CN107081506A - 一种高强度合金钢板的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度合金钢板的焊接工艺，所述焊接工艺包括可焊接性的评估、焊接材料选择、焊接坡口选择、预热温度选择、高强度合金钢板预处理、焊接、消氢处理、去应力热处理等步骤。本发明的焊接工艺焊接强度高、精度准确，控制灵活，合金钢板焊接后的工件无焊接裂纹，无明显变形，具有良好的成型性、韧性和抗冲击强度。

Description

一种高强度合金钢板的焊接工艺
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种高强度合金钢板的焊接工艺。
背景技术
通常将屈服强度在210～550 N/mm 2 范围内的钢板称为高强度钢板，屈服强度大于550N/mm2 的钢板称为超高强度钢板。由于合金钢板中加入了降低了共析点的碳元素，从而使组织中的珠光体的比例增大，使珠光体层片距离减小，这也使钢的强度增加、塑性下降。目前的高强度合金钢板碳含量较高，导致焊接时冷裂纹敏感性较大，且焊接后的延迟裂纹敏感性强，此外，若钢板的厚度达到100mm以上时，也使得裂纹倾向进一步加大。因此，为了确保焊接的稳定性和工件质量，需要一种兼顾强度和冲击韧性的焊接工艺来满足制钢工业的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高强度合金钢板的焊接工艺，焊接强度高、精度准确，合金钢板焊接后的工件无焊接裂纹，无明显变形，具有良好的成型性、韧性和抗冲击强度。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种高强度合金钢板的焊接工艺，包括以下步骤：
（1）可焊接性的评估：当高强度合金钢板的厚小于等于120mm且含碳量小于等于0.38%，或厚度大于120mm且含碳量小于等于0.6%时，或含碳量大于等于0.52时，高强度合金钢板的焊接性能较差，焊接时容易出现裂纹或崩裂现象，脆度较差，因此选择不符合上述条件的高强度合金钢板进行焊接；
（2）焊接材料选择：选用低氢型焊接材料，控制氢含量在1.6～2.6mL/100g，选用304L不锈钢焊丝在惰性气体保护下焊接，焊丝的直径为1.2～1.6mm，焊接电流160～220A；
（3）焊接坡口选择：采用双称双U型坡口，坡口角度选择26～30°，钝边厚度为3～6mm，钝边间隙为1～3mm；
（4）预热温度选择：对高强度合金钢板进行冷裂纹敏感性实验，对比不同焊接条件下的焊接头质量，确定焊接过程中的最低预热温度为130～150℃；
（5）高强度合金钢板预处理：将高强度合金钢板使用清洗液清洗，除去表面的油污及杂质，放入干燥箱中，于40～50℃烘干至含水量小于2%，取出后加热至最低预热温度；
（6）焊接：将预热后的高强度合金钢板工件采用气保焊进行打底焊，焊接的电流为250～280A，焊接电压为30～36V，焊接的速率为30～35cm/min；之后进行16～18道焊道埋弧填充，焊道宽度为6～8mm，然后对工件的正反面进行埋弧焊接；
（7）消氢处理：在工件焊接至20～30mm、四分之三厚度及焊接快完成时，分别使用远红外对加热器对高强度合金钢板工件进行加热，加热温度为220～240℃，保温1～2小时使焊缝中的氢气加速逃逸；
（8）去应力热处理：将消氢处理后的高强度合金钢板工件放置在加热器中，由室温以40～50℃/min恒速升温至600～650℃，保温持续8～10小时后，通入急冷风降温至120～160℃，再自然降温至室温，得到焊接完成的工件。
优选地，所述步骤（2）惰性气体选择氦气、氩气、二氧化碳气体或二氧化碳和氧气的混合气。
优选地，所述步骤（3）为保证坡口焊透，保证坡口的圆弧长度为8～13mm。
