CN104259633A - 一种高效的单面埋弧焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效的单面埋弧焊接方法，包括：1)采用单面35～55°V型坡口，钝边厚度为3～5mm；2)背面铺垫一层衬垫焊剂；3)在坡口上铺洒铁粉及合金，厚度不超过板厚的1/3；4)选用直径2.4-6.0mm焊丝，其含有≤0.08％C,≤0.10％Si,1.0～2.0％Mn,≤0.01％P,≤0.01％S；焊剂含有18～22％SiO2,20～25％MgO,8～12％CaF2,5～10％Al2O3，碱度2.0～3.5；5)焊接速度70～160cm/min，热输入量80～250kJ/cm；6)20～60mm厚钢板可实现单道次焊透，接头抗拉强度≥510MPa，-20℃冲击功≥100J。

Description

一种高效的单面埋弧焊接方法
技术领域
本发明涉及一种高效埋弧焊接方法，具体的说是一种针对厚度规格20～60mm的钢板单面焊接双面成型埋弧焊接方法。
背景技术
船舶、建筑和桥梁等领域对于焊接钢结构件的需求趋于大型化，因此焊接效率对于上述领域建造工程效率提升起到重要作用。相对于气体保护焊，埋弧焊接由于其焊接热输入量大、熔敷率高等优点在大型的平面的钢结构建造中得到了广泛应用。
专利文献CN201310031558.1公开了一种针对厚度规格6-50mm的钢板的埋弧焊接工艺，对于6～20mm厚钢板采用V型，对于20～50mm厚钢板采用X型坡口，其钝边为0～6mm，可焊接速度36～66cm/min，热输入量10～40kJ/cm的埋弧焊接。但由于热输入量在40kJ/cm以下，焊接速度在66cm/min以下，焊接效率偏低。
为进一步提高焊接效率，双丝或者多丝埋弧焊接也得到了实际应用。比如单面焊接双面成型的三丝埋弧焊应用到了船舶平面分段流水线上、双面焊双面成型的双丝、三丝或者四丝埋弧焊接应用在输油气管道上。
针对单面焊接双面成型埋弧焊接技术，三丝埋弧焊接技术在船舶行业较为成熟，但一般仅限应用于厚度规格20mm以下的钢板。对于20mm以上厚度钢板，由于焊接成型问题，通常会采用多道次的双面焊双面成型的埋弧焊接方法。
专利文献JP2006-035279公开了一种采用V型坡口、25～60°坡口角度，焊前坡口处填充铁粉，焊接速度70～150cm/min的三丝或者四丝埋弧焊接方法，可实现10～40mm厚钢板的单道次焊接成型。该技术虽提高了焊接效率，但由于缺乏对焊接工艺和焊接材料做出要求，因此无法保证焊接接头，尤其是焊缝金属的强度和低温冲击韧性。
截至目前，对于厚度规格20～60mm的钢板，缺乏能够确保焊缝金属强度和低温冲击韧性的单面焊双面成型的高效率埋弧焊接方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效的单面焊接双面成型的埋弧焊接方法，适用于船舶等大型钢结构的焊接加工作业，能够实现厚度规格20～60mm的钢板单面焊接双面成型，提高了焊接效率；同时焊接接头的焊缝金属的抗拉强度≥510MPa，-20℃冲击功≥100J。
本发明解决上述问题的技术方案是：
一种高效的单面埋弧焊接工艺方法，包括以下步骤：
(1)焊接坡口采用单面V型，坡口角度为35～55°，钝边厚度3～5mm，钝边间隙1～2mm；
(2)钢板背面铺垫一层衬垫焊剂，并用气囊等夹具将焊剂与焊接试板压紧；
(3)焊前对钢板进行除油污及烘干处理，待装备完毕后，在焊接坡口上面铺洒一层铁粉及合金的混合粉料，粉料中铁粉的重量百分比≥90％，铺洒粉料层的厚度不超过板厚的1/3；
(4)采用单丝或者多丝埋弧焊接方法，焊丝选用直径为2.4～6.0mm的实芯焊丝或者药芯焊丝，焊剂为烧结埋弧焊剂，其碱度为2.0～3.5之间；
(5)焊接速度70～160cm/min，焊接热输入量80～250kJ/cm，焊剂烘烤制度为300～350℃×2～2.5h；
(6)焊丝中加入了重量百分比含量0.02％及以上的Ti,Zr和REM等强脱氧剂中的一种或以上，使得焊缝金属中生成了较多的氧化物夹杂物，从而促进了晶内针状铁素体的形成，从而抵消了由于焊接热输入量的增加而导致粗大魏氏组织形成从而恶化冲击韧性的负面影响，使得焊缝金属的-20℃冲击功稳定在100J以上。
本发明的优点及有益效果至少在于：
(1)本发明采用焊前在焊接坡口预铺铁粉层和合金粉层的办法解决了焊缝金属填充问题、增加了相同焊接参数工艺条件下的熔敷率、提高了焊接效率，并能得到质量完好的焊接接头，无焊接裂纹和未熔合等缺陷；
(2)采用本发明焊接方法和工艺，以及相配套的焊丝和焊剂，可实现焊缝金属的高强度和低温冲击韧性的良好搭配，即抗拉强度≥510MPa，-20℃冲击功≥100J以上；焊缝组织中针状铁素体的体积含量占60％以上。
