CN103801795B - 一种超细晶钢ss400中厚板焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超细晶钢SS400中厚板焊接方法，属于金属焊接领域。本发明将超细晶钢SS400中厚板制备成X形坡口，对焊件火焰预热100℃，层间温度为100～150℃。第一道焊接热输入控制在12～17kJ/cm的范围内，第二道焊接热输入控制在10～22kJ/cm的范围内。焊缝清渣后，在正反两条焊缝上各加一层退火焊道。本发明提供一种超细晶钢SS400中厚板焊接方法，使超细晶钢SS400热影响区宽度大幅缩减，有效地控制粗晶区奥氏体晶粒异常长大与组织恶化，减小软化区的出现几率，降低焊接应力不均匀，减少变形。

Description

一种超细晶钢SS400中厚板焊接方法
技术领域
本发明涉及一种超细晶钢SS400中厚板焊接方法，属于金属焊接领域。
背景技术
超细晶钢SS400是日本工业标准《普通结构用轧制钢材》标准JISG3101-2004中最常用的一个钢种，其最大抗拉强度达到400MPa。超细晶钢SS400具有超细晶粒、超纯净以及优良综合性能等特点，广泛适用于桥梁、船舶、车辆以及其他结构使用的一般结构用钢，由于在生产过程中没有加入合金元素，生产成本大幅降低，而强度、韧性比常用同成分钢材提高一倍。
然而，在超细晶钢SS400焊接过程中受焊接热循环的影响，焊缝周围原奥氏体晶粒异常长大，造成焊接接头质量下降。但是根据焊接热输入的不同，焊缝熔深、熔宽以及热影响区尺寸势必会不同，而在生产中热影响区宽度对超细晶钢SS400的焊后性能有很大影响。热影响区宽度过大，焊接接头会出现淬硬组织，使焊缝强度及硬度过高，而塑性、韧性大幅降低。同时，焊接接头出现软化区，焊接接头处力学性能极不均匀。目前，改善接头组织性能方法主要采用焊后热处理，但此方法需要特殊设备且耗能、耗时。此外，通过调整工艺参数以达到X形坡口焊接接头相对较好的力学性能方面的工作较少。
发明内容
为了减小超细晶钢SS400已有焊接工艺容易产生过热区组织粗大、热影响区宽度增加和接头软化区形成，从而造成焊接接头力学性能稳定性差的缺点，本发明提供了一种改善超细晶钢SS400中厚板焊接过热区组织、减小热影响区宽度和避免软化区形成，提高焊缝周边组织力学性能均匀性的一种超细晶钢SS400中厚板焊接方法。
技术解决方案是：
本发明采用手工电弧焊，所使用的焊接材料为J422酸性焊条，超细晶钢SS400中厚板焊缝处设置成X形坡口，单侧坡口为30°，不留钝边；所采用的焊接工艺为：
第一道焊缝热输入控制在12～17kJ/cm的范围内，I=160～180A，U=30～38V，v=3～4mm/s；
第二道焊缝热输入控制在10～22kJ/cm的范围内，I=140～200A，U=30～34V，v=2.5～3.5mm/s。
进一步：对X形坡口焊件进行对口点固焊，沿焊道方向每隔10mm用乌极氩气保护焊焊接，焊接材料为A302焊条，焊丝直径为φ2.2mm，I=80～110A，U=23～27V，氩气流量为10L/min。
进一步：焊接前对焊件进行火焰预热处理，采用预热温度为：150℃，焊接层间温度为100～150℃。
进一步：焊缝清渣后，在正反两条焊缝上各加一层退火焊道。
本发明超细晶钢SS400由于其韧性好、强度高等特点广泛应用于军工及民品等结构用钢，但是经过焊接后的超细晶粒钢SS400丧失原有优点，焊缝组织异常长大，并且出现硬度低于母材的软化区，宏观表现为热影响区尺寸增加，导致力学性能薄弱区增加。
为了减少焊接接头对构件整体力学性能的影响，采用较小焊接热输入进行焊接，可以达到热影响区较窄的目的。但是，热输入过小很可能导致未焊透、熔敷率低等焊接缺陷产生，并且生产效率大幅降低。
本发明的有益效果主要表现在：
（1）使超细晶钢SS400中厚板焊接接头热影响区宽度大幅缩减，减少淬硬组织，接头力学性能相对均匀。
（2）有效地控制过热区奥氏体晶粒异常长大与组织恶化，减小软化区的出现几率。
（3）降低焊接应力，减少变形。
（4）大幅提高焊接生产效率
附图说明
图1是本发明超细晶钢SS400中厚板X形坡口示意图；
图2（a）是本发明第一道焊缝热影响区宽度随热输入变化趋势图；
图2（b）是本发明第二道焊缝热影响区宽度随热输入变化趋势图；
图3（a）是本发明焊接热输入为12kJ/cm的过热区晶粒图；
图3（b）是本发明焊接热输入为16kJ/cm的过热区晶粒图；
图3（c）是本发明焊接热输入为33kJ/cm的过热区晶粒图；
图4是本发明焊接接头硬度测试值。
具体实施方式
本发明超细晶钢SS400X形坡口焊接薄弱环节主要集中在热影响区附近，此区域容易产生低塑性、高硬度的淬硬组织和软化区。因此热影响区宽度直接影响焊接接头性能。经过试验研究表明：过热区原奥氏体组织随热输入的增加晶粒严重长大，一些魏氏体组织沿晶界长大趋势明显。同时容易出现软化现象的完全正火区和不完全正火区组织形核速率加快，区域宽度增加，导致热影响区宽度整体增加。本发明得出保持热影响区宽度较窄的最佳热输入范围为：根据图2（a）得到第一道焊缝最佳热输入为12～17kJ/cm；根据图2（b）得到第二道焊缝最佳热输入为10～22kJ/cm。第二道焊缝未经过对面焊缝热作用，更能直接反映晶粒长大情况，图3（a）、图3（b）、图3（c）分别为热输入12kJ/cm、16kJ/cm、33kJ/cm第二道焊缝过热区晶粒图，前两者晶粒尺寸变化相对较小，保持在50～90μm；当热输入达到33kJ/cm时，过热区晶粒达到150μm。晶粒尺寸明显粗化，并且出现大量魏氏组织。另外，焊后硬度分析发现（如图4），超细晶钢SS400接头硬度峰值随焊接热输入的增加而增大，同一接头硬度差增加，同时热输入达到一定值时，低温热影响区开始出现硬度低于母材等局部软化现象，导致接头力学性能极不均匀。为了得到热影响区宽度较小，且焊接热输入适当，根据以上试验数据得到本发明的推荐工艺。
具体工艺如下：
（1）焊前准备
在大于5℃的操作环境下进行操作，将超细晶钢SS400中厚板制备成X形坡口（见图1），单边坡口30°，不留钝边，对焊缝周围进行清理，焊缝长度一般不小于1000mm。
（2）点固焊
点固焊所用的焊接方法为钨极氩气保护焊，焊接材料为A302焊条，焊丝直径为φ2.2mm。起弧电流为80～120A，电压为23～27V，氩气流量为10L/min，气体滞后时间3s。从焊件边缘开始，沿焊道方向每隔100mm点固一次。
（3）焊前预热
预热方法为火焰预热，预热温度：150℃，层间温度为：100～150℃。层间测温方式：采用红外点温仪在第二道焊缝开始焊接处测温。
（4）焊接
焊接设备为ZX5-630形手工电弧焊机，焊接材料为J422普通酸性焊条，使用φ3.2mm焊条正反两道焊，采用锯齿形运条方法，确保熔敷金属填满焊道，焊后余高小于2mm。
第一道焊缝热输入控制在12～17kJ/cm进行焊接，I=160～180A，U=30～38V，v=3～4mm/s。
第二道焊缝热输入控制在10～22kJ/cm进行焊接，I=140～200A，U=30～34V，v=2.5～3.5mm/s。
（5）焊后清理
焊后用角磨机对焊缝处焊渣及飞溅金属进行清理。
（6）退火焊
焊后在正反两条焊缝上各加一层退火焊道，焊接工艺采用小电流、高焊速度进行退火焊。确保退火焊层厚度在1mm范围内。
此焊接工艺对SS400中厚板焊接，在指定热输入下热影响区宽度变化平缓，过热区组织相对良好，没有发现硬度低于母材的软化区。

