CN102513662A

CN102513662A - Q690与q980高强异种钢不预热焊接方法

Info

Publication number: CN102513662A
Application number: CN2011104392408A
Authority: CN
Inventors: 李亚江; 李嘉宁; 王娟
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: CN102513662B

Abstract

本发明公开了一种Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，待焊工件底层采用低匹配700～800MPa高强高韧性焊丝，采用Ar+CO₂混合气体保护焊；打底层焊道采用700MPa高强高韧性实芯焊丝，盖面层采用800MPa高强度药芯焊丝；焊接过程严格控制焊接热量输入，控制焊缝扩散氢含量在超低氢水平。混合气体保护焊的Ar与CO₂的混合比为(75～95)％Ar∶(25～15)CO₂。采用上述不预热、不进行焊后热处理的工艺焊接Q690与Q980高强异种钢，可获得无内部裂纹焊接接头，接头区平整光洁，焊缝金属的室温抗拉强度大于760MPa，试验温度0℃的焊缝金属V形缺口冲击吸收功为大于68J，满足了高强异种钢焊接结构具有较高承载能力的使用要求。

Description

Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法

技术领域

本发明涉及一种高强度钢的不预热焊接方法，尤其涉及一种用于Q690与Q980高强异种钢的不预热、不进行焊后热处理的焊接方法，属于焊接技术领域。

背景技术

近年来，随着冶金技术的进步，屈服强度980MPa的低合金高强度钢(Q980)受到关注，特别是将Q980钢与屈服强度690MPa低合金钢(Q690)焊接形成的高强异种钢结构，在工程上更是具有优势。高强异种钢焊接结构不仅能满足不同工作条件对钢材提出的要求，而且还能降低成本和简化制造工艺，发挥不同强度级别钢材的性能优势。这种高强异种钢焊接结构在工程机械、煤矿机械、矿山机械等行业具有广阔的应用前景。

屈服强度980MPa高强度钢的合金系复杂，淬硬性大，有明显的冷裂纹倾向，在焊接中会出现冷裂纹和热影响区的脆化和软化等问题。实际生产中，这类钢焊接一般采用焊前预热、焊后热处理的工艺措施，大多采用熔化极氩弧焊(MIG)或混合气体保护焊(MAG)等机械化或半机械化方法配合等强焊丝进行焊接。但采用这种焊接工艺的焊接结构在使用中往往会出现焊缝根部超强、局部淬硬而韧性不足，易导致焊缝根部产生裂纹。特别是预热条件下焊接980MPa级高强度钢会增大热影响区软化倾向，而且焊接工艺复杂，生产成本高。特别是对于大型焊接结构，采用预热焊时，将整体结构预热到某一温度在实际生产中是难以实现的。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，该方法适用于Q690与Q980高强异种钢的不预热、不进行焊后热处理的焊接，获得的焊缝表面光洁美观，焊缝金属的显微组织以细小的针状铁素体为主，这种组织具有很强的阻止裂纹产生和扩展的能力。通过控制焊接热输入可使热影响区形成强韧性较好的“自回火”低碳马氏体和下贝氏体组织，可以避免热影响区冷裂纹。获得的焊接接头抗拉强度850～950MPa、焊缝金属0℃条件下的冲击吸收功大于68J，可满足其使用要求。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，步骤如下：

(1)在待焊工件接头处开V形坡口，单面坡口角度为20°～30°，钝边2～3mm；

(2)用钢丝刷清理坡口及坡口两侧30～40mm的表面，去除其油污和铁锈，直至露出金属光泽；

(3)底层焊道采用“低匹配”700MPa高强高韧性实芯焊丝进行Ar+CO₂混合气体保护焊(MAG)，采用多层多道焊，层间温度控制在100～150℃；焊接参数为：焊接电压29～31V，焊接电流240～350A，焊接热输入控制在10～20kJ/cm，保护气体流量10～20L/min；焊接工艺要点一是减小稀释率，提高根部焊道的抗裂性；二是提高打底焊道的成形质量，解决气体保护焊焊丝伸出过长影响焊接质量的矛盾；

(4)盖面层采用800MPa药芯焊丝进行Ar+CO₂混合气体保护盖面焊，提高焊缝的表面成形质量，获得表面光洁的焊缝外观效果；焊接参数为：焊接电压30～33V，焊接电流260～380A，焊接热输入控制在12～24kJ/cm，保护气体流量15～25L/min；焊接之后立即用硅酸铝板保温材料覆盖工件的焊接接头区，施以缓冷。

