CN103934552A

CN103934552A - 抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢埋弧对接焊接方法

Info

Publication number: CN103934552A
Application number: CN201410137773.4A
Authority: CN
Inventors: 缪凯; 黄治军; 牟文广; 郑江鹏; 李立军; 刘文艳; 袁桂莲; 方要治; 许颖
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-07-23

Abstract

抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢埋弧对接焊接方法，其步骤：基材力学性能：R_m≥650MPa、R_eL≥585MPa，延伸率A≥18%，冲击功-60^oCKV₂≥69J；钢板厚度16mm及20mm等厚钢板对接焊接；匹配的焊丝:抗拉强度不低于690MPa，直径Ф4.0mm，焊剂为CHF105；埋弧焊坡口形式：双面V型非对称坡口，坡口角度为70°，钝边为4.0mm；焊接工艺条件：在电流500~600A、电压25~30V、速度25~30cm/min、线能量30~36kj/cm的下多层多道连续施焊，层间温度在170~210℃，以使焊缝填满为止。本发明具有优良的焊接力学性能，操作简便、适用方便、高效、节能,满足了大型工程结构制造用钢厚板制造要求。

Description

抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢埋弧对接焊接方法

技术领域

本发明涉及一种抗拉强度≥650MPa厚钢板埋弧焊接工艺，适用于抗拉强度R_m≥650MPa级别船舶、海洋平台及大型工程结构用钢厚板埋弧对接焊，它属于大型船舶、海洋平台及工程结构用钢厚板制造焊接技术领域。

背景技术

随着我国船舶、海洋平台及大型工程结构建设的发展，对造船、海洋平台、大型工程结构用钢的需求质量和数量也在不断的提高，对钢种的强度及韧性也提出更高的要求。A710钢是国家“九五”国防新材料科技攻关项目，旨在为满足我国舰船、海洋平台及大型工程结构用钢提供新一代的钢铁材料而开发研制。为了满足我国对造船、海洋平台、大型工程结构用钢的需求，本申请人为开发研制了我国新一代高强度、高韧性抗拉强度≥650MPa厚钢板，其综合力学性能达到了国外同类钢种水平，尤其是在提高强度的同时低温冲击韧性也有较大的提高。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。因此，如不及时有效地解决抗拉强度≥650MPa厚钢板的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍我国新一代抗拉强度≥650MPa厚钢板的推广应用。加快开展抗拉强度≥650MPa厚钢板焊接新工艺及配套新焊接材料研究，对我国新一代高强度钢在船舶、海洋平台及大型工程结构制造技术领域的推广应用有着重大经济效益及社会效益。

目前存在的主要问题：采用目前国内现有650~750MPa级埋弧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我国新一代高强度钢在船舶、海洋平台及大型工程结构制造技术领域的焊接技术要求，尤其是与高韧性的基材相比，其韧性指标相差太远。在高强钢厚板对接头及多层焊的情况下，接头强度与低温(-60^oC KV₂）冲击功无法达到抗拉强度≥650MPa厚钢板制造焊接技术指标要求。

目前，中国专利号为CN201210287003.9的《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。其主要区别为，专利号为CN201210287003.9所适用范围为主要为两种焊接方法（即复合焊接），富氩气保护焊打底焊接，埋弧焊盖面。所焊接的钢种为高强度低屈强比LYR690钢。而本专利所焊接的钢种抗拉强度≥650MPa，焊接方法为不预热埋弧焊接，接头服役条件不同，专利号为CN201210287003.9接头冲击功所适用范围为-40℃KV₂大于47J，而本专利接头冲击功所适用的属低温范围为-60℃KV₂大于69J。

