CN104070270A - 一种耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺 - Google Patents

一种耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明是一种耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，母材的屈服强ReL≥415MPa，抗拉强度520-680MPa，延伸率≥22%，-40℃冲击功≥27J；焊丝化学成分：C：0.10%，Mn：1.54%，Si：0.06%，S：0.001%，P：0.010%，Ni：3.19%，Cr：0.16%，Cu：0.34%，余量为Fe及不可避免杂质；焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口；焊接工艺参数：焊接电流500-650A，焊接电压30-35V，焊接速度58-62cm/min，焊接热输入量15-35kJ/cm；本发明焊接接头具有优良的综合力学性能，实用性强。

Description

一种耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺
技术领域
本发明属于钢铁材料焊接领域，涉及一种埋弧焊焊接工艺，具体的说是一种耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺。
背景技术
大气腐蚀是钢铁材料的主要破坏形式之一。据统计，全世界每年因腐蚀而损耗的钢铁材料占钢材产量的1/6。我国2008年因腐蚀造成的直接和间接损失高达1.2-2万亿元，而因防蚀措施所产生的费用在工程投资中也占了相当的比例。如能应用近代腐蚀科学技术知识和防腐蚀技术，腐蚀的经济损失可以降低25％-30％。采用不锈钢虽然能有效防止腐蚀，但其成本一般难以承受，其焊接、加工以及综合性能也无法满足各种工程的需要。
沿海大气中，由于海风的吹拂，雾气中会夹杂着氯化钠颗粒，使大气中含有氯离子。滨海环境高温、高湿的特点，有助于氯离子在钢板表面的沉积，通过干湿交替作用氯离子渗透到钢板的内部，导致了钢结构的过早失效，由于涂装、维修成本很高，氯离子的作用引起了国内外研究者的重视。因此，免涂装耐大气腐蚀钢应运而生。采用耐候钢无初期涂装和维护涂装，生命周期成本低；无有机挥发物的释放，健康环保；其锈层颜色随时间变化，最后变成深褐色，与周围自然环境相协调。耐蚀性可延长钢结构的使用寿命，高强度可使钢材厚度减薄，重量减轻，广泛应用于铁路车辆、桥梁、建筑、集装箱、输电塔、电视塔、工程机械、管线、汽车、农机、船舶、锅炉、容器、道路护栏、环卫设施等等。
为了适应我国当前对耐滨海地区大气腐蚀钢材的迫切需要，开发出力学综合性能优良的耐滨海地区大气腐蚀钢板并解决其焊接关键技术，对于丰富我国沿海地区建设用钢的品种具有重要意义。由于滨海地区服役环境十分恶劣，除承受结构应力外，还受到高温高湿等滨海地区环境的影响，这就需要耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊接接头具有良好的强度和韧性匹配。因此，为防止耐滨海地区大气腐蚀用钢焊接接头的脆化问题，合理匹配焊接材料、优化焊接工艺参数是技术关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：如何保证焊接接头抗拉强度Rm520-680MPa，延伸率A≥22％，-40℃冲击韧性不低于27J的高标准设计要求，焊接接头具有优良的力学综合性能。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，采用16-50mm厚的焊接母材，焊接母材的成分及重量百分比为：C：0.01-0.08％，Si：0.10-0.50％，Mn：0.50-1.60％，P≤0.080％，S≤0.025％，Ni：0.01-3.50％，Mo：0.01-0.50％，Cu：0.01-1.20％，Nb：0.001-0.060％，Ca：0.0005-0.0040％，Al：0.010-0.080％，N≤0.0080％，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接母材的屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm520-680MPa，延伸率A≥22％，-40℃冲击功Akv≥27J；
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10％，Mn：1.54％，Si：0.06％，S：0.001％，P：0.010％，Ni：3.19％，Cr：0.16％，Cu：0.34％，余量为Fe及不可避免杂质；
焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口，非对称X型坡口的正面坡口和反面坡口角度均为50°-65°，钝边为0-2mm，坡口装配间隙为1-2mm；
焊接工艺参数：焊接电流500-650A，焊接电压30-32V，焊接速度58-62cm/min，焊接热输入量15-35kJ/cm；对同等厚度组合钢板对接接头采用多层多道焊丝埋弧焊焊接，其焊缝层间温度控制在20-200℃。
本发明采用合适的焊接母材、焊接材料和焊接工艺，能够保证焊接接头屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm520-680MPa，延伸率A≥22％，-40℃冲击韧性不低于27J的设计要求，焊接接头具有优良的力学综合性能。