上述的Q690与Q980高强异种钢焊接方法中：所述焊接过程连续施焊，中途不得停歇；焊前不预热，也不进行焊后热处理。

其中：步骤(3)所述的“低匹配”700MPa高强高韧性实芯焊丝优选直径为1.2mm的MK·GHS70-G；施焊前对焊丝进行清理。

其中：步骤(3)所述“低匹配”700MPa高强高韧性实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比计为：C≤0.10％，Si 0.4％～0.8％，Mn 1.25％～1.80％，Mo 0.3％～0.6％，Ni0.75％～1.15％，Cu≤0.5％；熔敷金属力学性能为：抗拉强度σ_b≥760MPa，屈服强度σ_s660～740MPa，伸长率δ≥18％，-20℃冲击吸收功A_KV≥68J。

其中：步骤(3)所述Ar+CO₂混合气体保护焊采用的Ar与CO₂的体积比优选为85％～95％∶15％～5％，且两者体积之和为100％。

其中：步骤(3)所述Ar+CO₂混合气体保护焊所用喷嘴直径优选为10mm，气体流量优选为15～20L/min。

其中：步骤(4)所述800MPa药芯焊丝的直径为2.0mm，其熔敷金属化学成分以质量百分比计为：C≤0.15％，Si 0.3％～0.6％，Mn 1.2％～1.7％，Ni 1.0％～1.2％，Mo 0.1％～0.5％；熔敷金属力学性能为：抗拉强度σ_b≥780MPa，屈服强度σ_s≥690MPa，伸长率δ≥16％，-40℃冲击吸收功A_KV≥27J。

其中：步骤(4)所述Ar+CO₂混合气体保护焊采用的Ar与CO₂的体积比优选为75％～85％∶25％～15％，且两者体积之和为100％。

本发明针对屈服强度980MPa高强钢(Q980)与屈服强度690MPa高强钢(Q690)焊前预热或焊后热处理的工艺不足，提出一种适用于Q690与Q980高强异种钢的不预热、不进行焊后热处理的焊接方法。

本发明所述Q690与Q980高强异种钢焊接工艺的技术方案是：底层采用“低匹配”700MPa高强高韧性实芯焊丝，采用Ar+CO₂混合气体保护焊；盖面层采用800MPa高强高韧性药芯焊丝，采用Ar+CO₂混合气体保护焊；焊接过程严格控制焊接热量输入(不大于20kJ/cm)，控制焊缝扩散氢在超低氢水平(不超过5mL/100g)。打底焊和盖面焊混合气体保护焊的Ar与CO₂的混合比分别为(85～95)％Ar∶(15～5)％CO₂和(75～85)％Ar∶(25～15)％CO₂。

采用上述不预热、不进行焊后热处理的工艺焊接Q690与Q980高强异种钢，可获得无内部裂纹焊接接头，接头区平整光洁，焊缝金属的室温抗拉强度大于760MPa，试验温度0℃的焊缝金属V形缺口冲击吸收功为大于68J，满足了高强异种钢焊接结构具有较高承载能力的使用要求。

本发明的技术要点体现在：底层焊道采用“低匹配”高强高韧性实芯焊丝Ar+CO₂气体保护焊，盖面层采用药芯焊丝Ar+CO₂混合气体保护焊，在不预热条件下焊接Q690与Q980高强异种钢，能保证整个焊接接头具有较高的塑韧性储备，防止焊缝根部裂纹的产生，具有很高的焊接生产效率，而且可使焊接成本降低约20％。因此，本发明的这种焊接工艺具有生产成本低、操作简便、适用性强的特点，具有很好的应用前景。

采用本发明提出的这种Q690与Q980高强异种钢不预热、不进行焊后热处理的焊接工艺，获得的焊缝表面光洁美观，焊缝金属的显微组织以细小的针状铁素体为主，这种组织具有很强的阻止裂纹产生和扩展的能力。通过控制焊接热输入可使热影响区形成强韧性较好的“自回火”低碳马氏体和下贝氏体组织，可以避免热影响区冷裂纹。获得的焊接接头抗拉强度850～950MPa、焊缝金属0℃条件下的冲击吸收功大于68J，可满足其使用要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

厚度为20mm的Q690与Q980高强异种钢对接焊，试板尺寸为200mm×150mm×20mm。采用Ar+CO₂混合气体保护焊(MAG)进行焊接，Ar和CO₂气体的体积比为85％∶15％。

(1)焊接设备及焊接材料

焊接设备选用动特性良好的逆变式焊机；混合气体保护焊采用直径1.2mm的700MPa实芯焊丝填充焊和直径2.0mm的800MPa药芯焊丝盖面焊，焊前去除焊丝表面的油、锈等脏物。