中国专利号为CN200810048249.4的《一种高强度桥梁钢埋弧焊对接焊接工艺方法》，其解决目前在低合金高强度桥梁钢制造大跨度桥梁结构的埋弧焊对接焊接中，焊前预热80～100℃。措施：其方法：采用抗拉强度为570～650MPa桥梁钢、厚度为36～60mm；匹配的焊接材料：焊丝抗拉强度600MPa，焊丝直径Φ5.0mm，焊剂为SJ105Q；埋弧焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边为6mm；焊前预热到80～100℃；焊接参数：焊接电流680～700A，焊接电压29～30V，焊接速度22～23m/h，焊接线能量32～35kj/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～160℃。专利号为CN200810048249.4所存在的不足是该专利技术所适用的焊接范围为Q420qE钢种（抗拉强度级别在570~600MPa），焊接材料的强度级别为600 MPa，焊前火焰预热到80～100℃。而本发明的专利技术所适用的焊接范围为A710钢种（抗拉强度级别在650~730MPa），焊接材料的强度级别大于700 MPa。除强度外钢种服役条件也有差异，上述公开专利焊接接头-40^oC KV₂低温服役温度大于47J，而本专利接头-60^oC KV₂低温服役温度大于69J。对于高强度大型结构的建造，其解决的关键问题是在保证安全服役的前提下，焊接后结构不变形、无裂纹产生，接头具有优良力学性能及低温韧性。然而众所周知，随着基材的强度的增加，在焊前不预热，焊后不热处理的情况下，保证焊接过程中大型钢结构防裂、防断成为制造过程的首要关键技术。而大型钢结构制造过程进行焊前预热，焊后热处理意味着施工环境、制造成本及制造周期的困难，无法满足施工的技术要求。本发明公开了一种A710高强度钢厚板的埋弧焊关键焊接工艺制造技术，其主要解决的问题是提出了一种埋弧焊接工艺与匹配材料焊接高强度A710钢厚板对接接头焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于解决目前的埋弧对接焊工艺不能满足抗拉强度≥650MPa钢厚板的焊接技术要求，提出了一种适用于抗拉强度≥650MPa钢厚板等厚板与匹配材料埋弧对接焊工艺，且接头综合力学性能及低温冲击性能满足工程服役的技术条件，并焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法。

实现上述目的的措施

抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢埋弧对接焊接方法，其步骤：

1）焊接的基材力学性能：抗拉强度为R_m≥650MPa、屈服强度R_eL≥585MPa，延伸率：A≥18%，冲击功-60^oCKV₂≥69J；钢板厚度为16mm 及20mm的等厚钢板对接焊接；匹配的焊丝抗拉强度不低于690 MPa，焊丝直径Ф4.0mm，焊剂为CHF105；

2）埋弧焊坡口形式：双面V型非对称坡口，坡口角度为70°，钝边为4.0mm；

3）焊接工艺条件：在焊接电流500~600A、焊接电压25~30V、焊接速度25~30cm/min、焊接线能量30~36kj/cm的条件下采用多层多道连续施焊，并控制层间温度在170~210℃，以使焊缝填满为止。

其特征在于：所采用焊丝的化学成分及wt %为C： 0.06~0.12%、Si≤1.0%、Mn≤1.90%、Ni≤0.50%、 Ti：0.12%、 B ≤0.012%、P≤0.015%、S≤0.010%，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明抗拉强度≥650MPa的钢板对接接头采用焊前不预热，焊后不进行热处理工艺，经采用大量试验选择的焊接工艺参数，并进行探伤检测，未发现有裂纹产生的现象，焊接接头具有优良低温性能及抗裂性能，即接头三区的-60^oCKV₂冲击功达到81~103J，远高于拉强度≥650MPa钢-60℃KV₂≥69J的低温性能标准，接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，完全能满足大型结构制造的关键技术要求。

本发明具有如下优点：

（1）本发明公开的“抗拉强度≥650MPa厚钢板埋弧对接焊工艺方法”，满足了我国船舶、海洋平台及大型工程结构制造用钢厚板对接焊接提出了关键埋弧焊接工艺制造技术，埋弧焊对接接头抗拉强度、接头三区冲击功达到较高水平，接头具有较高的低温冲击韧性储备及安全裕度,即接头三区低温冲击功远高于基材-60^oCKV₂≥69J。

（2）由于采用本发明焊接工艺技术，埋弧焊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）采用本发明焊接工艺技术实现了抗拉强度≥650MPa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低温性能仍具有较高的冲击功。

