CN105345233A - 中锰耐磨钢与q345b低合金钢熔化极气体保护焊工艺 - Google Patents

中锰耐磨钢与q345b低合金钢熔化极气体保护焊工艺 Download PDF

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Abstract

本发明创造提供一种中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺。本发明通过优化焊接电流、焊接电压、焊接速度和道间温度，选用合适的保护气体以及气体流量，获得的焊接接头抗拉强度>470MPa，拉伸断裂发生在Q345B低合金钢一侧，焊缝冲击功Akv>100J，焊接接头在弯曲直径为8d、弯心角为180°的弯曲试验中表现为合格。与传统的焊接工艺相比，本发明所述的焊接工艺焊前对母材不需要预热处理，焊后对焊缝不需要去应力退火处理，节约施工成本，提高焊接效率，降低施焊难度，有利于施工现场工业化推广。

Description

中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺
技术领域
本发明创造属于耐磨钢熔化极气体保护焊焊接工艺领域，尤其是涉及一种中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺。
背景技术
目前，应用较多的耐磨钢有高锰耐磨钢和中低合金钢。奥氏体组织的高锰钢在高的冲击载荷下，表面发生加工硬化，形成ε-马氏体和形变孪晶，表面得到很高程度的硬化。但是，在中、低冲击载荷下，高锰钢奥氏体组织中仅产生层错，不能生成马氏体和形变孪晶，因此硬化层较浅，不能充分发挥加工硬化性能使得耐磨性不足。中锰钢是在高锰钢的基础上发展起来的，通过调整Mn元素含量降低奥氏体的稳定性，使其在中、低冲击载荷下就可以发生奥氏体向马氏体的转变，从而提高耐磨性。中、低合金钢显微组织为马氏体或马-贝氏体复相组织，由于中低合金钢的淬透性不佳，耐磨性由表层到心部明显衰减，并且在有冲击、疲劳工况下，其使用效果不理想。
矿山设备中像挖掘机铲斗之类的机件，它的工作状况是长期频繁地受到坚硬岩石的摩擦和冲击，其较理想的结构就是由中锰耐磨钢作为磨损面，其余部分用低合金钢制作。挖掘机铲斗前壁是磨损面，斗体的其余部分则需进行切削加工，因此不能采用整体铸造方式，而是采用复合焊接结构。由于铲斗工作时受到很大的冲击载荷，因此对焊接接头的机械性能要求也较高。低合金钢焊接时易产生冷裂纹，热影响区淬硬倾向大，焊后焊缝再热裂纹倾向大，并且传统的焊接工艺工序繁琐、成本高，不适用于中锰耐磨钢与低合金钢异种金属的焊接。
熔化极气体保护焊是利用焊丝与工件间产生的电弧作热源将金属熔化的焊接方法。焊接过程中，电弧熔化焊丝和母材形成的熔池及焊接区域在惰性气体或活性气体的保护下，可以有效地阻止周围环境空气的有害作用。
国内专利《熔化极气体保护焊焊接方法》(公开号CN104308335A)公开了一种熔化极气体保护焊焊接方法，虽然解决了手工电弧焊焊接变形大、效率低和成本高的问题，但是焊前仍然需要对焊接件进行预热处理，增加了生产成本，延长了生产周期。
发明内容
本发明创造要解决的问题是，提供一种中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺，解决现有技术中存在的焊前仍然需要对焊接件进行预热处理的问题。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：
提供中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺，在中锰耐磨钢和Q345B低合金钢焊接接头开双V型坡口，
(1)在低合金钢一侧坡口堆焊过渡层，所述过渡层的厚度为3～6mm，电流为190～230A，电压为22～26V，焊接速度为30～40cm/min，热输入量≤12KJ/cm；
(2)在V型坡口正面根部位置进行第1道次的焊接作为打底焊，电流为150～180A，电压为20～24V，焊接速度为20～30cm/min，热输入量≤10KJ/cm；
(3)在V型坡口正面焊缝的第二层由第2、3道次组成，同时也作为填充焊的第一层，首先在中锰耐磨钢一侧进行第2道次的焊接，然后在Q345B低合金钢过渡层一侧进行第3道次的焊接，电流为190～230A，电压为22～26V，焊接速度为30～40cm/min，热输入量≤12KJ/cm；
(4)在坡口的背面进行第一层焊接，由第4道次组成；
(5)分别在坡口的背面进行第5～6、10～11、12～15道次焊接，在坡口的正面进行第7～9、16～19、20～24道次焊接，其中，2～11、16～19道次为填充焊，12～15、20～24道次为盖面焊，坡口中每一层焊缝的第一道均是在中锰耐磨钢侧进行，最后一道在低合金钢过渡层一侧进行；
所述盖面焊电流为190～230A，电压为22～26V，焊接速度为30～40cm/min，热输入量≤12KJ/cm；
焊接所用焊丝的化学组分重量百分比为：C：0.05～0.12％，Mn：6.00～8.00％，P≤0.02％，S≤0.02％，Si：0.70～1.00％，Cr：17.00～19.00％，Mo≤0.10％，V≤0.10％，其余为铁和不可避免的杂质；
焊接试验选用Ar+5％CO2混合气体作为保护气体，气体流量为15～20L/min，焊前不预热、焊后不进行热处理。
进一步的，所述双V型坡口的坡口角度为60°，坡口深度为18mm，组装后坡口根部间隙为2～4mm。
进一步的，道间温度≤150℃。