(2)焊前准备

分别对厚度20mm的Q690钢和Q980钢接头处采用砂轮打磨的方式开V形坡口，坡口角度单边20°，钝边2mm。将坡口及接头处内、外两侧30mm范围内的锈蚀、油垢等清理干净，直至露出金属光泽。

试板对接装配，用混合气体保护焊700MPa实芯焊丝点固焊。

(3)焊接工艺及参数

1)在室温不低于20℃的不预热条件下施焊，采用90％Ar+10％CO₂混合气体保护焊填充焊，配用700MPa实芯焊丝(MK·GHS70-G)，多层多道连续焊，中途不得停歇。焊接参数为：焊接电压29V，焊接电流260～290A，焊接热输入12～18kJ/cm，保护气体流量18L/min。层间温度不低于100℃。后续焊道施焊时应保持尽可能高的层温(但不应高于150℃)，使前一焊道对后续焊道起预热作用(也有利于氢的扩散逸出)。

3)采用Ar+CO₂混合气体保护焊盖面焊，配用800MPa药芯焊丝(E-80T5-Ni)，焊接参数为：焊接电压31V，焊接电流280～320A，焊接热输入14～20kJ/cm，保护气体流量20L/min。

4)盖面焊后立即用硅酸铝保温材料覆盖工件的焊接接头区。

焊后接头外观平整光洁，无表面和根部裂纹。获得的焊接接头力学性能为：抗拉强度740MPa，伸长率20％，试验温度0℃的焊缝金属V形缺口冲击吸收功大于68J，能满足使用性能要求。

实施例2：

厚度25mm的H型焊接结构，两块竖版为Q980高强钢，横版为Q690钢，角焊缝连接。竖板尺寸为300mm×200mm×25mm，横板尺寸为200mm×200mm×25mm。采用Ar+CO₂混合气体保护焊方法，其中Ar和CO₂气体的体积比为80％∶20％。

(1)焊接设备及焊接材料

焊接设备选用动特性良好的逆变式焊机；气体保护焊采用直径1.2mm的700MPa实芯焊丝填充焊和直径2.0mm的800MPa药芯焊丝盖面焊，焊前去除焊丝表面的油、锈等脏物。

(2)焊前准备

对厚度25mm的Q690高强钢横版采用机械加工的方法开双V形坡口，坡口角度单面25°，钝边3mm。将坡口及接头处内、外两侧30mm范围内的锈蚀、油垢等清理干净，直至露出金属光泽。

试板装配用混合气体保护焊700MPa实芯焊丝点固焊，焊前在Q980焊接试板底下铺垫厚度大于10mm的硅酸铝保温材料。

(3)焊接工艺及参数

1)采用80％Ar+20％CO₂混合气体保护焊，配用直径1.2mm的700MPa实芯焊丝(MK·GHS70-G)在室温不低于20℃的不预热条件下多层多道连续焊，中途不得停歇。焊接参数为：焊接电压30V，焊接电流280～310A，焊接热输入10～18kJ/cm，保护气体流量20L/min。

2)焊接过程中，后续焊道施焊时应保持100～150℃层温，使前一焊道对后续焊道起预热作用(也有利于氢的扩散逸出)。

3)采用Ar+CO₂混合气体保护焊盖面焊，配用直径2.0mm的800MPa药芯焊丝(E-80T5-Ni)，焊接参数为：焊接电压33V，焊接电流290～340A，焊接热输入14～20kJ/cm，保护气体流量25L/min。

4)盖面焊后立即用硅酸铝保温材料覆盖工件的焊接接头区。

焊后接头外观平整光洁，无表面和根部裂纹。试验温度0℃的焊缝金属V形缺口冲击吸收功大于68J，能满足使用性能要求。

实施例3：

厚度为30mm的Q690与Q980高强异种钢对接焊，采用Ar+CO₂混合气体保护焊(MAG)进行焊接，Ar和CO₂气体的体积比为90％∶10％。

(1)焊接设备及焊接材料

(2)焊前准备

在待焊工件接头处开V形坡口，单面坡口角度为30°，钝边2.5mm；用钢丝刷清理坡口及坡口两侧40mm的表面，去除其油污和铁锈，直至露出金属光泽；用混合气体保护焊700MPa实芯焊丝点固焊，焊前在Q980焊接试板底下铺垫厚度大于10mm的硅酸铝保温材料。