本发明所述的焊接工艺方法具有优良的焊接力学性能，操作简便、适用方便、高效、节能、并且满足了我国船舶、海洋平台及大型工程结构制造用钢厚板制造推广应用。

附图说明

图1为本发明采用厚度为16mm等厚对接接头坡口示意图；

图2为本发明采用厚度为20mm等厚对接接头坡口示意图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

各实施例所用焊丝为在化学成分及wt %为C： 0.06~0.12%、Si≤1.0%、Mn≤1.90%、Ni≤0.50%、 Ti0.12%、 B ≤0.012%、P≤0.015%、S≤0.010%，其余为铁及不可避免的杂质的任意取值所制备的。

以下各实施例的焊接均按照以下步骤进行，并在焊接工艺的参数范围内任意取值：

实施例1：

基材：抗拉强度720MPa，厚板组合16mm+16mm。试板尺寸为600mm×400mm×16mm，埋弧焊坡口采用非对称V型坡口，坡口角度为70°，钝边4mm。焊接材料匹配：上述焊丝及CHF105，熔敷金属的力学性能为R_el=600MPa，R_m=695 MPa，A=25%，Z=72%，冲击功-60℃KV₂=103J。将抗拉强度≥650MPa，厚度为16mm+16mm规格的钢板进行埋弧对接接头焊接；前述的焊丝，其焊丝直径为Ф4.0mm，焊剂为CHF105；焊接工艺规范：焊接电流500A，焊接电压25V，焊接速度25cm/min，焊接线能量30kj/cm；埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在170~180℃ 。

在不进行焊前预热、焊后热处理的条件下，所焊接的钢板对接接头力学性能为：焊缝抗拉强度R_m =721MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-60℃KV₂=82J，熔合线冲击功-60℃KV₂=98 J，热影响区（0.5mm）-60℃KV₂= 87J。

实施例2

基材：抗拉强度710MPa，厚板组合20mm+20mm。试板尺寸为600mm×400mm×20mm，埋弧焊坡口采用非对称V型坡口，坡口角度为70°，钝边4mm。焊接材料匹配：上述焊丝及CHF105，熔敷金属的力学性能为R_el=600MPa，R_m=695 MPa，A=25%，Z=72%，冲击功-60℃KV₂=103J。将抗拉强度≥650MPa，厚度为20mm+20mm规格的钢板进行埋弧对接接头焊接；前述的焊丝，其焊丝直径为Ф4.0mm，焊剂为CHF105；焊接工艺规范：焊接电流~600A，焊接电压~30V，焊接速度~30cm/min，焊接线能量~36 kj/cm；埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在195~210℃ 。

在不进行焊前预热、焊后热处理的条件下，所焊接的钢板对接接头力学性能为：焊缝抗拉强度R_m =705MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-60℃KV₂=91J，熔合线冲击功-60℃KV₂=81 J，热影响区（0.5mm）-60℃KV₂= 97J。

实施例3

基材：抗拉强度710MPa，厚板组合20mm+20mm。试板尺寸为600mm×400mm×20mm，埋弧焊坡口采用非对称V型坡口，坡口角度为70°，钝边4mm。焊接材料匹配：上述焊丝及CHF105，熔敷金属的力学性能为R_el=600MPa，R_m=695 MPa，A=25%，Z=72%，冲击功-60℃KV₂=103J。将抗拉强度≥650MPa，厚度为20mm+20mm规格的钢板进行埋弧对接接头焊接；前述的焊丝，其焊丝直径为Ф4.0mm，焊剂为CHF105；焊接工艺规范：焊接电流~550A，焊接电压~30V，焊接速度~30cm/min，焊接线能量~33 kj/cm；埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在185~205℃ 。

在不进行焊前预热、焊后热处理的条件下，所焊接的钢板对接接头力学性能为：焊缝抗拉强度R_m =710MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-60℃KV₂=97J，熔合线冲击功-60℃KV₂=91 J，热影响区（0.5mm）-60℃KV₂= 101J。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims

1.抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢埋弧对接焊接方法，其步骤：

2.如权利要求1所述的抗拉强度≥650MPa级工程结构用钢埋弧对接焊接方法，其特征在于：所采用焊丝的化学成分及wt %为C： 0.06~0.12%、Si≤1.0%、Mn≤1.90%、Ni≤0.50%、 Ti0.12%、 B ≤0.012%、P≤0.015%、S≤0.010%，其余为铁及不可避免的杂质。