CN108465917B - 一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法：适用于母材的力学性能：抗拉强度在485 MPa级、560 MPa级、630MPa级，685MPa级；厚度不低于10mm，双丝双道埋弧焊接；双Y型，坡口度在30°~35°；焊丝采用抗拉强度级为485MPa级及685MPa级；焊接速度：42~130cm/min；焊接线能量：后焊丝在6~30 kJ/cm，前焊丝在8~36 kJ/cm；焊接电流及电压：前焊丝在550~800A，电压在32~34V；后焊丝焊接电流在450~550A，电压在33~36V；前焊丝、后焊丝与母材抗拉强度进行匹配。本发明仅需使用抗拉强度为485MPa级与685MPa级焊丝进行合理匹配，即可实现不同强度级别焊缝，可大幅节省焊丝研制成本。

Description

一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法

技术领域

本发明涉及一种埋弧焊方法，确切地属于双丝双道埋弧焊接方法。本发明通过两种不同强度级别焊丝的合理匹配，可以用于多个级别钢种的双丝埋弧焊。

背景技术

随着钢铁品种的研制及应用范围逐步扩大，钢种级别及其它性能要求越来越多，其焊接接头的性能也需要相应的性能，这就需要相应性能的焊接材料以满足要求。

对于埋弧焊解工艺，传统的方法是采用一个强度钢级对应一种焊丝强度级别的方法，即属于母材的强度级别与焊丝的强度级别相对应关系，也就是说当钢材级改变时焊丝级别也要相应改变。然而每一种焊丝的研制均要经过成分设计、冶炼轧制、拉拔等工序，其耗时长、材料消耗大，导致试验成本及生产成本高。如经检索的：

2006年9月第六届国际管线会议论文集中，名称为“X80钢及其SAW焊丝对焊接工艺的适应性.”文献，介绍了分别采用Rm550MPa级及630MPa级焊丝焊接X70钢及X80钢；中国专利申请号为CN201010599894.2的“一种强度适中冲击韧性优良埋弧焊丝.”，其公开了一种强度适中冲击韧性优良埋弧焊丝，适用于X80级别钢线钢的焊接。该发明的特征在于组成该焊丝的化学成份（wt%）为：C≤0.10%；Mn 1.50～1.90%；Si≤0.35%；S≤0.010%；P≤0.015%；Mo 0.20～0.40%；Ti≤0.15%；Cu≤0.25%。上述文献显然均是采用母材的强度级别与焊丝的强度级别相对应关系。

双丝埋弧焊效率高，在钢管、大型钢结构中的焊接越来越广地被应用。其在焊接过程中，前、后焊丝及母材熔化熔合，共同形成焊接熔池金属。当钢板较薄时（如低于10mm），焊缝金属中母材占主导；当钢板较厚时(如大于15mm)，焊接处开坡口，焊缝金属中焊丝占主导。目前通常的做法是，前、后丝采用的同一种焊丝，且焊接某级别的母材钢也采用的是对应级别的埋狐焊丝，这不利于焊材的高效广泛应用，也会使时间及经济成本增加。

对于双丝埋弧焊，一般情况下，前、后焊丝采用的焊接参数是不一样的，前丝电流大，焊接线能量大；后丝电流小，焊接线能量小。因此前后丝熔入焊缝中的比例是不一样的，前丝熔入焊缝多，后丝熔入焊缝少。如果采用两种不同的焊丝，通过前丝、后丝不同匹配及焊接工艺变化，则可以改变焊缝金属的化学成分及性能，从而焊接不同强度级别的钢种，大大扩展焊丝应用范围。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种仅需使用两种不同化学成分制备的抗拉强度为485MPa级与685MPa级焊丝进行合理匹配焊接，就能实现抗拉强度≥485MPa不同强度级别钢的双丝双道埋弧焊接方法。

其另一个目的在于制备的焊丝品种少，适配焊接的母材强度级别较多（即485MPa级，560MPa级，630 MPa级以及685MPa级），可节约大量的原材料及能源，使制备焊丝的成本大幅降低。

