CN105057849A - 一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法 - Google Patents
一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法，按以下步骤进行：（1）在待焊接板材的接头处开V形坡口；（2）打磨去除氧化铁皮和铁屑；（3）四周固定后进行Ar+CO2混合气体保护固定焊；（4）进行打底焊，打底焊的焊接电压为22~24V，焊接电流为220~240A，焊接速度为390~480mm/min；（5）进行填充焊；（6）在200±5℃条件下保温50~70min。本发明的方法焊前及焊接道次间不需要进行预热，能耗低生产效率高，能够解决1100MPa级高强钢焊接问题；焊接接头平整光滑，强度和韧性均能达到使用要求。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法。
背景技术
低合金超高强度结构钢广泛应用于工程机械、电力、建筑、桥梁、汽车起重机等重载领域；目前，新型超高强高韧钢不断涌现，但是相关焊接工艺难以同步更新，因此阻碍了高附加值钢种的实际应用。
随着TMCP工艺技术的发展，热轧高强钢的强度和韧性得到显著提升，目前主要出现以回火马氏体和无碳化物贝氏体组织为主的超高强钢；为了抑制焊接接头冷裂纹形成，钢种开发中已经严格控制碳含量及微合金元素的添加量；但是抗拉强度达到1100MPa以上的超高强钢由于母材强度高，如何在保证焊接接头的强度的同时，具有良好的冲击韧性，仍然是一大难点。
目前为了消除焊接冷裂纹，不仅需要对焊接材料进行焊前预热，而且需要进行焊后热处理；这就降低了高强钢的焊接生产效率，增加了焊接工艺复杂性；因此，开发不预热的焊接工艺对实际生产具有重要意义。
申请号为ZL200610070181和ZL200910019599的中国专利申请公开了“800MPa高强钢的不预热焊接工艺”和“900MPa高强钢不预热组合焊接方法”，此发明解决了抗拉强度为800和900MPa的高强钢不预热焊接问题；但是在1100MPa级超高强钢的焊接方面，如何通过焊丝的选取及焊接工艺的优化，实现不预热焊接避免焊接冷裂纹，目前还没有公开的有效的方法。
发明内容
针对现有1100MPa级热轧超高强高韧钢在不预热焊接方面存在的问题，本发明提供一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法，通过合理的焊丝选取，采用优化的焊接工艺，控制焊接线能量，避免焊接冷裂纹的形成。
本发明的1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法按以下步骤进行：
1、在待焊接板材的接头处开V形坡口，坡口角度为30°~45°，钝边为1~2mm，组对间隙为1.2~2mm；所述的待焊接板材为1100MPa级热轧超高强高韧钢，其屈服强度为900~980MPa，抗拉强度为1140~1300MPa，延伸率为13~18%；
2、对坡口两侧的待焊接板材表面进行打磨，去除氧化铁皮和铁屑；
3、将待焊接板材四周用螺栓固定，然后进行Ar+CO2混合气体保护固定焊，固定焊的焊接电压为20~22V，焊接电流为190~200A，焊接速度为330~420mm/min；
4、固定焊结束后直接进行Ar+CO2混合气体保护打底焊，打底焊的焊接电压为22~24V，焊接电流为220~240A，焊接速度为390~480mm/min；
5、打底焊结束后直接进行Ar+CO2混合气体保护填充焊，填充焊的焊接电压为22~30V，焊接电流为220~290A，焊丝延伸出焊枪的长度为15~18mm，焊接速度为330~390mm/min；
6、将填充焊结束后的板材在200±5℃条件下保温50~70min，消除焊接应力，并使焊接引入氢原子能够充分扩散，避免产生氢致裂纹。
上述方法中，步骤3、4和5采用的焊丝是牌号为ER120S-G的实心焊丝。
上述的1100MPa级热轧超高强高韧钢是指低碳热轧超高强高韧钢。
上述的步骤3、4和5中，Ar+CO2混合气体中氩气的体积百分比为80%；焊接时氩气/二氧化碳混合气体的流量为18~22L/min。
上述方法获得的板材的焊接接头抗拉强度≥1085MPa，焊缝0℃冲击功≥90J，-20℃冲击功≥60J。
