CN105562893A - 用于大规格超高强度钢板的co2气体保护焊的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法。其技术方案是：先对下料后的待焊接的大规格超高强度钢板加工坡口，坡口为带钝边双U型，再采用CO2气体保护焊接方法进行焊接，然后对焊缝采用超声波进行无损检测和对焊接接头进行力学性能检测。所述焊接采用两种强度级别的焊丝，奇数层为420MPa~600MPa级的CO2气体保护焊丝，偶数层为与母材等强度的焊丝，依次逐层完成焊接。所述待焊接的大规格超高强度钢板是厚度为50~100mm和屈服强度为690~980MPa级的钢板。本发明具有工艺简单、人工强度小、焊接成本低和焊接效率高的特点，该焊接方法所形成的焊接接头获得了良好的综合力学性能，提高了焊缝金属的冲击韧性。

Description

用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法
技术领域
本发明属于CO2气体保护焊技术领域。具体涉及一种用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法。
背景技术
近年来，结构钢不断向着大规格、超高强度的方向发展，厚度超过50mm及以上，强度达到690MPa级以上，以满足大型化工容器、石油管道、火电、核电用压力管道、船舶、海洋平台和工程机械等大型构件的要求。
这类高性能钢铁材料通常添加较高的合金含量，如C、Mn、Cr、Mo和Ni等，以保证强度、韧性、疲劳和耐腐蚀等性能，而高合金含量也直接提高了材料的碳当量（Ceq）和冷裂纹敏感系数（Pcm），同时，厚度超过50mm及以上，显著增加了结构的拘束度和残余应力，给焊接加工带来困难。因此，在焊接这类大规格超高强度钢板时，需要焊前预热、控制层间温度和焊后缓冷，以减少或避免冷裂纹、保证焊接热影响区的组织和减小焊接应力。焊前预热工艺一般采用氧-乙炔火焰加热、退火炉加热或包覆履带式加热带进行加热，控制温度≥100~150℃，保温一段时间。控制层间温度工艺是在焊接完一道焊缝后，加或不加冷却设备，将焊缝冷却到100~150℃，再进行下一道焊缝。焊后缓冷工艺是在焊接完成后采用保温材料包覆焊接接头使其缓慢冷却到室温。这些工序需要加热或缓慢冷却的设备和装置，需要控制加热和冷却的时间，增加了工艺的复杂性、提高了焊接劳动强度，同时也增加了人工成本，结果是提高了整个工程的建设周期和成本。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种工艺简单、劳动强度小、焊接成本低和焊接效率高的用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法，该焊接方法所形成的焊接接头的综合力学性能良好。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：先对下料后的待焊接的大规格超高强度钢板加工坡口，坡口为带钝边双U型，再采用CO2气体保护焊接方法进行焊接，然后对焊缝采用超声波进行无损检测和对焊接接头进行力学性能检测。
所述焊接采用两种强度级别的焊丝，奇数层为420MPa~600MPa级的CO2气体保护焊丝，偶数层为与母材等强度的焊丝，依次逐层完成焊接。
所述待焊接的大规格超高强度钢板是厚度为50~100mm和屈服强度为690~
980MPa级的钢板。
所述焊接的技术参数是：焊接电流为260~270A，电弧电压为29~30V，焊接速度为300~380mm/min，保护气体为80vol.%Ar+20vol.%CO2，气体流量为15~20L/min。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明采用420~600MPa级的焊丝焊接奇数层，与母材等强的焊丝焊接偶数层，焊接690~960MPa级的大规格超高强度钢板，采用15~18kJ/cm的焊接热输入，焊前不预热、层间温度不控制和焊后不需要缓冷，焊接工艺简单。
本发明的奇数层焊接是采用420~600MPa级的CO2气体保护焊丝，由于焊丝强度远远低于母材，其化学体系中的合金含量亦低于母材，因而碳当量及冷裂纹敏感系数均低于母材，偶数层采用与母材等强的焊丝进行焊接。低于母材强度的焊缝和与母材等强的焊缝间隔排列，在不进行焊前预热、不需要层间温度控制和不需要缓冷的情况下，不会发生冷裂纹，故工艺简单、劳动强度小、焊接成本低和焊接效率高。
