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Publication number: CN102179606A
Application number: CN2011100404514A
Authority: CN
Inventors: 孙卫华; 张继明; 胡淑娥; 孙浩; 肖丰强; 冯勇; 刘晓美; 侯登义; 杜恒科; 朱延山; 田世永
Original assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-02-18
Also published as: CN102179606B

Abstract

本发明公开了一种1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺，它是在5℃以上的室内操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：(1)焊接工艺参数的确定；(2)焊前准备：制备坡口、对口装配；(3)装配定位焊要求；(4)氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底焊接；(5)氩气、二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接。(6)焊接后进行整体低温时效处理。采用本发明焊接工艺方法，解决了1000MPa级非调质型高强度钢的焊接问题，焊接接头的综合力学性能优良，接头的抗拉强度达到了与母材等强的目的，避免了焊接裂纹的产生。

Description

一种1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺

技术领域：

本发明涉及一种钢材的焊接方法，具体地说是一种1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺方法。

背景技术：

随着大功率推土机、挖掘机、大吨位汽车起重器、大型煤矿液压支架等工程机械设备不断向大型化发展，对钢板强度级别要求越来越高，1000MPa级高强钢逐渐被使用。对于1000MPa级高强钢，目前大部分采用调质工艺生产，获得的是马氏体组织。国内外调质工艺生产高强度钢板的成分设计思路比较接近，均体现Ni、Cr、Mo三种元素高而Mn低的特点。为增加钢的淬透性，必须向钢中加入大量的Cr、Mo、Ni、Cu等贵重合金元素，尤其Ni含量要控制在1.00％以上，Mo、Cr含量一般要控制在0.5％以上。合金含量高，碳当量和焊接冷裂纹敏感指数相应提高，这给现场焊接带来极大的困难，表现在焊前需预热、焊后需要热处理，焊接工艺要求高，焊接效率低，焊接施工现场工作环境恶劣等方面。1000MPa级非调质型高强钢为低碳贝氏体钢，该非调质的低碳贝氏体钢有着与调质的马氏体组织钢不同的强度、韧性和焊接性能。

检索现有高强钢焊接工艺专利发现，四川神坤装备股份有限公司在国家知识产权局申请的一项申请号为CN200810061256.8，名称为“一种低合金高强钢焊接工艺方法”的专利，其焊接工艺未指明该焊接工艺适用的母材强度级别，仅提到焊丝为800MPa级别。浙江盛达铁塔有限公司在国家知识产权局申请的一项申请号为CN200710049447.8，名称为“一种钢材的焊接工艺”的专利，其焊接工艺适用于ASTM A572 GR65钢，属于550MPa级别高强度低合金铌钒结构钢。而1000MPa级非调质型高强度钢与上述母材强度级别有明显差异，如果沿用现有的调质型高强度钢焊接工艺，其焊接接头的综合力学性能、接头的抗拉强度很难达到与母材等强度，而且易出现焊接裂纹，影响焊接质量。对于1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺、焊接性能国内外的研究文献也鲜见报道。因此，发明一种1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺成为必要。

发明内容：

针对现有1000MPa级调质型高强度钢焊接工艺存在的不足，而1000MPa级非调质型高强度钢焊接工艺方面又存在空白的现状，本发明的目的是提供一种1000MPa级非调质型高强度钢焊接工艺方法，该方法采用的工艺流程简单，不需增加任何焊接设备，具有经济易行、施工效率高、焊接质量好、操作简便灵活的优点。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是通过如下技术措施来实现的：1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺，在5℃-40℃的操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：

(1)、焊前准备：

对接接头开单边60°V形坡口，并对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽；

将两块需焊接母材料进行对口装配，并确认被焊接部位及其边缘30mm范围内无缺陷；

对口点固焊：点固焊的焊接材料、焊接工艺与氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底焊接时相同；

导电嘴到工件距离的调整：焊丝伸出长度控制在15～18mm；

(2)、装配定位焊要求：

定位焊焊条采用低氢型焊条，焊条使用前必须烘干，烘干温度为350℃～450℃，保温2个小时，烘干后的焊条必须存放在100℃～150℃的保温箱中，随用随取；焊接电流250-270A，焊接电压27-29V，装配定位焊缝长度不小于50mm，焊缝强度需保证构建在焊接应力作用下不开裂、不产生结构变形；

(3)、氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底焊接：氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底焊接参数如下：焊丝选用Φ1.2mm，牌号为：CARBOFIL 120焊丝(符合AWS A5.28 ER120S-G)或SLD-80焊丝，混合气体比例为Ar∶CO₂＝80％∶20％，气体流量为15-20L/min，氩气纯度在99.95％以上；预热温度不低于100℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；焊接电弧电压为24-26V，焊接电流为220-240A，焊接速度为300-360mm/min；氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底的每层焊层厚度控制在2.8～3.6mm范围内；

