CN105127613B - 一种q420钢焊接用药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Q420钢焊接用药芯焊丝,由外皮和填充在所述外皮内的药芯构成;所述外皮为低合金高强度钢带,所述药芯的成分按质量百分含量计为:Si:1.3‑2.1%,Mn:6.5‑10.3%,Mo:1.0‑1.54%,Nb:0.26‑0.55%,Ni:0.54‑4.1%,Ti:0.1‑0.2%,Al:0.01‑0.03%,Cr:0.1‑0.9%,Cu:0.2‑0.6%,余量为Fe;所述低合金高强度钢带的屈服强度大于或等于420Mpa,所述药芯的质量为药芯焊丝质量的28%‑40%。本发明还公开了该药芯焊丝的制备方法和应用,本发明的特高压输电钢管塔Q420钢管焊接用药芯焊丝可使焊缝成型美观,焊接操作工艺性能稳定,操作方便,无需清根和清理大量飞溅,可极大地提高焊接效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种Q420钢焊接用药芯焊丝及其制备方法,具体涉及一种特高压输电钢管塔Q420钢焊接用药芯焊丝及制备方法。
背景技术
随着电网建设的迅速发展,以Q420钢为代表的新型高强度结构钢在电网铁塔的建设中大量应用,因此对Q420钢的焊接作业成为电网铁塔建设的一个重要环节。Q420钢与普通低合金钢的主要不同是加入了Nb、Ti等强烈碳化物形成元素,可能会对焊缝性能造成不良的影响,这也对Q420钢的焊接工艺及焊接用焊丝提出了更高的要求。对于焊丝的选用一般应遵循以下原则:熔敷金属的力学性能与母材相当;焊接工艺性能良好。目前,特高压输电钢管塔Q420钢管焊接多采用实芯焊丝,高强度钢Q420的配套药芯焊丝尚属空白;而药芯焊丝与实芯焊丝相比具有可进行高效连续焊接,焊接效率高,尤其是在全位置焊接时,能大电流施焊,熔敷速度快、焊接电弧稳定,飞溅小,脱渣易,焊后清理工作简单;成型美观,同时对电流电压的适应范围广,操作简单等优点;因此,研制、开发与高强度钢Q420钢相配套的药芯焊丝,对于提升电网建设水平、提高经济效益都具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的是提供一种特高压输电钢管塔Q420钢焊接用药芯焊丝及制备方法,可使焊缝成型美观,焊接操作工艺性能稳定,操作方便,无需清根和清理大量飞溅,可极大地提高焊接效率。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种Q420钢焊接用药芯焊丝,由外皮和填充在所述外皮内的药芯构成;所述外皮为低合金高强度钢带,所述药芯的成分按质量百分含量计为:
Si:1.3-2.1%,Mn:6.5-10.3%,Mo:1.0-1.54%,Nb:0.26-0.55%,Ni:0.54-4.1%,Ti:0.1-0.2%,Al:0.01-0.03%,Cr:0.1-0.9%,Cu:0.2-0.6%,余量为Fe;
所述药芯的质量为所述药芯焊丝质量的28%-40%。该填充率既能满足加工工艺要求,也能最大限度的减少焊缝气孔的产生。
优选的,所述药芯的成分按质量百分数计为:
Si:1.8%,Mn:8.2%,Mo:1.32%,Nb:0.35%,Ni:2.5%,Ti:0.15%,Al:0.01%,Cr:0.6%,Cu:0.2%,余量为Fe。
优选的,所述低合金高强度钢带的屈服强度不低于420Mpa,具体为Q420钢。
本发明的药芯焊丝的制备方法,步骤如下:将低合金高强度钢带轧制成U型,填充所述药芯的成分,然后将低合金高强度钢带轧制成O型,通过接触焊接的方法将其焊合成管状;焊合后采用拉拔法将其拉拔成横截面直径为1.2-1.6mm的药芯焊丝。
本发明还提供上述药芯焊丝在Q420直缝钢管的制作和对接中的应用。具体应用时的焊接工艺条件为:
采用CO2气体保护焊进行焊接,采用多层多道焊法,对接的接头采用V型坡口,两侧坡口角度为60°,焊接对口间隙为2mm。需要说明的是,两侧坡口角度一般设定为60°,但在实际焊接工艺中,两侧坡口角度为60°±5°也是在可接受的范围内;焊接对口间隙是根据焊材的厚度而进行调整的。
焊接过程中,焊接参数选择为:焊接电流180-260A,焊接电压18-20V,焊接速度110-130mm/min,焊丝干伸长10-15mm,焊缝厚度2-3mm;焊枪自定位焊处,保证焊枪倾角小于20°和干伸长度在10-15mm,按动开关起弧;运弧方式为锯齿型匀速摆动;电弧摆动至坡口两端时,待铁水将坡口填满后再向对面摆动;电弧焊至试件收弧端后将弧坑填满并回焊20mm为宜,待熔池冷却后将焊枪开关松开离开熔池以防止收弧缺陷的产生。
本发明还提供上述药芯焊丝在Q420钢管与法兰的对接和插接焊中的应用。具体应用时的焊接工艺条件为:
采用CO2气体保护焊进行焊接,采用多层多道焊法,对接的接头采用V型坡口,两侧坡口角度为60°,焊接对口间隙为2mm。
焊接过程中,焊接参数选择为:焊接电流150-220A,焊接电压18-20V,焊接速度110-130mm/min,焊丝干伸长15mm,焊缝厚度3-4mm;焊枪自定位焊处,保证焊枪倾角小于20°和干伸长度在10-15mm,按动开关起弧;运弧方式为锯齿型匀速摆动;电弧摆动至坡口两端时,待铁水将坡口填满后再向对面摆动;电弧焊至试件收弧端后将弧坑填满并回焊20mm为宜,待熔池冷却后将焊枪开关松开离开熔池以防止收弧缺陷的产生。
本发明还提供了上述药芯焊丝在壁厚小于20mm的Q420钢管与钢管相贯焊接中的应用。Q420钢管与钢管相贯焊的焊接工艺条件:采用CO2气体保护焊进行焊接,采用多层多道焊法,对接的接头采用V型坡口,两侧坡口角度为60°,焊接对口间隙为3mm。焊接过程中,焊接参数选择为:焊接电流180-250A,焊接电压18-20V,焊接速度100-130mm/min,焊丝干伸长15mm,单层焊缝厚度3-4mm;焊枪自定位焊处保证焊枪倾角小于20°和干伸长度在10-15mm,按动开关起弧;运弧方式为锯齿型匀速摆动;电弧摆动至坡口两端时,待铁水将坡口填满后再向对面摆动,待熔池冷却后将焊枪开关松开离开熔池以防止收弧缺陷的产生。
本发明的有益效果:
(1)本发明的适用于特高压输电钢管塔Q420钢焊接用药芯焊丝可进行全位置焊接,具有熔敷效率高、无需频繁更换焊条,无需清根和飞溅等良好的工艺性能的优点,而且焊缝的性能优良;
(2)本发明的药芯焊丝中,加入的合金元素Si、Mn、Cr可以提高焊缝熔敷金属的强度,Mo、Nb、Ni可提高抗裂性能,Ti、Al可以细化晶粒,通过各合金元素的加入,改善了药芯焊丝的力学性能。
(3)本发明所采用的药芯焊丝成分配比,可最大限度的发挥各组分的优势,能使焊缝金属化学成分及力学性能满足高强度钢Q420的焊接要求,其熔敷金属的力学性能与Q420钢相当;焊接工艺性能良好,是一种与高强度钢Q420相配套的药芯焊丝。
附图说明
图1是本发明药芯焊丝的制作过程流程图;
图2是本发明药芯焊丝用于管管焊接时的坡口形式及尺寸;其中,60°±2°表示两侧坡口角度;2-3mm表示焊接对口间隙;0.5-1.0mm表示钝边;δ表示管的壁厚;φ表示管的外径。
图3是管管焊接时的运弧方式。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的说明,应该说明的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。
1.填充率的确定
根据钢带的厚度和宽度情况,选择合适的药芯填充率(即药芯的质量占所述药芯焊丝质量的百分比),本发明所述药芯焊丝的填充率为28%-40%。通过控制填充率调整焊缝熔敷金属的成分和药芯焊丝的工艺性能。
2.渣系的选择
本发明为金属粉芯焊丝。
3.合金组分的选择
Si是主要的脱氧剂,用于降低焊缝金属的氧含量,提高低温冲击韧性,调节铁水的流动性,但过量的Si会降低焊缝的抗裂性能,经过多次实验,确定其加入量为1.3-2.1%,使其在提高强度的同时,还能保持较好的焊缝抗裂性能。