优选地，所述步骤（4）使用远红外加热板进行测温，加热板使用阻燃保温棉保温。
优选地，所述步骤（5）清洗液由30%的氢氧化钠溶液与无水乙醇按照质量比1:20～30混合配制而成。
优选地，所述步骤（6）打底焊时的热输入量为25～35kJ/cm，温度为320～340℃。
优选地，所述步骤（7）在正面埋弧焊接后，需要使用磨光机打磨平整后，再进行反面埋弧焊接，且控制平面变形量在1～2mm。
优选地，焊接完成的工件需要进行拉伸强度、弯曲强度、冲击强度的检测。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的高强度合金钢板的焊接工艺，包括可焊接性的评估、焊接材料选择、焊接坡口选择、预热温度选择、高强度合金钢板预处理、焊接、消氢处理、去应力热处理等步骤，该工艺焊接强度高、精度准确，控制灵活，合金钢板焊接后的工件无焊接裂纹，无明显变形，具有良好的成型性、韧性和抗冲击强度。
（2）本发明选用的304L不锈钢焊丝，具有优良的强度和低温冲击韧性，且耐腐蚀、防水，确保了焊接的稳定性。
（3）本发明的焊接坡口选择双称双U型坡口，可以保证厚度较大的焊件能够焊透，钝边和钝边间隙的设置除了保证焊缝的焊透，还起到了调节母材钢板与填充元素比例的作用。
（4）本发明的消氢处理分别在三个时间段加热消氢，使得焊缝中的氢完全并加速逃逸，防止了氢聚集导致的氢致裂纹。
（5）本发明的去应力热处理，恒速升温和急冷风降温可以稳定消除内应力，并改善焊缝接头处的组织结构和机械性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1
一种高强度合金钢板的焊接工艺，包括以下步骤：
（1）可焊接性的评估：当高强度合金钢板的厚小于等于120mm且含碳量小于等于0.38%，或厚度大于120mm且含碳量小于等于0.6%时，或含碳量大于等于0.52时，高强度合金钢板的焊接性能较差，焊接时容易出现裂纹或崩裂现象，脆度较差，因此选择不符合上述条件的高强度合金钢板进行焊接。
（2）焊接材料选择：选用低氢型焊接材料，控制氢含量在1.6～2.6mL/100g，选用304L不锈钢焊丝在惰性气体保护下焊接，焊丝的直径为1.2mm，焊接电流200A，惰性气体选择氦气。
（3）焊接坡口选择：采用双称双U型坡口，坡口角度选择26～30°，钝边厚度为3mm，钝边间隙为1mm，圆弧长度为13mm。
（4）预热温度选择：对高强度合金钢板进行冷裂纹敏感性实验，使用远红外加热板进行测温，加热板使用阻燃保温棉保温，对比不同焊接条件下的焊接头质量，确定焊接过程中的最低预热温度为130～150℃。
（5）高强度合金钢板预处理：将高强度合金钢板使用清洗液清洗，清洗液由30%的氢氧化钠溶液与无水乙醇按照质量比1:22混合配制而成，除去表面的油污及杂质，放入干燥箱中，于40～50℃烘干至含水量小于2%，取出后加热至最低预热温度。
（6）焊接：将预热后的高强度合金钢板工件采用气保焊进行打底焊，焊接的电流为250～280A，焊接电压为30～36V，焊接的速率为30～35cm/min，热输入量为25～35kJ/cm，温度为320～340℃；之后进行16～18道焊道埋弧填充，焊道宽度为6mm，正面使用磨光机打磨平整后，再进行反面埋弧焊接，且控制平面变形量在1～2mm。
（7）消氢处理：在工件焊接至20～30mm、四分之三厚度及焊接快完成时，分别使用远红外对加热器对高强度合金钢板工件进行加热，加热温度为230℃，保温1.4小时使焊缝中的氢气加速逃逸。
（8）去应力热处理：将消氢处理后的高强度合金钢板工件放置在加热器中，由室温以50℃/min恒速升温至650℃，保温持续9小时后，通入急冷风降温至125℃，再自然降温至室温，得到焊接完成的工件。焊接完成的工件进行拉伸强度、弯曲强度、冲击强度的检测。
实施例2