(4)、氩气、二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接：盖面焊道的焊接参数如下：焊丝选用Φ1.2mm牌号为：CARBOFIL 120焊丝(符合AWS A5.28 ER120S-G)或SLD-80焊丝，采用多层多道焊接，混合气体比例为Ar∶CO2＝80％∶20％，气体流量为15-20L/min，氩气的纯度在99.95％以上；焊接电弧电压为27-29V，焊接电流为250-270A，焊接速度为360～420mm/min；焊接过程中保持层间温度100℃-200℃，随时用预热喷枪进行补温，平均焊接线能量9.6-22.4KJ/cm；填充金属厚度为4.0～5.0mm。

(5)、焊接后进行整体低温时效处理，保温温度为250℃，保温时间2h。而温度较高的焊后热处理对焊接接头的力学性能有不利的影响，应谨慎进行。

本发明的有益效果是：

1、本发明焊接工艺方法，解决了1000MPa级非调质型高强度钢的焊接问题，焊接接头的综合力学性能优良，接头的抗拉强度达到了与母材等强的目的，避免了焊接裂纹的产生。

2、本发明焊接工艺方法工艺简单，可操作性强，具有经济易行、施工效率高、工艺适应性高、焊后性能稳定的优点。采用本工艺焊接的1000MPa级非调质型高强度钢，经焊接冷裂纹试验、焊接工艺试验、焊后热处理工艺试验、焊接接头性能检测。结果表明：中等拘束条件下(普通联系焊缝、角焊缝等)室温不预热，苛刻拘束条件下(定位焊、对接焊根部焊道、补焊等)预热温度不低于100℃，优先选择超低氢的焊接材料，如CARBOFIL120焊丝(符合AWS A5.28ER120S-G)、SLD-80焊丝；层间温度，随时用预热喷枪进行补温，焊接热输入量在9.6-22.4KJ/cm、焊接道间温度在100℃-200℃范围变化对1000MPa级非调质型高强度钢焊接热影响区的冲击韧性影响不大；焊后宜采用250℃保温2小时消氢处理，而温度较高的焊后热处理对焊接接头的力学性能有不利的影响，应谨慎进行；焊接接头的综合力学性能优良，能够满足工矿产品的设计及使用要求。与其他焊接工艺相比，本发明满足了1000MPa级非调质型高强度钢焊接施工需要，填补了1000MPa级强度级别非调质型高强度钢的焊接工艺空白。可见，本发明与现有焊接工艺相比，具有实质性的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

具体实施方式：

为能清楚说明本发明工艺的技术特点，下面通过两个具体实施方式，对本方法进行阐述。

具体实施方式一：

母材的化学成分为：

C：0.05％，Si：0.35％，Mn：1.73％，P：0.012％，S：0.006％，Cr：0.43％，Cu：0.46％，Mo：0.20％，Al：0.025％，B：0.0015％，Nb：0.045％，V：0.050％，Ti：0.015％，Ni：0.30％，其余为Fe及不可避免的杂质。

母材的生产工艺为：控制轧制，控制冷却，加保温罩余热自回火处理。

母材的力学性能为：Rp0.2＝925MPa，Rm＝1030MPa，A₅₀＝11.5％，-20℃纵向冲击182J、124J、179J。

用上述25mm厚的1000MPa级非调质型高强度钢为母材，其焊接工艺为：

1.焊前准备：对接接头开单边60°V形坡口，并对其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽，确认被焊接部位及其边缘30mm范围内无缺陷，打磨清除焊缝周边20mm范围内的铁锈、油污、油漆。调整导电嘴到工件距离，控制焊丝伸出长度18mm。

2.定位焊：采用低氢型焊条，焊条使用前必须烘干，烘干温度为350℃～450℃，保温2个小时，烘干后的焊条必须存放在100℃～150℃的保温箱中，随用随取。焊接电流260A，焊接电压28V，采用大规范焊接，不允许在交叉焊缝处焊接。装配定位焊缝长度60mm，焊缝均匀对称，焊缝强度需保证构构件在焊接应力作用下不开裂，不产生结构变形。

3.打底焊：焊丝选用Φ1.2mm牌号为：CARBOFIL 120焊丝(现有焊丝)，混合气体比例为Ar∶CO₂＝80％∶20％，气体流量为18/min，氩气纯度在99.95％以上；预热温度100℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧130mm；焊接电弧电压为25V，焊接电流为230A，焊接速度为330mm/min；氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底的每层焊层厚度控制在3mm范围内。