本发明的技术原理是：通过采用较低的线能量进行固定焊、打底焊和填充焊；线能量是指焊接电压与电流的乘积除以焊接速度；较低的线能量即指，焊接的电流电压较小；由于固定焊和打底焊时采用较低的线能量（6~8KJ/cm），钢板焊接过程中热影响区的峰值温度低，组织粗化效果减弱，粗晶区内原奥氏体晶粒尺寸减小；此外焊接母材具有一定抗焊接冷裂纹能力，焊接后粗晶区的相变产物为无碳化物贝氏体组织，具有良好的冲击韧性。
本发明的方法焊前及焊接道次间不需要进行预热，因此能耗低，焊接生产效率高，并且能够解决1100MPa级高强钢焊接问题；焊接1100MPa级高强钢时，焊接过程需要连续不间断，并且严格控制线能量，当焊接板材较厚时采用多层多道次焊接。
本发明的方法可有效避免了焊接裂纹的产生；从焊接接头的金相组织观察分析，焊缝区主要为针状铁素体组织，粗晶区和细晶区为无碳化物贝氏体组织，混晶区为粒状贝氏体组织，回火区为回火马氏体组织；焊接接头平整光滑，强度和韧性均能达到使用要求；与常规焊接工艺相比，减少了焊前预热工序，具有工艺简单易行，生产效率高，尤其针对解决1100MPa级超高强高韧钢焊接问题，具有重要的实际生产意义。
附图说明
图1为本发明实施例1的焊接接头金相组织显微图。
具体实施方式
本发明实施例中观测金相组织的设备为徕卡DMIRM2500M金相显微镜。
本发明实施例中1100MPa级热轧超高强高韧钢的厚度范围为10~15mm。
本发明的1100MPa级热轧超高强高韧钢选用申请号为201410684407.0专利申请完公开的“一种低碳热轧超高强高韧钢及其制备方法”所记载方法制备的低碳热轧超高强高韧钢。
本发明实施例中测试拉伸性能参照GB/T228-2002标准，采用的设备为CMT5105-SANS电子万能拉伸试验机。
本发明实施例中测试冲击性能参照ASTME23-2007标准，采用的设备为InstronDynatup9200系列落锤冲击试验机。
本发明实施例中采用的焊丝为法国沙福公司产品。
本发明实施例中采用的焊丝成分按重量百分比含C0.08~0.15%，Si0.5~1.0%，Mn1.35~1.80%，Ni2.0~2.5%，Cr0.25~0.5%，Mo0.35~0.6%，余量为Fe和不可避免杂质，熔敷金属力学性能为：屈服强度σs≥965MPa，抗拉强度σb≥1010MPa，延伸率δ≥13%，-20℃冲击功Akv≥47J。
本发明实施例中采用的焊丝直径1.2mm。
本发明实施例中，步骤3、4和5的Ar+CO2混合气体中氩气的体积百分比为80%
本发明实施例中，步骤2、3和4的氩气/二氧化碳混合气体的流量为18~22L/min。
本发明实施例中固定焊的线能量在6~7KJ/cm之间，打底焊的线能量在7~8KJ/cm之间，填充焊时的线能量为8~18KJ/cm。
本发明实施例中，对坡口两侧的待焊接板材表面进行打磨是指对坡口两侧20~25mm范围内钢板表面进行打磨。
本发明实施例中获得的焊接接头的屈服强度≥945MPa。
本发明实施例中获得的焊接接头的延伸率≥11.2%。
实施例1
在待焊接板材的接头处开V形坡口，坡口角度为30°，钝边为1mm，组对间隙为1.2mm；所述的待焊接板材厚度为15mm，屈服强度为900MPa，抗拉强度为1300MPa，延伸率为18%；所述的1100MPa级热轧超高强高韧钢是指低碳热轧超高强高韧钢；对坡口两侧的待焊接板材表面进行打磨，去除氧化铁皮和铁屑；
采用的焊丝是牌号为ER120S-G的实心焊丝；
将待焊接板材四周用螺栓固定，然后进行Ar+CO2混合气体保护固定焊，固定焊的焊接电压为20V，焊接电流为190A，焊接速度为330mm/min；线能量=6.9KJ/cm；
固定焊结束后直接进行Ar+CO2混合气体保护打底焊，打底焊的焊接电压为22V，焊接电流为220A，焊接速度为390mm/min；线能量=7.4KJ/cm；
打底焊结束后直接进行Ar+CO2混合气体保护填充焊，填充焊的焊接电压为22V，焊接电流为220A，焊丝延伸出焊枪的长度为15mm，焊接速度为360mm/min；线能量=8.1KJ/cm；
将填充焊结束后的板材在200±5℃条件下保温50min，消除焊接应力，并使焊接引入氢原子能够充分扩散，避免产生氢致裂纹；
获得的焊接钢板无焊接裂纹，金相组织如图1所示，焊接接头抗拉强度1080MPa，屈服强度945MPa，延伸率14.6%，焊缝0℃冲击功≥90J，-20℃冲击功≥60J；粗晶区-20℃冲击功大于45J，能够满足使用要求。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