一种高强度合金钢板的焊接工艺，包括以下步骤：
（1）可焊接性的评估：当高强度合金钢板的厚小于等于120mm且含碳量小于等于0.38%，或厚度大于120mm且含碳量小于等于0.6%时，或含碳量大于等于0.52时，高强度合金钢板的焊接性能较差，焊接时容易出现裂纹或崩裂现象，脆度较差，因此选择不符合上述条件的高强度合金钢板进行焊接。
（2）焊接材料选择：选用低氢型焊接材料，控制氢含量在2.2mL/100g，选用304L不锈钢焊丝在惰性气体保护下焊接，焊丝的直径为1.5mm，焊接电流180A，惰性气体选择氩气。
（3）焊接坡口选择：采用双称双U型坡口，坡口角度选择26～30°，钝边厚度为5mm，钝边间隙为2mm，圆弧长度为10mm。
（4）预热温度选择：对高强度合金钢板进行冷裂纹敏感性实验，使用远红外加热板进行测温，加热板使用阻燃保温棉保温，对比不同焊接条件下的焊接头质量，确定焊接过程中的最低预热温度为130～150℃。
（5）高强度合金钢板预处理：将高强度合金钢板使用清洗液清洗，清洗液由30%的氢氧化钠溶液与无水乙醇按照质量比1:26混合配制而成，除去表面的油污及杂质，放入干燥箱中，于40～50℃烘干至含水量小于2%，取出后加热至最低预热温度。
（6）焊接：将预热后的高强度合金钢板工件采用气保焊进行打底焊，焊接的电流为250～280A，焊接电压为30～36V，焊接的速率为30～35cm/min，热输入量为25～35kJ/cm，温度为320～340℃；之后进行16～18道焊道埋弧填充，焊道宽度为6mm，正面使用磨光机打磨平整后，再进行反面埋弧焊接，且控制平面变形量在1～2mm。
（7）消氢处理：在工件焊接至20～30mm、四分之三厚度及焊接快完成时，分别使用远红外对加热器对高强度合金钢板工件进行加热，加热温度为230℃，保温1.5小时使焊缝中的氢气加速逃逸。
（8）去应力热处理：将消氢处理后的高强度合金钢板工件放置在加热器中，由室温以45℃/min恒速升温至635℃，保温持续9小时后，通入急冷风降温至130℃，再自然降温至室温，得到焊接完成的工件。焊接完成的工件进行拉伸强度、弯曲强度、冲击强度的检测。
实施例3
一种高强度合金钢板的焊接工艺，包括以下步骤：
（1）可焊接性的评估：当高强度合金钢板的厚小于等于120mm且含碳量小于等于0.38%，或厚度大于120mm且含碳量小于等于0.6%时，或含碳量大于等于0.52时，高强度合金钢板的焊接性能较差，焊接时容易出现裂纹或崩裂现象，脆度较差，因此选择不符合上述条件的高强度合金钢板进行焊接。
（2）焊接材料选择：选用低氢型焊接材料，控制氢含量在2.5mL/100g，选用304L不锈钢焊丝在惰性气体保护下焊接，焊丝的直径为1.2mm，焊接电流220A，惰性气体选二氧化碳气体。
（3）焊接坡口选择：采用双称双U型坡口，坡口角度选择26～30°，钝边厚度为3mm，钝边间隙为1mm，圆弧长度为8mm。
（4）预热温度选择：对高强度合金钢板进行冷裂纹敏感性实验，使用远红外加热板进行测温，加热板使用阻燃保温棉保温，对比不同焊接条件下的焊接头质量，确定焊接过程中的最低预热温度为130～150℃。
（5）高强度合金钢板预处理：将高强度合金钢板使用清洗液清洗，清洗液由30%的氢氧化钠溶液与无水乙醇按照质量比1:30混合配制而成，除去表面的油污及杂质，放入干燥箱中，于40～50℃烘干至含水量小于2%，取出后加热至最低预热温度。
（6）焊接：将预热后的高强度合金钢板工件采用气保焊进行打底焊，焊接的电流为250～280A，焊接电压为30～36V，焊接的速率为30～35cm/min，热输入量为25～35kJ/cm，温度为320～340℃；之后进行16～18道焊道埋弧填充，焊道宽度为6mm，正面使用磨光机打磨平整后，再进行反面埋弧焊接，且控制平面变形量在1～2mm。
