CN102773616A - 一种高强度低屈强比lyr690钢的复合焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种高强度低屈强比LYR690钢的复合焊接方法，其采用厚度为40mm的等厚桥梁钢对接焊接；复合焊坡口采用双面非对称X坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm；匹配的焊丝抗拉强度≥700MPa；先进行富氩气保焊焊后连续施，然后采用埋弧焊连续施焊。本发明满足了我国新一代大跨度、高强度低屈强比桥梁钢厚板关键复合焊接工艺制造技术；复合焊对接接头抗拉强度、接头三区冲击功达到较高水平，接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，且由于接头过热区主要为贝氏体组织，焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，使焊缝具有优良的低温冲击韧性及抗裂性能；也无需焊前预热、焊后热处理；经多层多道连续施焊后接头仍具有较高的冲击功。

Description

一种高强度低屈强比LYR690钢的复合焊接方法

技术领域

本发明涉及一种高强度低屈强比焊接方法，适用于抗拉强度R_m≥690MPa级别高强度低屈强比桥梁钢的焊接方法，确切地属于大型桥梁钢结构厚板复合焊接方法。

背景技术   

随着桥梁的整体设计逐步向高强、大跨、重载、高速方面发展。为适应我国桥梁建设发展的要求，武钢（集团）公司近几年来开发研制了WNQ570、WNQ690、 LYR690等高强度、高韧性桥梁系列用钢，其综合力学性能达到了国外同类钢种先进水平，尤其是低温冲击韧性有较大的提高。基材性能的提高对与之相匹配的焊接材料及焊接工艺提出了迫切的要求。由于桥梁焊接结构日益向高速、大跨、重载方向发展，这就对焊接结构用钢不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的加工工艺性能（如焊接性）。焊接性的好坏是评价钢材使用性能的主要指标之一。焊接性、焊接材料及相应的焊接工艺是焊接低合金结构钢的三个基本要素，三者密不可分。因此，如不及时有效地解决大跨度桥梁钢种的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍我国桥梁钢及新钢种的推广应用。加快开展大跨度桥梁用钢厚板焊接新工艺及配套新焊接材料研究，对我国桥梁用钢在大跨度桥梁结构制造技术的推广应用有重大经济效益及社会效益。

目前存在的主要问题：(1)采用目前国内现有700MPa级焊接材料与焊接工艺匹配，熔敷金属冲击功与实际接头韧性远不能满足新一代大跨度桥梁制造的焊接技术要求，尤其是与高韧性的基材相比，其韧性指标相差太远；(2)采用目前单一气保护焊或埋弧焊均不能满足大跨、重载、高速桥梁结构制造焊接工艺与接头力学性能指标要求。在高强钢厚板对接头及多层焊的情况下，接头强度与低温(-40^oC KV₂）冲击功无法达到大跨度桥梁厚板制造焊接技术指标要求。

经检索，中国专利申请号为: CN201110061226.9的专利文献，其公开了一种埋弧焊和CO₂气保护焊相结合的焊接工艺，采用埋弧的电源控制箱和焊接小车，在小车上安装CO₂气保护焊枪，但不使用CO₂气体，通过CO₂气保护焊送丝机构各焊枪使用埋弧的焊剂对工件进行打底和盖面焊接。该文献存在不足主要是：由于采用普通CO₂气保护丝ER50-6，焊丝直径Ф1.2mm，埋弧焊剂为SJ101，应用范围50㎏级桥梁钢薄板结构中面、底、腹板U肋单元坡口角焊缝、T型材贴角焊缝，不适用于本发明所述的高强钢的焊接工艺。中国专利申请号为:CN200810085023.1的专利文献，其公开了一种小坡口角度全自动CO₂气保焊与埋弧自动焊的组合式焊接工艺.。该工艺步骤是：(1)在焊件上开相应的小角度坡口，坡口角度为25+50度；(2)组对，保证焊缝间隙为8+20mm；(3)采用全自动CO₂气保焊进行打底焊接；(4)采用埋弧自动焊进行填充和盖面焊接。该文献存在不足主要是：其采用小坡口角度全自动CO₂气保焊与埋弧自动焊的组合式焊接工艺，主要解决的使低强度钢薄板CO₂气保焊打底与埋弧焊盖面焊接。而对于大跨、重载、高速公、铁两桥所使用的高强度、高韧性厚板结构是无法满足焊接材料、工艺及接头力学性能指标技术要求。

本发明公开了一种适用于大跨度、抗拉强度在690MPa及以上、低屈强比，无需焊前预热，焊后进行热处理，并具有焊缝抗裂性能优良，接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，接头综合性能优良的桥梁钢复合焊接方法。

本发明所述的焊接方法具有优良的焊接力学性能，操作简便、无需清根、适用方便、高效、节能、并且适用工厂大跨度桥梁钢厚板制造推广应用。

发明内容

本发明的目的在于解决大跨、重载、高速桥梁结构制造的关键焊接工艺技术与接头力学性能指标的技术要求，提供一种适用于大跨度、抗拉强度在690MPa及以上、焊前无需预热，焊后无需热处理，无需清根，且接头具有优良的抗裂性能，及具有较高的冲击韧性储备及安全裕度的高强度低屈强比桥梁钢复合焊接方法。

