CN102658416A

CN102658416A - 保障析出强化高强钢接头强度的混合气体保护焊焊接工艺

Info

Publication number: CN102658416A
Application number: CN2012101429388A
Authority: CN
Inventors: 董现春; 张楠; 章军; 张熹; 潘辉; 陈延清; 牟淑坤; 张飞虎; 刘宏; 齐健; 许静; 郭占山
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Corp
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2012-09-12

Abstract

一种保障析出强化高强钢接头强度的混合气体保护焊焊接工艺，属于高强钢焊接技术领域。该工艺采用混合气体保护焊、单面焊双面成形等技术对抗拉强度600MPa以上析出强化高强钢进行焊接。优点在于，该方法可降低焊接热影响区软化区宽度，保障热影响区硬度，降低焊接接头强度的损失，使得接头强度损失控制在40MPa以内，满足使用要求。

Description

保障析出强化高强钢接头强度的混合气体保护焊焊接工艺

技术领域

本发明属于高强钢焊接技术领域，特别涉及一种保障析出强化高强钢接头强度的混合气体保护焊焊接工艺。

背景技术

抗拉强度高于600MPa级的热轧高强度钢板已经在工程机械、桥梁、汽车、建筑等领域得到了广泛的应用。微合金化高强钢由于具备合金成本低、生产流程短的特点，占据市场的主导地位。

薄板坯连铸连轧是20世纪末开发成功的生产热轧卷板的短流程工艺，近年来在我国得到迅速发展。研究表明，与传统流程生产的同样成分的低碳钢相比，薄板坯连铸连轧产品具有组织细、强度高的特点，这种特点与微合金化技术结合开发高强度甚至超高强度钢具有明显优势。钢中常用的微合金化元素有Ti、V、Nb、B等，在这三种微合金元素中，Ti的合金化成本最低。

抗拉强度600 MPa级以上的热轧高强度带钢中通常添加较高的Ti(质量百分比为0.07 ～0.15％)。Ti可以与氮形成TiN 阻止加热时奥氏体晶粒长大，可细化开轧时的原始晶粒，轧制时在奥氏体高温区析出的Ti(CN)粒子阻滞奥氏体的再结晶过程，最终细化铁素体晶粒；相间析出或相变后在铁素体内形成的粒子非常细小，能产生强烈的析出强化效果。强化作用的大小取决于Ti(CN)颗粒的数量、分布、大小及其与铁素体基体的共格性等。一般来说，析出相的数量越多，质点越细小，其对强度的贡献越大，析出相中细小粒子TiC(< 10 nm)的强化作用显著。

本发明人在做析出强化高强钢的焊接试验时发现，此类钢板在常规焊接时，焊接热影响区均存在不同程度的软化现象。焊接接头的强度较母材下降明显。进一步观察发现，焊接热影响区粗晶区、细晶区的析出相均较母材析出相有明显粗化，析出强化效果随着析出相颗粒尺寸的增大而降低，因而，造成焊接热影响区强度降低。

现有研究结果表明，析出相随着加热温度的提高和保温时间延长，析出相急剧长大，以至于降低钢板的强度和韧性，1～4nm的弥散分布析出相对钢的强化作用最显著。

本发明人的研究结果表明，析出强化高强钢母材晶粒尺寸为3～10um，晶内以及晶界上析出大量的1～3nm的Ti（CN）强化相，为细晶强化＋析出强化。经过焊接热循环后，粗晶区晶粒长大至40～120um，细晶强化效果大大降低，而10nm以下的Ti（CN）析出强化相均溶解，造成第二相强化效果显著降低。由此可以推论：粗晶区晶粒长大及10nm以下Ti(CN)析出相的溶解是造成含Ti析出强化高强钢粗晶区软化的原因。10nm以下析出相粗化，使得析出强化效果降低，是细晶区强度降低的原因之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保障析出强化高强钢接头强度的混合气体保护焊焊接工艺。降低了析出强化高强钢焊接后强度损失。

该方法在焊接抗拉强度600MPa以上析出强化高强钢时，可降低焊接热影响区软化区宽度，保障热影响区硬度，降低焊接接头强度的损失，使得接头强度损失控制在40MPa以内，满足使用要求。

本发明适用于微合金化析出强化高强钢的焊接使用，为解决上述技术问题，具体工艺步骤如下：

1、采用体积百分比80%Ar＋20%CO₂的混合气体保护焊工艺焊接，焊丝的熔覆金属强度等于或高于母材的强度，所述的母材指被焊接的钢板，焊接坡口角度为45~75度，坡口间隙为1~2mm.，焊前清理坡口内的油污和铁锈。