本发明对焊接母材及焊丝的化学成分进行选择，配合合理的焊接工艺参数，从而阻止了焊缝金属产生粗大的先共析铁素体，阻止粗晶区产生粗大的粒状贝氏体甚至产生魏氏组织，提高了焊接接头低温冲击韧性；同时，可以进一步防止熔池(焊缝)附近发生过热现象，从而阻止该区域晶粒长大粗化严重，在焊缝一次结晶组织中阻止了粗柱状晶及树权晶的产生，从而降低了热裂缝的敏感性；在焊缝二次结晶组织中形成更多的低碳马氏体组织，从而使焊接接头具有较高的强度和一定的塑性和韧性，获得了意想不到的技术效果。
焊接接头的强韧性是由成分及焊接热循环等条件决定的，不同的焊接工艺会导致焊缝和热影响区产生不同的组织，从而得到不同的强韧性能。焊接热输入量是影响焊接接头低温冲击韧性的关键。在较大焊接热输入条件下，焊缝金属产生粗大的先共析铁素体，而粗晶区产生粗大的粒状贝氏体甚至产生魏氏组织，这是焊接接头低温冲击韧性降低的主要原因。较小的热输入虽然不会强烈恶化焊接接头的低温韧性，但是小热输入量的焊接效率低。本发明设定焊接热输入量15-35kJ/cm，可保证得到可靠的焊接接头。
焊接电流要适中，焊接电流过大时，容易引起焊漏、烧穿、产生裂纹等缺陷，且焊件的变形大，焊接过程中飞溅很大；焊接电流过小时，容易引起未焊透、未熔合、夹渣以及焊缝成型不良等缺陷。埋弧电压必须与焊接电流配合选择，通常电流较小时，埋弧电压较低；焊接电流较大时，埋弧电压较高。焊接电流和焊接埋弧电压的一定的条件下，随着焊接速度增加，将使焊缝宽度和熔深减小。本发明设定焊接电流500-520A，焊接电压30-35V，焊接速度58-62cm/min，可保证得到可靠的焊接接头。
本发明实施后，耐滨海地区大气腐蚀用钢焊接接头部位的力学性能为：抗拉强度Rm：520-680MPa，断裂位置为母材；接头面弯及背弯d＝4a，180°合格；钢板表层的焊缝、熔合线及线外2mm、5mm处-40℃冲击功Akv≥27J。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，其中焊丝直径Φ4.0mm，熔敷金属抗拉强度≥520MPa。
前述的耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，其中焊接母材的成分及重量百分比为：C：0.01％，Si：0.10％，Mn：0.50％，P：0.080％，S：0.025％，Ni：0.01％，Mo：0.01％，Cu：0.01％，Nb：0.001％，Ca：0.0005％，Al：0.010％，N：0.0080％，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接母材的屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm520-680MPa，延伸率A≥22％，-40℃冲击功Akv≥27J；
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10％，Mn：1.54％，Si：0.06％，S：0.001％，P：0.010％，Ni：3.19％，Cr：0.16％，Cu：0.34％，余量为Fe及不可避免杂质；
焊丝直径为Φ4.0mm；焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口，正面坡口和反面坡口角度均为55°-60°，根部不留钝边，坡口装配间隙为1-2mm；
焊接工艺参数：焊接电流500-510A，焊接电压30-31V，焊接速度59-61cm/min，焊接热输入量15-16kJ/cm；对厚度为16mm+16mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在150℃。
前述的耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，其中焊接母材的成分及重量百分比为：C：0.08％，Si：0.50％，Mn：1.60％，P：0.050％，S：0.005％，Ni：3.50％，Mo：0.50％，Cu：1.20％，Nb：0.060％，Ca：0.0040％，Al：0.080％，N：0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接母材的屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm520-680MPa，延伸率A≥22％，-40℃冲击功Akv≥27J；
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10％，Mn：1.54％，Si：0.06％，S：0.001％，P：0.010％，Ni：3.19％，Cr：0.16％，Cu：0.34％，余量为Fe及不可避免杂质；
焊丝直径为Φ4.0mm；焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口，正面坡口和反面坡口角度均为55°-60°，根部钝边为2mm，坡口装配间隙为1-2mm；
焊接工艺参数：焊接电流640-650A，焊接电压34-35V，焊接速度36-38cm/min，焊接热输入量33-35kJ/cm；对厚度为50mm+50mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在200℃。