对本发明所形成的焊缝用超声波进行无损检测和对焊接接头的力学性能测试：无损探伤100%合格；焊接接头抗拉强度为770~988MPa，所形成的焊接接头具有与母材相当的抗拉强度，相比于与母材等强的焊丝所形成的焊缝金属，冲击韧性有所提高，-20℃冲击韧性达到65~100J，适用于屈服强度为690MPa级以上的大型结构件的焊接。
因此，本发明具有工艺简单、不需要额外的加热设备或冷却设备或装置、可减小人工强度、降低焊接成本和提高焊接效率的特点，该焊接方法所形成的焊接接头获得了良好的综合力学性能，保持抗拉强度没有降低，反而提高了焊缝金属的冲击韧性，特别适合于厚度为50mm以上和屈服强度为690MPa级以上的超高强度大厚板结构钢。
附图说明
图1是本发明的一种带钝边双U型坡口的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式焊接的技术参数统一描述如下：焊接电流为260~270A，电弧电压为29~30V，焊接速度为300~380mm/min，保护气体为80vol.%Ar+20vol.%CO2，气体流量为15~20L/min。实施例中不再赘述。
实施例1
一种用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法。先对下料后的待焊接的大规格超高强度钢板加工坡口，如图1所示，坡口为带钝边双U型，钝边为4mm，上下U型对称设置，U型底部半径为5mm，两侧斜边分别与垂直线的夹角均为10°。再采用CO2气体保护焊接方法进行焊接，然后对焊缝采用超声波进行无损检测和对焊接接头进行力学性能检测。本实施例焊接前不需要预热、焊中不需要控制层间温度和焊后不需要缓冷。
本实施例采用两种强度级别的焊丝，奇数层为420MPa级的CO2气体保护焊丝BHG-2，焊丝直径为1.2mm，偶数层为与母材等强度的焊丝ER80-G，焊丝直径为1.2mm，依次逐层完成焊接。
所述待焊接的大规格超高强度钢板为Q690，其屈服强度为690MPa，抗拉强度为770~940MPa，-20℃冲击韧性值为≥69J。该钢板的厚度为100mm，其化学组分如表1所示。
表1Q690钢板的化学成分
C Si Mn S P Cr+Ni+Mo Nb+V+Ti Al
Q690 0.105 0.20 1.10 0.002 0.008 0.85 0.04 0.034
对本实施例所形成的焊缝用超声波进行无损检测和对焊接接头的力学性能测试，结果如下：无损探伤100%合格；焊接接头抗拉强度为770~775MPa，焊缝金属-20℃冲击韧性平均值为110J。测试结果表明：采用本实施例所述的奇数层用420MPa焊丝BHG-2，偶数层用与母材等强的焊丝ER80-G，经12~16kJ/cm热输入的CO2气体保护焊后，其焊接接头及焊缝金属性能完全满足大规格和690MPa级结构件的高强度技术要求，且具有良好的冲击韧性。
实施例2
一种用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法。先对下料后的待焊接的大规格超高强度钢板加工坡口，如图1所示，坡口为带钝边双U型，钝边为4mm，上下U型对称设置，U型底部半径为5mm，两侧斜边分别与垂直线的夹角为10°。再采用CO2气体保护焊接方法进行焊接，然后对焊缝采用超声波进行无损检测和对焊接接头进行力学性能检测。本实施例焊接前不需要预热、焊中不需要控制层间温度和焊后不需要缓冷。
本实施例采用两种强度级别的焊丝，奇数层为500MPa级的CO2气体保护焊丝BR50-6，焊丝直径为1.2mm，偶数层为与母材等强度的焊丝BHG-5，焊丝直径为1.2mm，依次逐层完成焊接。
本实施例所述待焊接的大规格超高强度厚钢板为Q890，其屈服强度为890MPa，抗拉强度为940~1100MPa，-20℃冲击韧性值为≥34J。该钢板的厚度为80mm，其化学组分如表2所示。
表2Q890钢板的化学成分
C Si Mn S P Cr+Ni+Mo Nb+V+Ti B Al
Q890 0.087 0.27 1.64 0.002 0.009 0.99 0.094 0.0014 0.039
对本实施例所形成的焊缝用超声波进行无损检测和对焊接接头的力学性能测试，结果如下：无损探伤100%合格；焊接接头抗拉强度为940~945MPa，焊缝金属-20℃冲击韧性平均值为86J，测试结果表明：采用本实施例所述的奇数层用500MPa焊丝BR50-6，偶数层用与母材等强的焊丝EHG-5，经12~16kJ/cm热输入的CO2气体保护焊后，其焊接接头及焊缝金属性能完全满足大规格和890MPa级结构件的高强度技术要求，且具有良好的冲击韧性。
实施例3
