CN108127288A

CN108127288A - 一种170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法

Info

Publication number: CN108127288A
Application number: CN201810063988.4A
Authority: CN
Inventors: 何方; 刘自权; 苏振军; 王风强; 薛仁杰; 程帅; 张才华
Original assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Handan Iron and Steel Group Co Ltd; HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2018-06-08

Abstract

本发明公开了一种170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法，其按公式计算所得的搭接量、补偿量、焊接速度、焊接压力、焊接温度和焊接电流进行焊接。本方法通过计算公式焊接参数确定方式，避免了焊接参数采用人工经验设定的弊端，避免了焊缝热量无法在线测量所导致的焊接质量无法科学衡量的弊端，科学合理的控制了搭接焊焊接质量，提高了焊接质量的稳定性。采用本方法能使窄搭接焊达到了一次焊接即满足生产工艺的需求，避免了连续退火生产过程中因焊接出现的停车、降速现象，保证了连续退火生产线产品品质的稳定。

Description

一种170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺，尤其是一种170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法。

背景技术

170MPa级高强IF钢经酸轧后要在连续退火生产线上完成退火，最终得到成品。在带钢连续退火生产线上，将带钢头、尾焊接起来，实现连续生产，是提高生产效率，降低成本的必要技术手段。

焊核是电阻焊时，电流通过上下层金属，在二层金属之间因电阻和上下电极共同作用下发热形成熔化核心，通电结束同时压力延时释放后，核心凝固就形成焊核。与其他特征区相比，焊核的冲击韧性值最低而硬度最高，这主要是由于焊核主要由铸造组织以及晶界相组成。170MPa级高强IF钢对焊接热输入要求非常严格，焊缝热量过大过小都不好，过大易产生过热，过小易产生淬硬组织。焊缝热量是影响焊接质量的关键因素，而连续退火生产线高节奏的生产特点决定了在线无法检测焊缝热量，以往焊接参数只能通过人工经验设定，估测焊核大小，由于经验的不确定性，导致连续退火焊接过程频繁出现降速甚至停车问题，严重影响连续退火生产线的质量稳定性。

连续退火生产线的窄搭接焊工艺在现有操作中完全依赖人工经验。窄搭接焊属于电阻焊，电阻焊的特性是与焊接钢中的成分、规格有很强的相关性，即不同的钢种、不同的规格将导致焊接参数显著不同。窄搭接焊的工艺参数又是多参数的，涉及电流、压力、速度、搭接量、补偿量，单个参数对搭接焊质量影响极其显著，参数之间相互搭配也会对焊接参数产生显著影响，人工经验很难把握多参数决定的窄搭接焊焊接参数，发生降速甚至停车的风险极大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能有效地控制焊接质量的170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法。

为解决上述技术问题，本发明按下述公式Ⅰ-Ⅵ计算所得的搭接量、补偿量、焊接速度、焊接压力、焊接温度和焊接电流进行焊接；

W＝0.2+0.27*H Ⅰ；

C＝0.15+0.1*H Ⅱ；

V＝19.35-2.74*H Ⅲ；

P＝0.1+3.43*H Ⅳ；

ΔT＝750+95*H Ⅴ；

式中：W是搭接量，单位为mm；H是焊接厚度，单位为mm；C是补偿量，单位为mm；V是焊接速度，单位为m/min；P是焊接压力，单位为KN；ΔT是焊接温度，单位为℃；I是焊接电流，单位为A；K、α、β、ε为常数，K/ε取值0.247、α取值-2.21、β取值为0.75；ρ为钢铁的密度，取值7.9g/cm³；CE是焊缝碳当量，质量百分数。

本发明所述高强IF钢主要化学成分的质量百分含量为：C≤0.0025％、Si 0.08％～0.25％、Mn 0.4％～0.6％，P 0.025％～0.035％；还含有Ti和/或Nb，Ti+Nb≤0.1％。

本发明所述高强IF钢采用气冷退火而成。

本发明所述焊接厚度H为0.8～5mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过计算公式焊接参数确定方式，避免了焊接参数采用人工经验设定的弊端，避免了焊缝热量无法在线测量所导致的焊接质量无法科学衡量的弊端，科学合理的控制了搭接焊焊接质量，提高了焊接质量的稳定性。采用本发明能使窄搭接焊达到了一次焊接即满足生产工艺的需求，避免了连续退火生产过程中因焊接出现的停车、降速现象，保证了连续退火生产线产品品质的稳定。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法采用连续退火生产线的窄搭接焊机进行焊接，将前卷带钢的尾部和后卷带钢的头部经入口剪剪切，然后搭接进行焊接，焊核在焊接热影响区中占比为70％～75％；尤其适用于气冷工艺路径下170MPa级高强IF钢的窄搭接焊。焊轮释放的热量公式见式(1)：

Q＝Q1+Q2+Q3 (1)