实现上述目的技术内容：

一种高强度低屈强比LYR690钢的复合焊接方法，其步骤：

1）采用抗拉强度为R_m≥690MPa、屈服强度R_eL≥500MPa，屈强比为0.70~0.71，延伸率A≥18%，冲击功-40^oCKV₂≥120J；采用厚度为40 mm的等厚桥梁钢对接焊接；复合焊坡口采用双面非对称X坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm；匹配的焊丝抗拉强度≥700 MPa；

2）采用富氩气保焊及埋弧焊复合对基材进行对接焊接：首先采用体积百分比为20%CO₂+80%Ar的富氩、焊丝为WER70NH，焊丝的直径Ф1.2mm，在双面非对称X坡口的正、反面各进行6～7道次连续施焊，其焊接电流为265~270A，焊接电压为27~28V，焊接速度为29~28cm/min，焊接线能量为15~16kJ/cm，富氩气体流量18~19L/min；

在气保焊接的基础上采用埋弧焊，在正、反面各进行4～5道次连续施焊，直至将焊缝填满为止；层间温度控制在120~150℃；其埋弧焊丝为WGX2加CHF105焊剂，焊丝直径为Ф4 .0mm，其焊接电流为550~560A，焊接电压为31V，焊接速度为35cm/min，焊接线能量为29~30kJ/cm；层间温度控制在不超过150℃。

其特征在于：气保护焊丝WER70NH的化学成分（wt %）为C： 0.04~0.10、Si ：0.30~0.80、Mn： 1.40～2.0、Ni ：0.40~1.00 、Cr: 0.20~0.70、Cu: 0.20~0.50、  P： ≤0.015、S：≤ 0.010；焊丝熔敷金属的力学性能为R_el：665MPa，R_m：740 MPa，延伸率A：20%，冲击功-40℃KV₂：182J；

埋弧焊丝WGX2的化学成分（wt %）为C： 0.05~0.12、Si ：0.05~0.10、Mn： 1.20～1.90、Ni ：0.10~0.50 、Ti:0.04~0.12、B:0.002~0.012、  P： ≤0.015、S：≤ 0.010；WGX2与CHF105焊剂匹配的熔敷金属的力学性能均为R_el：600MPa，R_m：695 MPa，延伸率A：25%，冲击功-40℃KV₂：142J。

本发明具有如下优点

（1）本发明满足了我国新一代大跨度、高强度低屈强比桥梁钢厚板关键复合焊接工艺制造技术。复合焊对接接头抗拉强度、接头三区冲击功达到较高水平，接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度。

（2）采用本发明复合焊接的接头过热区主要为贝氏体组织，焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，从而使焊缝具有优良的低温冲击韧性及抗裂性能。

（3）采用本发明复合焊接工艺技术实现了高强度桥梁钢对接接头厚板结构制造过程焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时接头仍具有较高的冲击功。

本发明操作简便、适用方便、高效、节能。

附图说明

附图为本发明的焊接坡口示意图。

具体实施方式

实施例1：

基材：采用抗拉强度R_m为720MPa、屈服强度R_eL为505MPa，（屈强比R_eL/R_m：0.70）延伸率：A为25%，冲击功-40^oCKV₂为159J、厚度为40 mm的等厚桥梁钢对接焊接；匹配的焊丝抗拉强度为大于700 MPa；试板尺寸为600mm×400mm×40mm，复合焊坡口采用双面非对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；

复合焊接材料匹配：

气保护焊丝WER70NH为在化学成分（wt %）为C： 0.04~0.10、Si ：0.30~0.80、Mn： 1.40～2.0、Ni ：0.40~1.00、Cr: 0.20~0.70、Cu: 0.20~0.50、  P： ≤0.015、S：≤ 0.010范围内制备的，其焊丝的熔敷金属的力学性能为R_el：665MPa，R_m：740 MPa，延伸率A：20%，冲击功-40℃KV₂：182J；焊丝直径Ф1.2mm；

埋弧焊丝WGX2为在化学成分（wt %）为C： 0.05~0.12、Si ：0.05~0.10、Mn： 1.20～1.90、Ni ：0.10~0.50 、Ti:0.04~0.12、B:0.002~0.012、  P： ≤0.015、S：≤ 0.010范围内制备的；埋弧焊丝加CHF105焊剂的熔敷金属的力学性能为R_el：600MPa，R_m：695 MPa，延伸率A：25%，冲击功-40℃KV₂：142J；焊丝直径为Ф4.0mm； 

进行复合焊接：首先采用体积百分比为20%CO₂+80%Ar的富氩气及匹配的气保护焊丝WER70NH进行气保焊接，焊接电流265A，焊接电压27V，焊接速度29cm/min，焊接线能量15 kJ/cm，气体流量18/Lmin，正面与反面各焊7道；然后，采用埋弧焊丝加CHF105焊剂在正面与反面各焊5道；其焊接电流560A，焊接电压31V，焊接速度35cm/min，焊接线能量30kJ/cm；复合焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在122~125℃。