一种用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法。先对下料后的待焊接的大规格超高强度钢板加工坡口，如图1所示，坡口为带钝边双U型，钝边为4mm，上下U型对称设置，U型底部半径为5mm，两侧斜边分别与垂直线的夹角为10°；再采用CO2气体保护焊接方法进行焊接。然后对焊缝采用超声波进行无损检测和对焊接接头进行力学性能检测。本实施例焊接前不需要预热、焊中不需要控制层间温度和焊后不需要缓冷。
本实施例采用两种强度级别的焊丝，奇数层为600MPa级的CO2气体保护焊丝BR60-6，焊丝直径为1.2mm，偶数层为与母材等强度的焊丝FK1000，焊丝直径为1.2mm，依次逐层完成焊接。
所述待焊接的大规格超高强度厚钢板为Q960，其屈服强度为960MPa，抗拉强度为980~1150MPa，-20℃冲击韧性值为≥34J。钢板厚度为50mm，其化学组分如表3所示。
表3Q960钢板的化学成分
C Si Mn S P Cr+Ni+Mo Nb+V+Ti B Al
Q960 0.098 0.26 1.75 0.001 0.01 1.11 0.094 0.0016 0.038
对本实施例所形成的焊缝用超声波进行无损检测和对焊接接头的力学性能测试，结果如下：无损探伤100%合格；焊接接头抗拉强度为982~988MPa，焊缝金属-20℃冲击韧性平均值为65J。测试结果表明：采用本实施例所述的奇数层用600MPa焊丝BR60-6，偶数层用与母材等强的焊丝FK1000，经12~16kJ/cm热输入的CO2气体保护焊后，其焊接接头及焊缝金属性能完全满足大规格和960MPa级结构件的高强度技术要求，且具有良好的冲击韧性。
本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果：
本具体实施方式所采用奇数层为420MPa~600MPa级的CO2气体保护焊丝，偶数层为与母材等强度的焊丝，焊接690MPa级以上的大规格超高强度钢板，采用15~18kJ/cm的焊接热输入，焊前不预热，层间温度不控制，焊后不需要缓冷，焊接工艺简单。本具体实施方式的奇数层焊接是采用420~600MPa级的CO2气体保护焊丝，由于焊丝强度远远低于母材，其化学体系中的合金含量亦低于母材，因而碳当量及冷裂纹敏感系数均低于母材，偶数层采用与母材等强的焊丝进行焊接，低于母材强度的焊缝和与母材等强的焊缝间隔排列，在不进行焊前预热、不需要层间温度控制和不需要缓冷的情况下，不会发生冷裂纹，故工艺简单、劳动强度小、焊接成本低和焊接效率高。
对本具体实施方式所形成的焊缝用超声波进行无损检测和对焊接接头的力学性能测试：无损探伤100%合格；焊接接头抗拉强度为770~988MPa，所形成的焊接接头具有与母材相当的抗拉强度，相比于与母材等强的焊丝所形成的焊缝金属，冲击韧性有所提高，-20℃冲击韧性达到65~100J，适用于690MPa级以上的大型结构件的焊接。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、不需要额外的加热设备或冷却设备、可减小人工强度、降低焊接成本和提高焊接效率的特点，该焊接方法所形成的焊接接头获得了良好的综合力学性能，保持抗拉强度没有降低，反而提高了焊缝金属的冲击韧性，特别适合于厚度为50mm以上和强度为690MPa级以上的大规格超高强度结构钢。

Claims (3)

1.一种用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法，其特征在于所述焊接方法是：先对下料后的待焊接的大规格超高强度钢板加工坡口，坡口为带钝边双U型，再采用CO2气体保护焊接方法进行焊接，然后对焊缝采用超声波进行无损检测和对焊接接头进行力学性能检测；
所述焊接采用两种强度级别的焊丝，奇数层为420MPa～600MPa级的CO2气体保护焊丝，偶数层为与母材等强度的焊丝，依次逐层完成焊接。
2.根据权利要求1所述用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法，其特征在于所述待焊接的大规格超高强度钢板是厚度为50～100mm和屈服强度为690～980MPa级的钢板。
3.根据权利要求1所述用于大规格超高强度钢板的CO2气体保护焊的焊接方法，其特征在于所述待所述焊接的技术参数是：焊接电流为260～270A，电弧电压为29～30V，焊接速度为300～380mm/min，保护气体为80vol.％Ar+20vol.％CO2，气体流量为15～20L/min。
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