实现上述目的的措施：

一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法，其步骤：

1）适用条件：母材的力学性能：抗拉强度在485 MPa级、560 MPa级、630MPa级，685MPa级；钢板厚度不低于10mm，并采用双丝双道埋弧焊接方式；坡口形状为双Y型，坡口度在30°~35°；

2）匹配的焊丝：焊丝采用二种抗拉强度级别的，即485MPa级及685MPa级；焊剂采用弱碱性烧结焊剂；在焊接前并对焊剂在350~400℃温度下烘烤55~65min；

3）焊接工艺：

A、焊接速度：42~130cm/min；

B、焊接线能量

后焊丝的焊接线能量在6~30 kJ/cm，前焊丝的焊接线能量在8~36 kJ/cm；但根据母材抗拉强度：

当母材的抗拉强度Rm为485MPa级或Rm685MPa级时，前焊丝的焊接线能量不低于后焊丝的焊接线能量；

当母材的抗拉强度Rm级别处于485MPa级与685MPa级之间时，前焊丝的焊接线能量按照后焊丝的焊接线能量的1.35~1.65 倍执行，但不能大于前焊丝的焊接线能量所限定范围；第二面的前焊丝焊接线能量比第一面高出值不少于9%，第二面的后焊丝焊接线能量不低于第一面；

C、焊接电流及电压

前焊丝第一面及第二面的焊接电流均在550~800A，第一面及第二面的电压均在32~34V，后焊丝第一面及第二面的焊接电流均在450~550A，第一面及第二面的电压均在33~36V；第二面的前焊丝焊接电流比第一面高90~150A，焊接速度相同；第二面的后焊丝焊接电流比第一面高50~100A，焊接速度相同；

D、 前焊丝、后焊丝与母材抗拉强度的匹配

a、当母材的抗拉强度Rm为485MPa级时，其前焊丝、后焊丝均采用抗拉强度Rm为485MPa级的焊丝；

b、当母材的抗拉强度为Rm685MPa级时，其前焊丝、后焊丝均采用抗拉强度Rm为685MPa级的焊丝；

c、 当母材的抗拉强度Rm为560MPa级时，前焊丝采用Rm485MPa级焊丝、后焊丝采用Rm685MPa级的进行焊接；抗拉强度Rm在630MPa级时，前焊丝采用Rm685MPa级焊丝、后焊丝采用Rm485MPa级的进行焊接；

d、焊接时，前焊丝与后焊丝同熔池；第一面一道焊满，第二面不清根并一道焊满。

优选地：当母材的抗拉强度Rm为560MPa级及630MPa时，前焊丝的焊接线能量按照后焊丝的焊接线能量的1.4~1.6 倍执行。

进一步地：所述抗拉强度为485MPa级焊丝的组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.10%，Si≤0.15%，Mn：1.50~1.90%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足碳当量CE在0.31~0.42。

进一步地：所述抗拉强度为685MPa级焊丝的组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.10%，Si≤0.15%，Mn：1.50~1.90%，Cr：0.35~0.55%，Mo：0.35~0.55%，Ni：0.50~0.70%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足碳当量CE在0.48~0.68。