Claims (3)

1.一种超细晶钢SS400中厚板焊接方法，其特征在于，采用手工电弧焊，所使用的焊接材料为J422酸性焊条，超细晶钢SS400中厚板焊缝处设置成X形坡口，单侧坡口为30°，不留钝边；焊接前对焊件进行火焰预热处理，采用预热温度为：150℃，焊接层间温度为100～150℃；焊接过程根据热影响区宽度较窄的最佳热输入范围所采用的焊接工艺为：
第一道焊接热输入控制在12～17kJ/cm的范围内，I=160～180A，U=30～38V，v=3～4mm/s；
确定第二道焊缝最佳热输入，第二道焊缝未经过对面焊缝热作用，更能直接反应晶粒长大情况，为防止晶粒尺寸明显增大，所以将第二道焊接热输入控制在16kJ/cm，I=140～200A，U=30～34V，v=2.5～3.5mm/s。
2.根据权利要求1所述的一种超细晶钢SS400中厚板焊接方法，其特征是：对X形坡口焊件进行对口点固焊，沿焊道方向每隔10mm用钨极氩气保护焊焊接，焊接材料为A302焊条，焊丝直径为φ2.2mm，I=80～110A，U=23～27V，氩气流量为10L/min。
3.根据权利要求1所述的一种超细晶钢SS400中厚板焊接方法，其特征是：焊缝清渣后，在正反两条焊缝上各加一层退火焊道。
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