Q1为焊核吸收部分，Q2为带钢和焊轮吸收部分，Q3为环境吸收部分。本方法根据工程经验认为Q＝ε*Q1。热输入越大，焊缝热量越大，易产生过热；热输入越小，焊缝热量越小，无法融化金属起到焊接作用。

本窄搭接焊方法所述的计算方法如下：

1、本方法所述高强IF钢采用连续退火生产线的窄搭接焊机进行焊接，将前卷带钢的尾部和后卷带钢的头部经入口剪剪切，然后搭接进行焊接。

2、所述高强IF钢成分的质量百分含量为：C≤0.0025％、Si 0.08％～0.25％、Mn0.4％～0.6％，P 0.025％～0.035％，还含有Ti和/或Nb，Ti+Nb≤0.1％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；各元素的配比不固定，按照表面、板形、性能等成品需求可任意配比。所述高强IF钢成分的碳当量CE采用以下经验公式(2)进行计算：

CE＝C+Si/30+(Mn+Cr)/20+Ni/60+5*B (2)。

满足上述成分含量的冷硬带钢均可焊接。搭接的两端带钢后续简述为焊接钢种和待焊钢种，焊接钢种和待焊钢种的成分可以相同，也可以不同。

3、所述搭接焊的焊接厚度范围是0.8～5mm。搭接焊厚度由焊接钢种和待焊钢种的厚度共同决定，焊接厚度H的计算公式(3)如下所述：

H＝H1+H2 (3)

式中，H1是待焊钢种厚度，单位为mm；H2是焊接钢种厚度，单位为mm；H是焊接厚度，单位为mm。焊接钢种和待焊钢种厚度受到如下公式(4)的制约：

|H1-H2|≤0.3 (4)。

4、搭接量的定义是焊接过程中焊接钢种和待焊钢种焊缝部分的重叠量大小，重叠量过小将导致焊缝宽度过窄，降低焊缝强度。重叠量过大将导致焊缝温度过低，降低焊缝强度，因此在搭接焊过程中存在最佳搭接量的数值，本方法搭接量采用下式Ⅰ计算：

W＝0.2+0.27*H Ⅰ

其中，W是搭接值，单位为mm；H是焊接厚度，单位为mm。

5、补偿量的定义是：焊接前，基于搭接好的焊缝基础上，操作侧搭接量不变，驱动侧向增加搭接量的方向上增加的数值称为补偿量。本方法所述补偿量采用下式Ⅱ计算：

C＝0.15+0.1*H Ⅱ

其中，C是补偿值，单位为mm；H是焊接厚度，单位为mm。

6、窄搭接焊是通过焊轮放热熔化焊缝形成焊核的过程，其中焊接速度决定了焊缝的放热时间，本方法认为焊接速度控制为一个与厚度相关的常数，带钢的窄搭接焊接速度采用下式Ⅲ计算：

V＝19.35-2.74*H Ⅲ

其中，V是速度值，单位为m/min；H是焊接厚度，单位为mm。

7、焊接压力在一定程度上决定了焊缝的温度，出现火花过大的情况下说明焊接温度过高，焊接工艺向逐步减小电流，增加压力的方向调整。针对本方法所述的钢种而言，焊接压力设定采用下式Ⅳ计算：

P＝0.1+3.43*H Ⅳ

其中，P是焊接压力，单位为KN；H是焊接厚度，单位为mm。

8、窄搭接焊的常规焊接温度为750～1400℃，本方法的焊接温度采用下式Ⅴ计算：

ΔT＝750+95*H Ⅴ

其中，ΔT是焊接温度，单位为℃；H为焊接厚度，单位为mm。

9、焊缝碳当量CE受焊接钢种和待焊钢种的碳当量限制，本方法认为焊接碳当量采用下式(5)计算：

CE＝(CE1*H1+CE2*H2)/(H1+H2) (5)

其中，CE1和H1是焊接钢种的碳当量和厚度，CE2和H2是待焊钢种的碳当量和厚度，焊接钢种或待焊钢种的厚度单位是mm。

10、焊接参数以本方法特有的电阻焊焊接放热公式(6)为基准进行计算：

Q_K＝K*I²*(CE^α/P^β)*H/W/V (6)

其中，Q_k为焊缝热量；I是焊接电流，单位为A；K、α、β为与焊接参数有关的常数；H是焊接厚度，单位为mm；W是焊接搭接量，单位为mm；V是焊接速度，单位为m/min；CE为焊缝碳当量，为质量百分数。

焊缝热量Qk按照下式(7)进行计算：

Q_k＝ε*C*ρ*W²*H*ΔT (7)

其中，ε为常数；C为钢铁的比热容，按照0.46J/(Kg*℃)取值；ρ为钢铁的密度，按照7.9g/cm³取值；W焊接搭接量，单位为mm；H是焊接厚度，单位为mm；ΔT为焊接时焊缝温度，单位为℃；所述K/ε取值是0.247，α取值-2.21，β取值为0.75。