本发明的有益效果是：⑴本发明满足低温条件下焊接接头力学综合性能优良的16mm厚Q415NH-BH耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊接关键技术。采用合适的焊接母材、焊接材料和焊接工艺能够保证焊接接头强度不低于母材和-40℃冲击韧性不低于27J的高标准设计要求，焊接接头具有优良的力学综合性能。⑵本发明实现了耐滨海地区大气腐蚀用16mm厚Q415NH-BH钢板对接接头焊丝埋弧焊制造过程的焊接工艺，在实施过程中，可以达到焊接接头力学性能优良的效果，实用性强，高效节能，适用于大型滨海地区建设工程推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例1的X型坡口型式图。
图2是本发明实施例2的X型坡口型式图。
具体实施方式
实施例1
一种焊接接头力学综合性能优良的16mm厚Q415NH-BH耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，包括以下步骤：
采用屈服强度≥415MPa的强韧性优良的16mm厚Q415NH-BH耐滨海地区大气腐蚀用钢，焊接试板组合为16mm+16mm，试板尺寸为600mm(长)×200mm(宽)×16mm(厚)；
所述焊接母材的成分及重量百分比为：C：0.01％，Si：0.10％，Mn：0.50％，P：0.080％，S：0.025％，Ni：0.01％，Mo：0.01％，Cu：0.01％，Nb：0.001％，Ca：0.0005％，Al：0.010％，N：0.0080％，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接母材的屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm520-680MPa，延伸率A≥22％，-40℃冲击功Akv≥27J；
匹配的焊接材料：
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10％，Mn：1.54％，Si：0.06％，S：0.001％，P：0.010％，Ni：3.19％，Cr：0.16％，Cu：0.34％，余量为Fe及不可避免杂质；
焊丝直径为Φ4.0mm；
焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口，如图1所示，正面坡口和反面坡口角度均为55°-60°，根部不留钝边，坡口装配间隙为1-2mm。
焊接工艺参数：焊接电流500-510A，焊接电压30-31V，焊接速度59-61cm/min，焊接热输入量15-16kJ/cm；对厚度为16mm+16mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在150℃。
经过上述实施例1的焊接方法对16mm厚Q415NH-BH耐滨海地区大气腐蚀用钢进行焊丝埋弧焊焊接后，对焊接接头的力学性能进行检测。焊接接头的拉伸和弯曲性能如表1所示，冲击性能如表2所示。
表1焊接接头的拉伸及侧弯性能
表2焊接接头的冲击性能
实施例2
一种焊接接头力学综合性能优良的50mm厚Q415NH-BH耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，包括以下步骤：
采用屈服强度≥415MPa的强韧性优良的16mm厚Q415NH-BH耐滨海地区大气腐蚀用钢，焊接试板组合为50mm+50mm，试板尺寸为600mm(长)×200mm(宽)×50mm(厚)；
焊接母材的成分及重量百分比为：C：0.08％，Si：0.50％，Mn：1.60％，P：0.050％，S：0.005％，Ni：3.50％，Mo：0.50％，Cu：1.20％，Nb：0.060％，Ca：0.0040％，Al：0.080％，N：0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接母材的屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm520-680MPa，延伸率A≥22％，-40℃冲击功Akv≥27J；
匹配的焊接材料：
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10％，Mn：1.54％，Si：0.06％，S：0.001％，P：0.010％，Ni：3.19％，Cr：0.16％，Cu：0.34％，余量为Fe及不可避免杂质；
焊丝直径为Φ4.0mm；
焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口，如图2所示，正面坡口和反面坡口角度均为55°-60°，根部钝边为2mm，坡口装配间隙为1-2mm。
焊接工艺参数：焊接电流640-650A，焊接电压34-35V，焊接速度36-38cm/min，焊接热输入量33-35kJ/cm；对厚度为50mm+50mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在200℃。
经过上述实施例2的焊接方法对50mm厚Q415NH-BH耐滨海地区大气腐蚀用钢进行焊丝埋弧焊焊接后，对焊接接头的力学性能进行检测。焊接接头的拉伸和弯曲性能如表3所示，冲击性能如表4所示。
表3焊接接头的拉伸及侧弯性能
表4焊接接头的冲击性能