Mn是主要脱氧剂,降低焊缝金属的含氧量,增加焊缝金属的强度和抗裂性,提高低温冲击韧性,调节铁水的流动性,加入量少于6.5%时,体现上述特性不足,大于10.3%时,焊缝强度过高,低温冲击韧性降低,因此将其限定为6.5%-10.3%。
Mo具有提高强度的作用,在一定的范围内可以提高低温冲击韧性,但含量过多时,强度增加过多,低温冲击韧性降低,经多次实验,确定加入量的范围为1.0-1.54%,效果最佳。
Nb、Ti具有细化晶粒,提高强度的作用,但加入过多容易造成工艺性能下降,形成夹渣。确定加入量的范围分别为0.26-0.55%和0.1-0.2%。
Ni能提高焊缝金属的低温韧性,降低韧脆转变温度,但含量过高则会增大热裂敏感性,经多次实验,确定加入量的范围为0.54-4.1%,效果最佳。
实施例1:
一种特高压输电钢管塔Q420钢焊接用药芯焊丝,由外皮和填充在所述外皮内的药芯构成;其中,外皮为屈服强度为420Mpa低合金高强度钢带(Q420钢),上述药芯的成分按质量百分含量计为:
Si:1.8%,Mn:8.2%,Mo:1.32%,Nb:0.35%,Ni:2.5%,Ti:0.15%,Al:0.01%,Cr:0.6%,Cu:0.2%,余量为Fe。
药芯的质量为药芯焊丝质量的35%;
该药芯焊丝的制备方法,步骤如下:将低合金高强度钢带轧制成“U”型,将药芯成分填充在轧制成“U”型的低合金高强度钢带槽内,然后将低合金高强度钢带轧制成O型,通过接触焊接的方法将其焊合成管状;焊合后采将其拉拔成横截面直径为1.2mm的药芯焊丝。
本实施例制备的药芯焊丝在Q420直缝钢管的制作和对接中的应用,应用方法如下:
采用CO2气体保护焊进行焊接,采用7层14道焊法,对接的接头采用V形坡口,两侧坡口角度为60°,焊接对口间隙为2mm;
焊接过程中,焊接参数选择为:焊接电流200-250A,焊接电压18-20V,焊接速度110-130mm/min,焊丝干伸长10-15mm,焊缝厚度2-3mm;焊枪自定位焊处保证倾角不大于10°,干伸长度小于15mm,后按动开关起弧;运弧方式为锯齿型匀速摆动;
电弧摆动至坡口两端时,待铁水将坡口填满后再向对面摆动;电弧焊至试件收弧端后将弧坑填满并回焊20mm为宜,待熔池冷却后将焊枪开关松开离开熔池以防止收弧缺陷的产生。
本实施例制备的药芯焊丝焊接后的熔覆金属的力学性能见表1-2。
表1焊后测试的熔敷金属力学性能
表2焊后水银法测试扩散氢含量
结果表明,熔敷金属的力学性能与母材相当,而且焊接工艺性能良好。
实施例2:
一种特高压输电钢管塔Q420钢焊接用药芯焊丝,由外皮和填充在所述外皮内的药芯构成;其中,外皮为屈服强度为420Mpa低合金高强度钢带(Q420钢),上述药芯的成分按质量百分含量计为:
Si:1.3%,Mn:10.3%,Mo:1.0%,Nb:0.55%,Ni:0.54%,Ti:0.2%,Al:0.01%,Cr:0.9%,Cu:0.2%,余量为Fe。
药芯的质量为药芯焊丝质量的35%。
药芯焊丝的制备方法同实施例1。
本实施例制备的药芯焊丝在Q420钢管与法兰的对接和插接焊中的应用。具体应用时的焊接工艺条件为:
采用CO2气体保护焊进行焊接,采用6层13道焊法,对接的接头采用V型坡口,两侧坡口角度为60°,焊接对口间隙为2mm。
焊接过程中,焊接参数选择为:焊接电流150-220A,焊接电压18-20V,焊接速度110-130mm/min,焊丝干伸长15mm,焊缝厚度3-4mm;焊枪自定位焊处保证焊枪倾角小于20°和干伸长度在10-15mm,按动开关起弧;运弧方式为锯齿型匀速摆动;电弧摆动至坡口两端时,待铁水将坡口填满后再向对面摆动;电弧焊至试件收弧端后将弧坑填满并回焊20mm为宜,待熔池冷却后将焊枪开关松开离开熔池以防止收弧缺陷的产生。
本实施例制备的药芯焊丝焊接后的熔覆金属的力学性能见表3。
表3焊后测试的熔敷金属力学性能
实施例3:
一种特高压输电钢管塔Q420钢焊接用药芯焊丝,由外皮和填充在所述外皮内的药芯构成;其中,外皮为屈服强度为420Mpa低合金高强度钢带(Q420钢),上述药芯的成分按质量百分含量计为:
Si:2.1%,Mn:6.5%,Mo:1.54%,Nb:0.26%,Ni:4.1%,Ti:0.1%,Al:0.03%,Cr:0.1%,Cu:0.6%,余量为Fe。
药芯的质量为药芯焊丝质量的40%。
药芯焊丝的制备方法同实施例1。
本实施例制备的药芯焊丝在壁厚小于20mm的Q420钢管与钢管相贯焊接中的应用。具体应用时的焊接工艺条件为:
采用CO2气体保护焊进行焊接,采用6层13道焊法,对接的接头采用V型坡口,两侧坡口角度为60°,焊接对口间隙为3mm。焊接过程中,焊接参数选择为:焊接电流180-250A,焊接电压18-20V,焊接速度100-130mm/min,焊丝干伸长15mm,单层焊缝厚度3-4mm;焊枪自定位焊处保证焊枪倾角小于20°和干伸长度在10-15mm,按动开关起弧;运弧方式为锯齿型匀速摆动;电弧摆动至坡口两端时,待铁水将坡口填满后再向对面摆动,待熔池冷却后将焊枪开关松开离开熔池以防止收弧缺陷的产生。
本实施例制备的药芯焊丝焊接后的熔覆金属的力学性能见表4。
表4焊后测试的熔敷金属力学性能
Claims (9)
1.一种Q420钢焊接用药芯焊丝,其特征在于,由外皮和填充在所述外皮内的药芯构成;所述外皮为低合金高强度钢带,所述药芯的成分按质量百分含量计为:Si:1.3-2.1%,Mn:6.5-10.3%,Mo:1.0-1.54%,Nb:0.26-0.55%,Ni:0.54-4.1%,Ti:0.1-0.2%,Al:0.01-0.03%,Cr:0.1-0.9%,Cu:0.2-0.6%,余量为Fe;
所述低合金高强度钢带为Q420钢;
所述药芯的质量为药芯焊丝质量的28%-40%;
所述Q420钢焊接用药芯焊丝是通过以下方法制备得到的:将低合金高强度钢带轧制成“U”型,填充药芯的成分,然后将低合金高强度钢带轧制成“O”型,通过接触焊接的方法将其焊合成管状;焊合后采用拉拔法将其拉拔成横截面直径为1.2-1.6mm的药芯焊丝。
2.如权利要求1所述的一种Q420钢焊接用药芯焊丝,其特征在于,所述药芯的成分按质量百分数计为:Si:1.8%,Mn:8.2%,Mo:1.32%,Nb:0.35%,Ni:2.5%,Ti:0.15%,Al:0.01%,Cr:0.6%,Cu:0.2%,余量为Fe。
3.权利要求1或2所述的Q420钢焊接用药芯焊丝的制备方法,其特征在于,步骤如下:将低合金高强度钢带轧制成“U”型,填充药芯的成分,然后将低合金高强度钢带轧制成“O”型,通过接触焊接的方法将其焊合成管状;焊合后采用拉拔法将其拉拔成横截面直径为1.2-1.6mm的药芯焊丝。
4.权利要求1或2所述的药芯焊丝在Q420钢焊接中的应用。
5.如权利要求4所述的应用,其特征在于,所述Q420钢焊接为Q420钢直缝钢管的制作和对接。
6.如权利要求5所述的应用,其特征在于,应用时的焊接工艺条件为:以权利要求1或2所述的药芯焊丝为焊接用焊丝,焊接参数为:焊接电流180-260A,焊接电压18-20V,焊接速度110-130mm/min,焊丝干伸长10-15mm,焊缝厚度2-3mm。
7.如权利要求4所述的应用,其特征在于,所述Q420钢焊接为Q420钢管与法兰的对接和插接焊。
8.如权利要求7所述的应用,其特征在于,应用时的焊接工艺条件为:以权利要求1或2所述的药芯焊丝为焊接用焊丝,焊接参数为:焊接电流150-220A,焊接电压18-20V,焊接速度110-130mm/min,焊缝厚度3-4mm。
9.如权利要求4所述的应用,其特征在于,所述Q420钢焊接为壁厚小于20mm的Q420钢管与钢管相贯焊接;应用时的焊接工艺条件为:以权利要求1-2任一项所述的药芯焊丝为焊接用焊丝,焊接参数:焊接电流180-250A,焊接电压18-20V,焊接速度100-130mm/min,单层焊缝厚度3-4mm。
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