进一步的，所述焊接接头抗拉强度>470MPa，拉伸断裂发生在Q345B低合金钢一侧，焊缝冲击功Akv>100J，焊接接头在弯曲直径为8d、弯心角为180°的弯曲试验中表现为合格。
本发明创造具有的优点和积极效果是：与传统的焊接工艺相比，本发明所述的焊接工艺焊前对母材不需要预热处理，焊后对焊缝不需要去应力退火处理，节约施工成本，提高焊接效率，降低施焊难度，有利于施工现场工业化推广。
附图说明
图1是本发明创造的道次焊接顺序示意图，图中1-24代表道次顺序，A表示中锰耐磨钢，B表示Q345B低合金钢，C表示过渡层。
具体实施方式
实施例母材以BTW1中锰耐磨钢和Q345B低合金钢为例，焊接材料选用φ1.2mm的焊丝，其化学组分及重量百分比为：C：0.05～0.12％，Mn：6.00～8.00％，P≤0.02％，S≤0.02％，Si：0.70～1.00％，Cr：17.00～19.00％，Mo≤0.10％，V≤0.10％，其余为铁和不可避免的杂质。BTW1母材力学性能如表1所示。
表1BTW1中锰耐磨钢力学性能
1、BTW1中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊焊接工艺参数如下：
在BTW1中锰耐磨钢和Q345B低合金钢母材焊接接头处开双V型坡口，开口角度为60°，坡口深度为18mm，组装后坡口根部间隙为2～4mm；选用的保护气体为Ar+5％CO2混合气体，气体流量为15～20L/min；道间温度≤150℃。打底焊时，电流为150～180A，电压为20～24V，焊接速度为20～30cm/min，热输入量≤10KJ/cm；填充焊时，电流为190～230A，电压为22～26V，焊接速度为30～40cm/min，热输入量≤12KJ/cm；盖面焊焊接工艺参数同填充焊时焊接工艺参数。首先在Q345B低合金钢一侧堆焊一层3～6mm的过渡层，焊接工艺参数同填充焊。焊接位置为平焊，正面焊完两层后，背面用砂轮彻底清除打底焊根部缺陷后施焊，采用正反面对称焊方式，减小焊接变形，降低焊后残余应力。焊接前，将V型坡口打磨至呈现金属光泽，清除坡口两侧20～40mm范围内的油污及水分。
实施例选取4组不同的工艺参数，各组焊接工艺参数如表2所示。
表2实施例焊接工艺参数
2、对4组实施例焊接接头进行超声相控阵检测、拉伸试验、弯曲试验和冲击韧性试验分析，力学性能分析试验均在室温下进行，试验结果如表所示。
表3实施例焊接接头的力学性能
4组实施例中焊缝成型效果好，在焊缝区没有发现裂纹、气孔、咬边等宏观缺陷，超声相控阵检测发现少量点状缺陷，未发现超标缺陷，拉伸试样断裂均发生在Q345B母材上。对比表1和表3结果可以看出，焊接接头抗拉强度>470MPa，焊缝冲击功Akv>100J，焊接接头在弯曲直径为8d、弯心角为180°的弯曲试验中表现为合格。BTW1中锰耐磨钢与Q345B低合金钢焊接接头完全能够满足复杂使用工况下的性能要求。
以上实施例是为了描述本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺，在中锰耐磨钢和Q345B低合金钢焊接接头开双V型坡口，其特征在于：
(1)在低合金钢一侧坡口堆焊过渡层，所述过渡层的厚度为3～6mm，电流为190～230A，电压为22～26V，焊接速度为30～40cm/min，热输入量≤12KJ/cm；
(2)在V型坡口正面根部位置进行第1道次的焊接作为打底焊，电流为150～180A，电压为20～24V，焊接速度为20～30cm/min，热输入量≤10KJ/cm；
(3)在V型坡口正面焊缝的第二层由第2、3道次组成，同时也作为填充焊的第一层，首先在中锰耐磨钢一侧进行第2道次的焊接，然后在Q345B低合金钢过渡层一侧进行第3道次的焊接，电流为190～230A，电压为22～26V，焊接速度为30～40cm/min，热输入量≤12KJ/cm；
(4)在坡口的背面进行第一层焊接，由第4道次组成；
(5)分别在坡口的背面进行第5～6、10～11、12～15道次焊接，在坡口的正面进行第7～9、16～19、20～24道次焊接，其中，2～11、16～19道次为填充焊，12～15、20～24道次为盖面焊，坡口中每一层焊缝的第一道均是在中锰耐磨钢侧进行，最后一道在低合金钢过渡层一侧进行；
所述盖面焊电流为190～230A，电压为22～26V，焊接速度为30～40cm/min，热输入量≤12KJ/cm；
焊接所用焊丝的化学组分重量百分比为：C：0.05～0.12％，Mn：6.00～8.00％，P≤0.02％，S≤0.02％，Si：0.70～1.00％，Cr：17.00～19.00％，Mo≤0.10％，V≤0.10％，其余为铁和不可避免的杂质；
焊接试验选用Ar+5％CO2混合气体作为保护气体，气体流量为15～20L/min，焊前不预热、焊后不进行热处理。
2.根据权利要求1所述的中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺，其特征在于：所述双V型坡口的坡口角度为60°，坡口深度为18mm，组装后坡口根部间隙为2～4mm。
3.根据权利要求1所述的中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺，其特征在于：道间温度≤150℃。
4.根据权利要求1至权利要求3中任意一项所述的中锰耐磨钢与Q345B低合金钢熔化极气体保护焊工艺焊接的焊接接头，其特征在于：所述焊接接头抗拉强度>470MPa，拉伸断裂发生在Q345B低合金钢一侧，焊缝冲击功Akv>100J，焊接接头在弯曲直径为8d、弯心角为180°的弯曲试验中表现为合格。
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