2、采用单面焊双面成形技术进行打底焊接，焊接电流为90～140A，焊接线能量为7~12kJ/cm。

3、第二道焊接电流为160~280A，焊接线能量为7~18kJ/cm，保障焊道根部熔透，避免产生焊接缺陷。

4、填充焊道及盖面焊道的焊接电流为90~280A，焊接线能量为7~18kJ/cm。

在焊接过程中需清理焊道表面的氧化皮，避免产生夹渣、未熔合缺陷。

本发明的优点在于：

1、实施方便，焊接效率高。混合气体保护焊（80％Ar＋20％CO₂）是常用的焊接方法，设备及耗材易于采购实现，焊接工人易于掌握实施，可以采用自动焊工艺，焊接效率高。

2、焊接缺陷发生率低。采用的打底焊接工艺，保障钢板底部焊道的熔合效果，不会发生熔合不良缺陷。采用的第二道的焊接工艺，电流适当提高，保障熔深，产生的熔渣能充分上浮，焊缝根部能充分熔合。

3、焊缝填充金属硬度可控。采用等强或高强匹配焊丝，控制焊接热输入，使得填充金属不至于过热，避免了晶粒粗大造成强度损失。

4、粗晶区不发生软化。对于含有Ti、Nb、V、Mo等强碳化物形成元素的析出强化高强钢来说，微量的C必形成稳定的碳化物，固定了碳原子，在一般加热温度下不能溶入奥氏体中，而以碳化物形式存在，使得奥氏体晶格中出现“无碳区”或“贫碳区”，降低过冷奥氏体的稳定性，使C-曲线左移。随着焊接热输入的提高，t8/5冷却时间延长，冷却速度降低，形成铁素体与马氏体（小岛状）的粒状贝氏体。采用较小的焊接线能量，提高粗晶区冷却速度，使得粗晶区发生马氏体和贝氏体相变，通过组织强化保障粗晶区不发生软化。

5、接头软化区域较窄。采用等强或者高强匹配焊丝，使得焊缝填充金属硬度等于或者高于母材，焊接接头软化区域较窄，软化区宽度低于3mm，仅局限于热影响区的细晶区，细晶区硬度较母材硬度降低13~20HV10，因而强度损失较少，接头强度损失控制在40MPa以内。

具体实施方式

实施例1：

薄板坯连铸连轧析出强化高强钢，含有质量百分比0.13％Ti和0.056％Nb，钢卷卷曲温度600℃，钢板厚度6mm，热轧态力学性能为屈服强度650MPa，抗拉强度710MPa，-20℃冲击吸收功52J，试样尺寸5mm×10mm×55mm。

1、采用体积百分比80%Ar＋20%CO₂的混合气体保护焊工艺焊接，ER100S-G混焊丝，焊接坡口角度为60度，坡口间隙为1.5mm.，焊前清理坡口内的油污和铁锈。

2、采用单面焊双面成形技术进行打底焊接，焊接电流为90A，焊接线能量为8kJ/cm。

3、第二道焊接电流为160A，焊接线能量为18kJ/cm，保障焊道根部熔透，避免产生焊接缺陷。

4、填充焊道及盖面焊道的焊接电流为160A，焊接线能量为18kJ/cm。

在焊接过程中清理焊道表面的氧化皮，避免产生夹渣、未熔合缺陷。

经测试，焊接接头抗拉强度为710MPa。

实施例2：

薄板坯连铸连轧析出强化高强钢，含有质量百分比0.09％Ti和0.078％Nb，钢卷卷曲温度580℃，钢板厚度10mm，热轧态力学性能为屈服强度780MPa，抗拉强度840MPa，-20℃冲击吸收功65J，试样尺寸7.5mm×10mm×55mm。

1、采用体积百分比80%Ar＋20%CO₂的混合气体保护焊工艺焊接，ER110S-G混焊丝，焊接坡口角度为60度，坡口间隙为2mm.，焊前清理坡口内的油污和铁锈。

2、采用单面焊双面成形技术进行打底焊接，焊接电流为120A，焊接线能量为10kJ/cm。

3、第二道焊接电流为230A，焊接线能量为15kJ/cm，保障焊道根部熔透，避免产生焊接缺陷。

4、填充焊道及盖面焊道的焊接电流为230A，焊接线能量为15kJ/cm。

经测试，焊接接头抗拉强度为810MPa。

Claims

1.一种保障析出强化高强钢接头强度的混合气体保护焊焊接工艺，其特征在于，工艺步骤为：

（1）用体积百分比80%Ar＋20%CO₂的混合气体保护焊工艺焊接，焊丝的熔覆金属强度等于或高于母材的强度，焊接坡口角度为45~75度，坡口间隙为1~2mm；

（2）用单面焊双面成形技术进行打底焊接，焊接电流为90~140A，焊接线能量为7~12kJ/cm；

（3）第二道焊接电流为160~280A，焊接线能量为7~18kJ/cm；

（4）填充焊道及盖面焊道的焊接电流为90~280A，焊接线能量为7~18kJ/cm。