(3)焊接工艺及参数

1)底层焊道采用“低匹配”700MPa直径为1.2mm的MK·GHS70-G高强高韧性实芯焊丝进行95％Ar+5％CO₂混合气体保护焊(MAG)，在室温不低于20℃的不预热条件施焊，施焊前对焊丝进行清理；采用多层多道焊，层间温度控制在100～150℃；焊接参数为：焊接电压30V，焊接电流240～280A，焊接热输入控制在15～20kJ/cm，保护气体流量15L/min；焊接工艺要点一是减小稀释率，提高根部焊道的抗裂性；二是提高打底焊道的成形质量，解决气体保护焊焊丝伸出过长影响焊接质量的矛盾；

所述“低匹配”700MPa高强高韧性实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比计为：C≤0.10％，Si 0.4％～0.8％，Mn 1.25％～1.80％，Mo 0.3％～0.6％，Ni 0.75％～1.15％，Cu≤0.5％；熔敷金属力学性能为：抗拉强度σ_b≥760MPa，屈服强度σ_s 660～740MPa，伸长率δ≥18％，-20℃冲击吸收功A_KV≥68J。

2)盖面层采用800MPa直径为2.0mm的药芯焊丝进行Ar+CO₂混合气体保护盖面焊，提高焊缝的表面成形质量，获得表面光洁的焊缝外观效果；焊接参数为：焊接电压30V，焊接电流280～320A，焊接热输入控制在12～14kJ/cm，保护气体流量15L/min；焊接之后立即用硅酸铝板保温材料覆盖工件的焊接接头区，施以缓冷。

800MPa药芯焊丝的熔敷金属化学成分以质量百分比计为：C≤0.15％，Si 0.3％～0.6％，Mn 1.2％～1.7％，Ni 1.0％～1.2％，Mo 0.1％～0.5％；熔敷金属力学性能为：抗拉强度σ_b≥780MPa，屈服强度σ_s≥690MPa，伸长率δ≥16％，-40℃冲击吸收功A_KV≥27J。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，其特征是，步骤如下：

(3)底层焊道采用“低匹配”700MPa高强高韧性实芯焊丝进行Ar+CO₂混合气体保护焊，采用多层多道焊，层间温度控制在100～150℃；焊接参数为：焊接电压29～31V，焊接电流240～350A，焊接热输入控制在10～20kJ/cm，气体流量10～20L/min；

(4)盖面层采用800MPa高强度药芯焊丝进行Ar+CO₂混合气体保护焊，提高焊缝的表面成形质量，获得表面光洁的焊缝外观效果；焊接参数为：焊接电压30～33V，焊接电流260～380A，焊接热输入控制在12～24kJ/cm，保护气体流量15～25L/min；焊接之后立即用硅酸铝板保温材料覆盖工件的焊接接头区，施以缓冷。

2.如权利要求1所述的Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，其特征是，所述步骤(3)、(4)中焊接过程连续施焊，中途不得停歇；焊前不预热，也不进行焊后热处理。

3.如权利要求1所述的Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，其特征是，所述步骤(3)中“低匹配”700MPa高强高韧性实芯焊丝优选直径为1.2mm的MK·GHS70-G；施焊前对焊丝进行清理。

4.如权利要求1所述的Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，其特征是，所述步骤(3)中“低匹配”700MPa高强高韧性实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比计为：C≤0.10％，Si 0.4％～0.8％，Mn 1.25％～1.80％，Mo 0.3％～0.6％，Ni 0.75％～1.15％，Cu≤0.5％；熔敷金属力学性能为：抗拉强度σ_b≥760MPa，屈服强度σ_s660～740MPa，伸长率δ≥18％，-20℃冲击吸收功A_KV≥68J。

5.如权利要求1所述的Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，其特征是，所述步骤(3)中Ar+CO₂混合气体保护打底焊采用的Ar与CO₂的体积比优选为85％～95％∶15％～5％，且两者体积之和为100％。

6.如权利要求1所述的Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，其特征是，所述步骤(3)中Ar+CO₂混合气体保护焊所用喷嘴直径优选为10mm。

7.如权利要求1所述的Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，其特征是，所述步骤(4)中800MPa高强度药芯焊丝的直径为2.0mm，其熔敷金属化学成分以质量百分比计为：C≤0.15％，Si 0.3％～0.6％，Mn 1.2％～1.7％，Ni 1.0％～1.2％，Mo 0.1％～0.5％；熔敷金属力学性能为：抗拉强度σ_b≥780MPa，屈服强度σ_s≥690MPa，伸长率δ≥16％，-40℃冲击吸收功A_KV≥27J。

8.如权利要求1所述的Q690与Q980高强异种钢不预热焊接方法，其特征是，所述步骤(4)中Ar+CO₂混合气体保护盖面焊采用的Ar与CO₂的体积比优选为75％～85％∶25％～15％，且两者体积之和为100％。