采用上述复合焊接工艺焊接高强度桥梁钢厚板对接接头力学性能，经检测，接头抗拉强度R_m在750~760MPa，接头冷弯D为3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂为103 J，熔合线冲击功-40℃KV₂为130 J，热影响区（1mm）-40℃KV₂为154J。

实施例2：

基材：采用抗拉强度为R_m为720MPa、屈服强度R_eL为510MPa，（屈强比R_eL/R_m：0.71）延伸率：A为24%，冲击功-40^oCKV₂为168J、厚度为40 mm的等厚桥梁钢对接焊接；匹配的焊丝抗拉强度为大于700 MPa；试板尺寸为600mm×400mm×40mm，复合焊坡口采用双面非对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；

复合焊接材料匹配：

所采用气保护焊丝在化学成分（wt %）为C： 0.04~0.10、Si ：0.30~0.80、Mn： 1.40～2.0、Ni ：0.40~1.00 、Cr: 0.20~0.70、Cu: 0.20~0.50、  P： ≤0.015、S：≤ 0.010范围内制备的；焊丝熔敷金属的力学性能为R_el为665MPa，R_m为740 MPa，延伸率A为20%，冲击功-40℃KV₂为182J；焊丝直径Ф1.2mm；

所采用埋弧焊丝在化学成分（wt %）为C： 0.05~0.12、Si ：0.05~0.10、Mn： 1.20～1.90、Ni ：0.10~0.50 、Ti:0.04~0.12、B:0.002~0.012、  P： ≤0.015、S：≤ 0.010范围内制备的；埋弧焊丝加CHF105焊剂的熔敷金属的力学性能为R_el为600MPa，R_m为695 MPa，延伸率A为25%，冲击功-40℃KV₂为142J；焊丝直径Ф4.0mm； 

进行复合焊接：首先采用体积百分比为20%CO₂+80%Ar的富氩气及匹配的气保护焊丝WER70NH进行气保焊接，焊接电流270A，焊接电压28V，焊接速度28cm/min，焊接线能量16 kJ/cm，气体流量19/Lmin，正面与反面各焊7道；然后，采用埋弧焊丝加CHF105焊剂在正面与反面各焊5道，其焊接电流550A，焊接电压31V，焊接速度35cm/min，焊接线能量29 kJ/cm；复合焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在143~146℃ ，焊前不预热、焊后不进行热处理。

采用上述复合焊接工艺焊接高强度桥梁钢厚板对接接头力学性能，经检测，接头抗拉强度R_m 为755MPa，接头冷弯D为3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂为105 J，熔合线冲击功-40℃KV₂为142 J，热影响区（1mm）-40℃KV₂为113J。 

Claims (2)

1.一种高强度低屈强比LYR690钢的复合焊接方法，其步骤：

1）采用抗拉强度为R_m≥690MPa、屈服强度R_eL≥500MPa，屈强比为0.70~0.71，延伸率A≥18%，冲击功-40^oCKV₂≥120J；采用厚度为40 mm的等厚桥梁钢对接焊接；复合焊坡口采用双面非对称X坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm；匹配的焊丝抗拉强度≥700 MPa；

2）采用富氩气保焊及埋弧焊复合对基材进行对接焊接：首先采用体积百分比为20%CO₂+80%Ar的富氩、焊丝为WER70NH，焊丝的直径Ф1.2mm，在双面非对称X坡口的正、反面各进行6～7道次连续施焊，其焊接电流为265~270A，焊接电压为27~28V，焊接速度为29~28cm/min，焊接线能量为15~16kJ/cm，富氩气体流量18~19L/min；

在气保焊接的基础上采用埋弧焊，在正、反面各进行4～5道次连续施焊，直至将焊缝填满为止；层间温度控制在120~150℃；其埋弧焊丝为WGX2加CHF105焊剂，焊丝直径为Ф4 .0mm，其焊接电流为550~560A，焊接电压为31V，焊接速度为35cm/min，焊接线能量为29~30kJ/cm；层间温度控制在不超过150℃。

2.如权利要求1所述的一种高强度低屈强比LYR690钢复合焊接方法，其特征在于：气保护焊丝WER70NH的化学成分（wt %）为C： 0.04~0.10、Si ：0.30~0.80、Mn： 1.40～2.0、Ni ：0.40~1.00 、Cr: 0.20~0.70、Cu: 0.20~0.50、  P： ≤0.015、S：≤ 0.010；焊丝熔敷金属的力学性能为R_el：665MPa，R_m：740 MPa，延伸率A：20%，冲击功-40℃KV₂：182J；

埋弧焊丝WGX2的化学成分（wt %）为C： 0.05~0.12、Si ：0.05~0.10、Mn： 1.20～1.90、Ni ：0.10~0.50 、Ti:0.04~0.12、B:0.002~0.012、  P： ≤0.015、S：≤ 0.010；WGX2与CHF105焊剂匹配的熔敷金属的力学性能均为R_el：600MPa，R_m：695 MPa，延伸率A：25%，冲击功-40℃KV₂：142J。