（7）消氢处理：在工件焊接至20～30mm、四分之三厚度及焊接快完成时，分别使用远红外对加热器对高强度合金钢板工件进行加热，加热温度为220℃，保温2小时使焊缝中的氢气加速逃逸。
（8）去应力热处理：将消氢处理后的高强度合金钢板工件放置在加热器中，由室温以40℃/min恒速升温至600℃，保温持续10小时后，通入急冷风降温至150℃，再自然降温至室温，得到焊接完成的工件。焊接完成的工件进行拉伸强度、弯曲强度、冲击强度的检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高强度合金钢板的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）可焊接性的评估：当高强度合金钢板的厚小于等于120mm且含碳量小于等于0.38%，或厚度大于120mm且含碳量小于等于0.6%时，或含碳量大于等于0.52时，高强度合金钢板的焊接性能较差，焊接时容易出现裂纹或崩裂现象，脆度较差，因此选择不符合上述条件的高强度合金钢板进行焊接；
（2）焊接材料选择：选用低氢型焊接材料，控制氢含量在1.6～2.6mL/100g，选用304L不锈钢焊丝在惰性气体保护下焊接，焊丝的直径为1.2～1.6mm，焊接电流160～220A；
（3）焊接坡口选择：采用双称双U型坡口，坡口角度选择26～30°，钝边厚度为3～6mm，钝边间隙为1～3mm；
（4）预热温度选择：对高强度合金钢板进行冷裂纹敏感性实验，对比不同焊接条件下的焊接头质量，确定焊接过程中的最低预热温度为130～150℃；
（5）高强度合金钢板预处理：将高强度合金钢板使用清洗液清洗，除去表面的油污及杂质，放入干燥箱中，于40～50℃烘干至含水量小于2%，取出后加热至最低预热温度；
（6）焊接：将预热后的高强度合金钢板工件采用气保焊进行打底焊，焊接的电流为250～280A，焊接电压为30～36V，焊接的速率为30～35cm/min；之后进行16～18道焊道埋弧填充，焊道宽度为6～8mm，然后对工件的正反面进行埋弧焊接；
（7）消氢处理：在工件焊接至20～30mm、四分之三厚度及焊接快完成时，分别使用远红外对加热器对高强度合金钢板工件进行加热，加热温度为220～240℃，保温1～2小时使焊缝中的氢气加速逃逸；
（8）去应力热处理：将消氢处理后的高强度合金钢板工件放置在加热器中，由室温以40～50℃/min恒速升温至600～650℃，保温持续8～10小时后，通入急冷风降温至120～160℃，再自然降温至室温，得到焊接完成的工件。
2.根据权利要求1所述的高强度合金钢板的焊接工艺，其特征在于，所述步骤（2）惰性气体选择氦气、氩气、二氧化碳气体或二氧化碳和氧气的混合气。
3.根据权利要求1所述的高强度合金钢板的焊接工艺，其特征在于，所述步骤（3）为保证坡口焊透，保证坡口的圆弧长度为8～13mm。
4.根据权利要求1所述的高强度合金钢板的焊接工艺，其特征在于，所述步骤（4）使用远红外加热板进行测温，加热板使用阻燃保温棉保温。
5.根据权利要求1所述的高强度合金钢板的焊接工艺，其特征在于，所述步骤（5）清洗液由30%的氢氧化钠溶液与无水乙醇按照质量比1:20～30混合配制而成。
6.根据权利要求1所述的高强度合金钢板的焊接工艺，其特征在于，所述步骤（6）打底焊时的热输入量为25～35kJ/cm，温度为320～340℃。
7.根据权利要求1所述的高强度合金钢板的焊接工艺，其特征在于，所述步骤（7）在正面埋弧焊接后，需要使用磨光机打磨平整后，再进行反面埋弧焊接，且控制平面变形量在1～2mm。
8.根据权利要求1所述的高强度合金钢板的焊接工艺，其特征在于，焊接完成的工件需要进行拉伸强度、弯曲强度、冲击强度的检测。
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