进一步地：所述母材的抗拉强度Rm级别值为最低值，其实际强度上浮最高值不超过75MPa。

本发明之所以采用当母材的抗拉强度Rm为560MPa级时，前焊丝采用Rm485MPa级焊丝、后焊丝采用Rm685MPa级的进行焊接；抗拉强度Rm在630MPa级时，前焊丝采用Rm685MPa级焊丝、后焊丝采用Rm485MPa级进行焊接，是本申请人经大量试验的发现及创新。通过这种前、后丝的调换、再加上合适的焊接工艺，可以匹配用于560MPa级630MPa级钢的焊接。其原理在于，其一，在双丝焊中，使前、后焊丝同熔池，因此，即使前、后焊丝成分不同，它们同时在熔入熔池后，经过焊接电流对熔池的剧烈搅拌作用，宏观上讲，熔池化学成分能均匀化；其二，前焊丝及后焊丝采用不同焊接参数，即前丝焊接线能量大，后丝焊接线能量小，这样在焊缝中熔入的前焊丝比例大于后焊丝的熔入比例。所以，当485MPa级焊丝为前焊丝，685MPa级焊丝为后焊丝时，焊缝合金含量就比当685MPa级焊丝为前焊丝，485MPa级焊丝为后焊丝时少，相应地，得到的焊缝强度就较低。更进一步地是，由于前后丝焊接参数可以连续调节，焊接强度也可实现连续调节，而不是仅仅限于所举的560MPa级及630MPa级。因此，通过这种前、后丝及焊接工艺的匹配，就能得到不同强度级别的焊缝，从而满足不同抗拉强度级别的母材焊接的需求。

本发明与现有技术相比，仅需使用两种不同化学成分制备的抗拉强度为485MPa级与685MPa级焊丝进行合理匹配焊接，就能实现不同强度级别焊缝，且适配焊接的母材强度级别较多（即485MPa级，560MPa级，630 MPa级以及685MPa级），而不需针对每种强度级别母材就开发一种焊丝，这样可大幅节省焊丝研制成本。因为，每开发一种强度级别焊丝，都需要冶炼多个成分焊丝钢作优化，都要经过焊丝钢冶炼→盘条轧制→焊丝拉拔→表面镀铜→焊丝性能检测等工序，成本10万元以上。

附图说明

图1为本发明坡口形状示意图；

图1中：c—表示坡口的钝边高度，单位为：mm；

h—表示坡口的深度，单位为：mm；

α或β—表示坡口的角度；

b—表示两焊接板坡口之间的间隙，单位为：mm。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明不同抗拉强度级别的母材匹配的焊丝抗拉强度级别及前焊丝、后焊丝的线能量取值范围列表；

表2为本发明所用试验母材的主要性能列表；

表3为本发明各实施案例及对比例的焊接工艺参数和焊缝的抗拉强度列表；

表4 为本发明各实施案例及对比例的埋弧焊接头拉伸及冷弯试验结果列表；

表5 为本发明各实施案例及对比例的焊接接头冲击试验结果列表；

表6 为本发明各实施案例及对比例的焊缝成分列表。

各实施例中，所用抗拉强度为485MPa级焊丝，其组分及重量百分比含量均在C：0.06~0.10%，Si≤0.15%，Mn：1.50~1.90%范围内任一取值；并满足碳当量CE在0.31~0.42的要求。

所用抗拉强度为685MPa级焊丝，其组分及重量百分比含量均在C：0.06~0.10%，Si≤0.15%，Mn：1.50~1.90%，Cr：0.35~0.55%，Mo：0.35~0.55%，Ni：0.50~0.70%范围内任一取值；并满足碳当量CE在0.48~0.68的要求。

本发明各实施案例均按照以下步骤进行焊接：

1）适用条件：母材的力学性能：抗拉强度在485 MPa级、560 MPa级、630MPa级，685MPa级；钢板厚度不低于10mm，并采用双丝双道埋弧焊接方式；坡口形状为双Y型，坡口度在30°~35°；

2）匹配的焊丝：焊丝采用二种抗拉强度级别的，即485MPa级及685MPa级；焊剂采用弱碱性烧结焊剂；在焊接前并对焊剂在350~400℃温度下烘烤55~65min；

3）焊接工艺：

A、焊接速度：42~130cm/min；

B、焊接线能量

后焊丝的焊接线能量在6~30 kJ/cm，前焊丝的焊接线能量在8~36 kJ/cm；但根据母材抗拉强度：

当母材的抗拉强度Rm为485MPa级或Rm685MPa级时，前焊丝的焊接线能量不低于后焊丝的焊接线能量；

当母材的抗拉强度Rm级别处于485MPa级与685MPa级之间时，前焊丝的焊接线能量按照后焊丝的焊接线能量的1.35~1.65 倍执行，但不能大于前焊丝的焊接线能量所限定范围；第二面的前焊丝焊接线能量比第一面高出值不少于9%，第二面的后焊丝焊接线能量不低于第一面；