（1）待焊接板材的厚度为12mm，屈服强度为940MPa，抗拉强度为1220MPa，延伸率为15%；坡口角度为40°，钝边为1.5mm，组对间隙为1.6mm；
（2）固定焊的焊接电压为21V，焊接电流为195A，焊接速度为390mm/min；线能量=6.3KJ/cm；
（3）打底焊的焊接电压为23V，焊接电流为230A，焊接速度为420mm/min；线能量=7.6KJ/cm；
（4）填充焊的焊接电压为26V，焊接电流为250A，焊丝延伸出焊枪的长度为16mm，焊接速度为330mm/min；线能量=11.8KJ/cm；
（5）将填充焊结束后的板材在200±5℃条件下保温60min；
（6）焊接接头抗拉强度1105MPa，屈服强度990MPa，延伸率为13.1%，焊缝0℃冲击功≥90J，-20℃冲击功≥60J；粗晶区-20℃冲击功大于40J，能够满足使用要求。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
（1）待焊接板材的厚度为10mm，屈服强度为980MPa，抗拉强度为1140MPa，延伸率为13%；坡口角度为45°，钝边为2mm，组对间隙为2mm；
（2）固定焊的焊接电压为22V，焊接电流为200A，焊接速度为420mm/min；线能量=6.3KJ/cm；
（3）打底焊的焊接电压为24V，焊接电流为240A，焊接速度为480mm/min；线能量=7.2KJ/cm；
（4）填充焊的焊接电压为30V，焊接电流为290A，焊丝延伸出焊枪的长度（焊丝干伸长度）为18mm，焊接速度为300mm/min；线能量=17.4KJ/cm；
（5）将填充焊结束后的板材在200±5℃条件下保温70min；
（6）焊接接头抗拉强度1160MPa，屈服强度1030MPa，延伸率为11.2%，焊缝0℃冲击功≥90J，-20℃冲击功≥60J；粗晶区-20℃冲击功大于38J，能够满足使用要求。
Claims (5)
1.一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）在待焊接板材的接头处开V形坡口，坡口角度为30°~45°，钝边为1~2mm，组对间隙为1.2~2mm；所述的待焊接板材为1100MPa级热轧超高强高韧钢，其屈服强度为900~980MPa，抗拉强度为1140~1300MPa，延伸率为13~18%；
（2）对坡口两侧的待焊接板材表面进行打磨，去除氧化铁皮和铁屑；
（3）将待焊接板材四周用螺栓固定，然后进行Ar+CO2混合气体保护固定焊，固定焊的焊接电压为20~22V，焊接电流为190~200A，焊接速度为330~420mm/min；
（4）固定焊结束后直接进行Ar+CO2混合气体保护打底焊，打底焊的焊接电压为22~24V，焊接电流为220~240A，焊接速度为390~480mm/min；
（5）打底焊结束后直接进行Ar+CO2混合气体保护填充焊，填充焊的焊接电压为22~30V，焊接电流为220~290A，焊丝延伸出焊枪的长度为15~18mm，焊接速度为330~390mm/min；
（6）将填充焊结束后的板材在200±5℃条件下保温50~70min，消除焊接应力，并使焊接引入氢原子能够充分扩散，避免产生氢致裂纹。
2.根据权利要求1所述的一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法，其特征在于步骤（3）、（4）和（5）采用的焊丝是牌号为ER120S-G的实心焊丝。
3.根据权利要求1所述的一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法，其特征在于所述的1100MPa级热轧超高强高韧钢是指低碳热轧超高强高韧钢。
4.根据权利要求1所述的一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法，其特征在于步骤（3）、（4）和（5）中，Ar+CO2混合气体中氩气的体积百分比为80%；焊接时氩气/二氧化碳混合气体的流量为18~22L/min。
5.根据权利要求1所述的一种1100MPa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法，其特征在于获得的板材的焊接接头抗拉强度≥1085MPa，焊缝0℃冲击功≥90J，-20℃冲击功≥60J。
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