根据公式(6)和公式(7)，即可得到焊接电流的计算公式Ⅵ：

其中，I是焊接电流，单位为A。

11、按照上述公式Ⅰ-Ⅵ，即可计算得出170MPa级高强IF钢的窄搭接焊接参数：搭接量、补偿量、焊接速度、焊接压力、焊接温度和焊接电流。

实施例1：本170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法采用下述具体工艺。

(1)钢板成分：焊接钢种化学成分(Wt)：C 0.0025％，Si 0.25％，Mn 0.6％，P0.032％，Nb 0.05％，Ti 0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

待焊钢种化学成分(Wt)：C 0.0024％，Si 0.23％，Mn 0.6％，P 0.030％，Nb0.025％，Ti 0.025％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

(2)焊接参数：焊接钢种厚度0.4mm，待焊钢种厚度0.4mm；焊接参数计算如下：

焊接厚度H＝0.8mm；

焊缝碳当量CE＝0.041％；

搭接量W＝0.2+0.27*H＝0.42mm；

补偿量C＝0.15+0.1*H＝0.23mm；

焊接速度V＝19.35-2.74*H＝17.16m/min；

焊接压力P＝0.1+3.43*H＝2.84KN；

焊接温度ΔT＝750+95*H＝826℃；

焊接电流I＝7.5A。

(3)通过上述计算得出的焊接参数，经窄搭接工艺焊接，焊缝质量良好，带钢焊缝在连退加热炉中经反复弯曲及高温加热，均无裂纹和破损。

实施例2：本170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法采用下述具体工艺。

(1)钢板成分：焊接钢种化学成分(Wt)：C 0.0008％，Si 0.08％，Mn 0.4％，P0.031％，Nb 0.024％，Ti 0.023％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

待焊钢种化学成分：C 0.0006％，Si 0.09％，Mn 0.42％，P 0.031％，Nb 0.024％，Ti 0.023％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

(2)焊接参数：焊接钢种厚度2.5mm，待焊钢种厚度2.5mm；焊接参数计算如下：

焊接厚度H＝5mm；

焊缝碳当量CE＝0.024％；

搭接量W＝0.2+0.27*H＝1.55mm；

补偿量C＝0.15+0.1*H＝0.65mm；

焊接速度V＝19.35-2.74*H＝5.65m/min；

焊接压力P＝0.1+3.43*H＝17.25KN；

焊接温度ΔT＝750+95*H＝1225℃；

焊接电流I＝25.2A。

实施例3：本170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法采用下述具体工艺。

(1)钢板成分：焊接钢种化学成分(Wt)：C 0.001％，Si 0.13％，Mn 0.5％，P0.03％，Nb 0.024％，Ti 0.023％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

待焊钢种化学成分：C 0.0012％，Si 0.11％，Mn 0.52％，P 0.028％，Nb 0.023％，Ti 0.022％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

(2)焊接参数：焊接钢种厚度1.2mm，待焊钢种厚度1.5mm；焊接参数计算如下：

焊接厚度H＝2.7mm；

焊缝碳当量CE＝0.031％；

搭接量W＝0.2+0.27*H＝0.93mm；

补偿量C＝0.15+0.1*H＝0.42mm；

焊接速度V＝19.35-2.74*H＝11.95m/min；

焊接压力P＝0.1+3.43*H＝9.36KN；

焊接温度ΔT＝750+95*H＝1006℃；

焊接电流I＝14.7A。

生产统计：邯钢采用常规焊接方法进行生产时，经统计100批次，其中，全部批次需要二次焊接、全部批次造成生产降速、全部批次造成停车。采用本方法进行焊接之后，经统计100批次，其中，0批次需要二次焊接、0批次造成生产降速、0批次造成停车。本方法有效地提升了一次焊接合格率，保证了生产过程的正常运行。

Claims

1.一种170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法，其特征在于，按下述公式Ⅰ-Ⅵ计算所得的搭接量、补偿量、焊接速度、焊接压力、焊接温度和焊接电流进行焊接；

W＝0.2+0.27*H Ⅰ；

C＝0.15+0.1*H Ⅱ；

V＝19.35-2.74*H Ⅲ；

P＝0.1+3.43*H Ⅳ；

ΔT＝750+95*H Ⅴ；

2.根据权利要求1所述的一种170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法，其特征在于，所述高强IF钢主要化学成分的质量百分含量为：C≤0.0025％、Si 0.08％～0.25％、Mn 0.4％～0.6％，P 0.025％～0.035％；还含有Ti和/或Nb，Ti+Nb≤0.1％。

3.根据权利要求1所述的一种170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法，其特征在于：所述高强IF钢采用气冷退火而成。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种170MPa级高强IF钢的窄搭接焊方法，其特征在于：所述焊接厚度H为0.8～5mm。