C、焊接电流及电压

前焊丝第一面及第二面的焊接电流均在550~800A，第一面及第二面的电压均在32~34V，后焊丝第一面及第二面的焊接电流均在450~550A，第一面及第二面的电压均在33~36V；第二面的前焊丝焊接电流比第一面高90~150A，焊接速度相同；第二面的后焊丝焊接电流比第一面高50~100A，焊接速度相同；

D、 前焊丝、后焊丝与母材抗拉强度的匹配

a、当母材的抗拉强度Rm为485MPa级时，其前焊丝、后焊丝均采用抗拉强度Rm为485MPa级的焊丝；

b、当母材的抗拉强度为Rm685MPa级时，其前焊丝、后焊丝均采用抗拉强度Rm为685MPa级的焊丝；

c、 当母材的抗拉强度Rm为560MPa级时，前焊丝采用Rm485MPa级焊丝、后焊丝采用Rm685MPa级的进行焊接；抗拉强度Rm在630MPa级时，前焊丝采用Rm685MPa级焊丝、后焊丝采用Rm485MPa级的进行焊接；

d、焊接时，前焊丝与后焊丝同熔池；第一面一道焊满，第二面不清根并一道焊满。

表1本发明不同抗拉强度级别的母材匹配的焊丝抗拉强度级别及前焊丝、后焊丝的

线能量取值范围列表

表2本发明所用试验母材的主要性能列表

表3 本发明各实施案例及对比例的焊接工艺参数合焊缝的抗拉强度列表

表4本发明各实施案例及对比例的埋弧焊接头拉伸及冷弯试验结果列表

表5 为本发明各实施案例及对比例的焊接接头冲击试验结果列表

表6 本发明各实施案例及对比例焊缝化学成分(wt%)

说明：实施例1、2、7双丝埋弧焊，其前焊丝、后焊丝相同。实施例1、2钢板级别为485MPa，焊丝级别也为485MPa级。7号焊接钢板级别为685MPa，焊丝级别也为685MPa级。由于前焊丝、后焊丝相同，当前焊丝及后焊丝线能量相对变化时，因焊丝熔入焊缝而引起的焊缝成化变化不明显，所以前焊丝线能量不必明显高于后焊丝。焊接接头强度、韧性性能全部合格。

实施例3、4、5、6双丝埋弧焊，其前焊丝与后焊丝不同。实施例3、4钢板级别为560MPa，前焊丝级别为485MPa级，后焊丝级别为685MPa级，焊缝金属由熔入的前焊丝、后焊丝及少量母材组成；前焊丝线能量为后焊丝线能量的1.35~1.65倍，则485MPa前丝熔入焊缝较多，685MPa级后焊丝熔入较少，得到的焊缝强度与560MPa级钢板有较好的匹配。5、6号焊接钢板级别为630MPa，前焊丝级别为685MPa级，后焊丝级别为485MPa级；前焊丝线能量约为后焊丝线能量的1.35~1.65倍，则685MPa级前焊丝熔入焊缝较多，485MPa级后焊丝熔入较少，得到的焊缝强度与630MPa级钢板有较好的匹配。冲击韧性也较为理想。

另外，进行了1例对比实验，与实施例6试验相比，除前焊丝、后焊丝线能量不同外，其它都相同。焊接钢板级别为630MPa，前焊丝级别为685MPa级，后焊丝级别为485MPa级。前焊丝线能量仅略高于后焊丝线能量，则前焊丝及后焊丝熔入焊缝数量相近，焊缝合金含量明显低于6号试验，其接头拉伸试验断于焊缝，接头强度低于630MPa级钢板。