4.填充、盖面焊接：焊丝选用Φ1.2mm牌号为：CARBOFIL 120焊丝，采用多层多道焊接，混合气体比例为Ar∶CO₂＝80％∶20％，气体流量为18L/min，氩气的纯度在99.95％以上；焊接电弧电压为28V，焊接电流为260A，焊接速度为380mm/min；焊接过程中保持层间温度100℃，随时用预热喷枪进行补温，平均焊接线能量18KJ/cm；填充金属厚度为4.5mm。

5.焊接后进行整体低温时效处理，保温温度为250℃，保温时间2h。

所焊接的1000MPa级非调质型高强度钢焊接结果评定：

插销冷裂敏感性试验：加载载荷895MPa，保载24小时未断裂(2件)；

斜Y坡口焊接裂纹试验：表面裂纹率、断面裂纹率、平均裂纹率均为零；

钢焊接接头综合力学性能评定：焊接接头熔合情况良好，无宏观焊接缺陷。经拉伸检验，焊接接头断于母材，抗拉强度分别为895Mpa和875Mpa。焊接接头弯曲性能良好(侧弯d＝3a，α＝180°)，焊接热影响区平均冲击功AKV-20℃达178J。

具体实施方式二：

母材的化学成分为：

C：0.06％，Si：0.40％，Mn：1.75％，P：0.010％，S：0.004％，Cr：0.45％，Cu：0.46％，Mo：0.23％，Al：0.025％，B：0.0015％，Nb：0.045％，V：0.050％，Ti：0.015％，Ni：0.35％，其余为Fe及不可避免的杂质。

母材的力学性能为：Rp0.2＝955MPa，Rm＝1020MPa，A₅₀＝18.5％，-20℃纵向冲击252J、253J、259J。

用上述20mm厚的1000MPa级非调质型高强度钢为母材，其焊接工艺为：

3.打底焊：焊丝选用Φ1.2mm牌号为：SLD-80焊丝，混合气体比例为Ar∶CO₂＝80％∶20％，气体流量为18/min，氩气纯度在99.95％以上；预热温度100℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧130mm；焊接电弧电压为25V，焊接电流为230A，焊接速度为330mm/min；氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底的每层焊层厚度控制在3mm范围内。

4.填充、盖面焊接：焊丝选用Φ1.2mm牌号为：SLD-80焊丝，采用多层多道焊接，混合气体比例为Ar∶CO₂＝80％∶20％，气体流量为18L/min，氩气的纯度在99.95％以上；焊接电弧电压为28V，焊接电流为260A，焊接速度为380mm/min；焊接过程中保持层间温度100℃，随时用预热喷枪进行补温，平均焊接线能量18KJ/cm；填充金属厚度为4.5mm。

所焊接的1000MPa级非调质型高强度钢焊接结果评定：

钢焊接接头综合力学性能评定：焊接接头熔合情况良好，无宏观焊接缺陷。经拉伸检验，焊接接头断于焊缝，抗拉强度分别为935Mp。焊接接头弯曲性能良好(侧弯d＝3a，α＝180°)，焊缝中心平均冲击功AKV-20℃达96J。

Claims

1.1000MPa级非调质型高强度钢的焊接工艺，其特征是：在5℃-40℃操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：

(1)、焊前准备：

导电嘴到工件距离的调整：焊丝伸出长度控制在15～18mm；

(2)、装配定位焊要求：

(3)、氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底焊接：氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底焊接参数如下：焊丝选用Φ1.2mm，牌号为：CARBOFIL 120焊丝或SLD-80焊丝，混合气体比例为Ar∶CO₂＝80％∶20％，气体流量为15-20L/min，氩气纯度在99.95％以上；预热温度不低于100℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；焊接电弧电压为24-26V，焊接电流为220-240A，焊接速度为300-360mm/min；氩气、二氧化碳混合气体保护焊打底的每层焊层厚度控制在2.8～3.6mm范围内；

(4)、氩气、二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接：盖面焊道的焊接参数如下：焊丝选用Φ1.2mm牌号为：CARBOFIL 120焊丝或SLD-80焊丝，采用多层多道焊接，混合气体比例为Ar∶CO2＝80％∶20％，气体流量为15-20L/min，氩气的纯度在99.95％以上；焊接电弧电压为27-29V，焊接电流为250-270A，焊接速度为360～420mm/min；焊接过程中保持层间温度100℃-200℃，随时用预热喷枪进行补温，平均焊接线能量9.6-22.4KJ/cm；填充金属厚度为4.0～5.0mm；

(5)、焊接后进行整体低温时效处理，保温温度为250℃，保温时间2h。