可见，实施例1和2得到的焊接接头的综合力学性能优良，达到了良好的强韧性匹配。焊接接头抗拉强度Rm为520-680MPa，-40℃冲击功单值KV2≥27J，接头面弯及背弯d＝4a，180°合格。并且本专利提供的工艺实施方式简单，适用性很强。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：
采用16-50mm厚的焊接母材，所述焊接母材的成分及重量百分比为：C：0.01-0.08%，Si：0.10-0.50%，Mn：0.50-1.60%，P≤0.080%，S≤0.025%，Ni：0.01-3.50%，Mo：0.01-0.50%，Cu：0.01-1.20%，Nb：0.001-0.060%，Ca：0.0005-0.0040%，Al：0.010-0.080%，N≤0.0080%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述焊接母材的屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm 520-680MPa，延伸率A ≥22%，-40℃冲击功Akv≥27J；
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10%，Mn：1.54%，Si：0.06%，S：0.001%，P：0.010%，Ni：3.19%，Cr：0.16%，Cu：0.34%，余量为Fe及不可避免杂质；
焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口，非对称X型坡口的正面坡口和反面坡口角度均为50°-65°，钝边为0-2mm，坡口装配间隙为1-2mm；
焊接工艺参数：焊接电流500-650A，焊接电压30-35V，焊接速度58-62cm/min，焊接热输入量15-35kJ/cm；对同等厚度组合钢板对接接头采用多层多道焊丝埋弧焊焊接，其焊缝层间温度控制在20-200℃。
2.如权利要求1所述的耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：焊丝直径Φ4.0mm，熔敷金属抗拉强度520-680MPa。
3.如权利要求1或2所述的耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：所述焊接母材的成分及重量百分比为：C：0.01%，Si：0.10%，Mn：0.50%，P：0.080%，S：0.025%，Ni：0.01%，Mo：0.01%，Cu：0.01%，Nb：0.001%，Ca：0.0005%，Al：0.010%，N：0.0080%，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接母材的屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm 520-680MPa，延伸率A ≥22%，-40℃冲击功Akv≥27J；
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10%，Mn：1.54%，Si：0.06%，S：0.001%，P：0.010%，Ni：3.19%，Cr：0.16%，Cu：0.34%，余量为Fe及不可避免杂质；
焊丝直径为Φ4.0mm；焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口，正面坡口和反面坡口角度均为55°-60°，根部不留钝边，坡口装配间隙为1-2mm；
焊接工艺参数：焊接电流500-510A，焊接电压30-31V，焊接速度59-61cm/min，焊接热输入量15-16kJ/cm；对厚度为16mm+16mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在150℃。
4.如权利要求1或2所述的耐滨海地区大气腐蚀用钢的焊丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于：所述焊接母材的成分及重量百分比为：C：0.08%，Si：0.50%，Mn：1.60%，P：0.050%，S：0.005%，Ni：3.50%，Mo：0.50%，Cu：1.20%，Nb：0.060%，Ca：0.0040%，Al：0.080%，N：0.0050%，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接母材的屈服强度≥415MPa，抗拉强度Rm 520-680MPa，延伸率A ≥22%，-40℃冲击功Akv≥27J；
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.10%，Mn：1.54%，Si：0.06%，S：0.001%，P：0.010%，Ni：3.19%，Cr：0.16%，Cu：0.34%，余量为Fe及不可避免杂质；
焊丝直径为Φ4.0mm；焊丝埋弧焊坡口采用非对称X型坡口，正面坡口和反面坡口角度均为55°-60°，根部钝边为2mm，坡口装配间隙为1-2mm；
焊接工艺参数：焊接电流640-650A，焊接电压34-35V，焊接速度36-38cm/min，焊接热输入量33-35kJ/cm；对厚度为50mm+50mm组合钢板对接接头采用多层多道气保焊焊接，焊缝层间温度控制在200℃。
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