另外，还有重要的一点需要指出。目前，钢铁品种级别多样，除本专利申请中的四个主要级别外，因行业不同，还出现如570MPa级等介于上述四种级别之间的钢种。对于这些级别的钢种，采用本技术进行焊接，仅仅通过焊丝及焊接参数匹配，就要以达到强韧性合格的焊接接头。所以本技术的应用范围非常宽广。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (5)

1.一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法，其步骤：

1）适用条件：母材的力学性能：抗拉强度在485 MPa级、560 MPa级、630MPa级，685MPa级；钢板厚度不低于10mm，并采用双丝双道埋弧焊接方式；坡口形状为双Y型，坡口度在30°~35°；

2）匹配的焊丝：焊丝采用二种抗拉强度级别的，即485MPa级及685MPa级；焊剂采用弱碱性烧结焊剂；在焊接前并对焊剂在350~400℃温度下烘烤55~65min；

3）焊接工艺：

A、焊接速度：42~130cm/min；

B、焊接线能量

后焊丝的焊接线能量在6~30 kJ/cm，前焊丝的焊接线能量在8~36 kJ/cm；但根据母材抗拉强度：

当母材的抗拉强度Rm为485MPa级或Rm685MPa级时，前焊丝的焊接线能量不低于后焊丝的焊接线能量；

当母材的抗拉强度Rm级别处于485MPa级与685MPa级之间时，前焊丝的焊接线能量按照后焊丝的焊接线能量的1.35~1.65 倍执行，但不能大于前焊丝的焊接线能量所限定范围；第二面的前焊丝焊接线能量比第一面前焊丝高出值不少于9%，第二面的后焊丝焊接线能量不低于第一面后焊丝；

C、焊接电流及电压

前焊丝第一面及第二面的焊接电流均在550~800A，第一面及第二面的电压均在32~34V，后焊丝第一面及第二面的焊接电流均在450~550A，第一面及第二面的电压均在33~36V；第二面的前焊丝焊接电流比第一面前焊丝高90~150A，焊接速度相同；第二面的后焊丝焊接电流比第一面后焊丝高50~100A，焊接速度相同；

D、 前焊丝、后焊丝与母材抗拉强度的匹配

a、当母材的抗拉强度Rm为485MPa级时，其前焊丝、后焊丝均采用抗拉强度Rm为485MPa级的焊丝；

b、当母材的抗拉强度为Rm685MPa级时，其前焊丝、后焊丝均采用抗拉强度Rm为685MPa级的焊丝；

c、 当母材的抗拉强度Rm为560MPa级时，前焊丝采用Rm485MPa级焊丝、后焊丝采用Rm685MPa级的进行焊接；抗拉强度Rm在630MPa级时，前焊丝采用Rm685MPa级焊丝、后焊丝采用Rm485MPa级的进行焊接；

d、焊接时，前焊丝与后焊丝同熔池；第一面一道焊满，第二面不清根并一道焊满。

2.如权利要求1所述的一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法，其特征在于：当母材的抗拉强度Rm为560MPa级及630MPa时，前焊丝的焊接线能量按照后焊丝的焊接线能量的1.4~1.6 倍执行。

3.如权利要求1所述的一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法，其特征在于：所述抗拉强度为485MPa级焊丝的组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.10%，Si≤0.15%，Mn：1.50~1.90%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足碳当量CE在0.31~0.42。

4.如权利要求1所述的一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法，其特征在于：所述抗拉强度为685MPa级焊丝的组分及重量百分比含量为：C：0.06~0.10%，Si≤0.15%，Mn：1.50~1.90%，Cr：0.35~0.55%，Mo：0.35~0.55%，Ni：0.50~0.70%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足碳当量CE在0.48~0.68。

5.如权利要求1所述的一种适用于多级别钢的双丝双道埋弧焊接方法，其特征在于：所述母材的抗拉强度Rm级别值为最低值，其实际强度上浮最高值不超过75MPa。

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