附图说明
图1为本发明实施例1焊缝金相组织图；
图2为本发明实施例1焊缝断口形貌图。
具体实施方式
实施例一
选取40mm厚的船板AH36，屈服强度390MPa，抗拉强度545MPa，延伸率24％，-20℃冲击功为250J。焊板的尺寸为1000(长)×500mm(宽)；坡口为单V型，坡口角度为50°，钝边厚度为4.5mm，钝边间隙2.5mm。
焊前将焊板坡口附近区域清理干净，在焊板底面铺一层焊剂，并用气囊将焊剂与焊板底部压紧。装配完成后，将焊机和焊丝对中，然后在焊接坡口上铺装铁粉层，厚度为10mm，然后开始埋弧焊接；焊接速度为80cm/min，焊接热输入量189kJ/cm。
焊丝成分中含有重量百分比含量为0.06％的Ti和REM，以及0.07％C,0.07Si,1.40％Mn,0.009％P,0.004％S。焊剂成分组成含有(重量百分比)SiO2:19％,MgO:21％,CaF2:9％,Al2O3:6％，TiO2:7％，以及少量的粘结剂，其碱度为2.3，烘烤制度为330℃×2.2h。
焊后对焊接接头进行超声波探伤，均达Ｉ级。
对上述焊接接头取样进行力学性能测试。测试结果表明：焊接接头的焊缝金属的抗拉强度535MPa，-20℃冲击功为112J焊缝180°侧弯合格，无裂纹；热影响区-20℃冲击功为158J，
焊接接头焊缝区金相组织见图1，针状铁素体体积含量为62％；冲击断口形貌见图2。
实施例二
选取50mm厚的船板DH36，屈服强度386MPa，抗拉强度535MPa，延伸率25％，-20℃冲击功为236J。焊板的尺寸为1000(长)×500mm(宽)；坡口为单V型，坡口角度为55°，钝边厚度为6.5mm，钝边间隙3.5mm。
焊前将焊板坡口附近区域清理干净，在焊板底面铺一层焊剂，并用气囊将焊剂与焊板底部压紧。装配完成后，将焊机和焊丝对中，然后在焊接坡口上铺装铁粉层，厚度为15mm，然后开始埋弧焊接；焊接速度为125cm/min，焊接热输入量285kJ/cm。
焊丝成分中含有重量百分比含量为0.12％的Ti和Zr，以及0.05％C,0.05Si,1.55％Mn,0.007％P,0.005％S。焊剂成分组成含有(重量百分比)SiO2:20％,MgO:24％,CaF2:14％,Al2O3:8％，TiO2+ZrO2:8％，以及少量的粘结剂，其碱度为2.7，烘烤制度为310℃×2.4h。
焊后对焊接接头进行超声波探伤，均达I级。
对上述焊接接头取样进行力学性能测试。测试结果表明：焊接接头的焊缝金属的抗拉强度528MPa，-20℃冲击功为102J，焊缝180°侧弯合格，无裂纹；热影响区-20℃冲击功为142J。焊缝金属中针状铁素体体积含量为65％；
本发明还有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变形形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种高效的单面埋弧焊接方法，焊丝的焊丝化学成分中包含,C:≤0.08％,Si:≤0.10％,Mn:1.0～2.0％,P:≤0.01％,S:≤0.01％,此外还包含Ti,Zr和REM中的一种或以上，且重量百分比含量≥0.02％，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
(1)焊接钢板厚度20～60mm，焊接坡口采用单面V型，坡口角度为35～55°，钝边厚度3～5mm，钝边间隙1～2mm；
(2)钢板背面铺垫一层衬垫焊剂，并用气囊等夹具将焊剂与焊接试板压紧；
(3)焊前对钢板进行除油污及烘干处理，待装备完毕后，在焊接坡口上面铺洒一层铁粉及合金的混合粉料，粉料中铁粉的重量百分比≥90％，粉料中的杂质元素P和S的含量≤0.015％，粉料颗粒尺寸在0.05～1.5mm之间，铺洒粉料层的厚度不超过焊接工件厚度的1/3；
(4)采用单丝或者多丝埋弧焊接方法，焊丝选用直径为2.4～6.0mm的实芯焊丝或者药芯焊丝；焊剂为烧结埋弧焊剂，其碱度为2.0～3.5之间，烘烤制度为300～350℃×2～2.5h；
(5)焊接速度70～160cm/min，焊接热输入量80～250kJ/cm。
2.根据权利要求1所述一种高效的单面埋弧焊接方法，其特征在于：埋弧焊剂的组成为：SiO2:18～22％,MgO:20～25％,CaF2:8～12％,Al2O3:5～10％，TiO2或ZrO2中的一种或以上，其含量或两者之和≥5％，以及少量的粘结剂。
3.根据权利要求1所述一种高效的单面埋弧焊接方法，其特征在于：制得焊接接头的焊缝金属的抗拉强度≥510MPa，焊缝金属的-20℃冲击功≥100J。
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