CN108723560A - 提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，可有效解决提高高强度钢焊接接头的低温韧性问题，方法是，采用电加热装置，将低合金高强钢的焊接接头置于电加热装置内，完全遮盖住焊接接头，通过调节电流和电加热装置的模块，以40‑60℃/h的速度从室温加热至550‑650℃，停留60‑100分钟，然后以40‑60℃/h的速度冷却至150‑250℃以下，提升接头‑20℃冲击功，实现连续对高强度钢焊接接头的热处理。本发明方法新颖独特，简单，易操作，工作效率高，产品质量好，节能环保，经济和社会效益巨大。

Description

提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理，特别是屈服强度690MPa以上的高强度钢焊接接头的一种提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法。
背景技术
工程实践中，低合金高强钢的焊接常常需要预热和焊后热处理等手段来确保焊接接头质量和性能。预热一般用来避免冷裂纹，焊后缓冷或热处理一般用来控制热影响区的硬相组织，从而提高韧性和加剧冷冷裂纹敏感性。高强钢焊接通常需要焊后缓冷或热处理工艺，一方面用于防止冷裂纹产生，一方面用于性能指标控制。
对于厚度40mm以上、屈服强度690MPa及以上的高强钢来说，一般需要焊前预热，以及焊后保温或缓冷来确保焊接质量。预热是防止冷裂纹产生。保温或缓冷一方面是防止焊接热影响区的硬相形成，避免焊接接头脆化，另一方面是有利于焊缝金属中的扩散氢的释放。
针对具体钢种、具体焊接任务和条件，需要制定严格的保温和缓冷工艺，以确保焊接质量。但由于实际焊接结构的特殊性，以及野外施工的条件限制，或者焊后保温或缓冷工艺不当，经常会导致焊接接头的低温韧性不满足要求。
针对质量不合格焊接接头，一般情况下，通常采取刨掉焊接部分重新焊接，或者选取新焊板重新焊接，既浪费原料，又浪费能源，还会对环境造成污染，那么如何提高焊接接头的低温韧性是需要认真解决的技术问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，可有效解决提高高强度钢焊接接头的低温韧性问题。
本发明解决的技术方案是，一种提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法是，采用电加热装置，将低合金高强钢的焊接接头置于电加热装置内，完全遮盖住焊接接头，通过调节电流和电加热装置的模块，以40-60℃/h的速度从室温加热至550-650℃，停留60-100分钟，然后以40-60℃/h的速度冷却至150-250℃以下，提升接头-20℃冲击功，实现连续对高强度钢焊接接头的热处理。
本发明方法新颖独特，简单，易操作，工作效率高，产品质量好，节能环保，经济和社会效益巨大。
具体实施方式
以下结合具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。
本发明在具体实施中，可由以下实施例给出。
实施例1
本发明一种提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，可由以下方法实现：利用陶瓷片电加热装置对焊接接头进行加热，单片陶瓷加热片的电流≤15A，单片陶瓷加热片的功率在≤3.3KW，加热模块由36片陶瓷加热片组成，即6×6排布，加热模块总数量不超过20个，模块排布方式是单层排布，且完全遮盖住焊接接头，通过调节电流以及通电加热模块数量，将低合金高强钢的焊接接头以40-60℃/h的速度从室温加热至550-650℃，保持60-100分钟，然后采用风机吹风冷却，且出风口的冷却风量能够完全覆盖焊接接头，风机风量≤154000m3/h，进行0%，10%，30%，50%，70%，90%和100%的7档风量调节，通过调节冷却风量调节冷却速度，以40-60℃/h的速度冷却至150-250℃以下，再冷却至室温，提升接头-20℃冲击功，实现提高接头低温韧性的热处理。
实施例2
本发明一种提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，所述的低合金高强钢的屈服强度低于690MPa，加热温度550-580℃，高温停留时间60-75分钟；焊件屈服强度690-830MPa之间，加热温度580-600℃，高温停留时间75-85分钟；焊件屈服强度大于830MPa，加热温度600-650℃，高温停留时间85-100分钟。
实施例3
本发明一种提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，所述的低合金高强钢的厚度低于40mm，冷却速度55-60℃/h；焊件厚度40-80mm，冷却速度45-55℃/h；焊件厚度80mm以上，冷却速度40-45℃/h。
实施例4
本发明一种提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，所述的低合金高强钢的屈服强度低于<690MPa，焊件冷却至250℃以下；焊件屈服强度690-830MPa之间，焊件冷却至200℃以下；焊件屈服强度大于830MPa，焊件冷却至150℃以下。
本发明在具体实施中，将低合金高强钢的焊接接头以40-60℃/h的速度从室温加热至550-650℃，停留60-100分钟，然后以40-60℃/h的速度冷却至150-250℃以下。
加热速度一方面要确保效率，一方面要确保焊接接头的均匀受热。当加热速度低于40℃/h时，效率太低；当加热速度超过60℃/h时，容易造成焊接件受热不均，影响力学性能、变形等。
加热温度是关键参数。温度太高，容易破坏焊接件的原始组织和力学性能，造成焊接质量和性能的重大改变；温度太低则起不到提高韧性的效果。
当加热温度低于550℃时，一方面焊接件不会发生相转变，从而导致微观组织的改变，另一方面也不会导致晶界处的S和P等夹杂物的快速扩散和聚集，从而影响晶界结构的质量和性能，因此在短时间内不会对强度和韧性产生影响；
当加热温度超过650℃时，一方面会大幅度提升晶界处偏聚元素B,S,P等的扩散速度，从而改变微观组织的亚结构，引起强度软化；另一方面，会引起马氏体组织中的碳的再分配，从而大幅度降低马氏体强度，引起焊接接头强度的大幅度下降。
加热温度控制在550-650℃的目的是，允许晶界处的元素扩散在可控的条件下发生，而不允许马氏体组织中发生由于碳重新分配而引起的强度下降。
高温停留时间低于60分钟，晶界处的偏聚元素扩散效果不明显，从而提升低温韧性效果不明显；而停留时间超过100分钟，虽然偏聚元素扩散效果较好，但同时会引起焊接接头软化。
加热温度和停留时间与焊件的强度有关。
焊件屈服强度低于690MPa，加热温度550-580℃，高温停留时间60-75分钟；焊件屈服强度690-830MPa之间，加热温度580-600℃，高温停留时间75-85分钟；焊件屈服强度大于830MPa，加热温度600-650℃，高温停留时间85-100分钟；
以40-60℃/h的速度冷却至150-250℃以下。
冷却速度低于40℃/h，会使得扩散均匀的偏聚元素B, S和P等元素重新积聚在晶界处，从而达不到提高低温韧性的目的；当冷却速度超过60℃/h，容易引起焊接变形等质量问题。
冷却截止温度，一方面要确保扩散和晶界亚结构变化等不再发生，另一方面不能太低以免影响作业效率。
冷却截止温度低于150℃以下，会大幅度降低作业效率；冷却截止温度高于250℃，容易引起部分残留的马氏体发生转变，从而引起微观组织和力学性能变化。
冷却速度与焊件厚度有关。
焊件厚度低于40mm，冷却速度55-60℃/h；焊件厚度40-80mm，冷却速度45-55℃/h；焊件厚度80mm以上，冷却速度40-45℃/h；
冷却截止温度与焊接屈服强度有关。
焊件屈服强度低于<690MPa，焊件冷却至250℃以下；焊件屈服强度690-830MPa之间，焊件冷却至200℃以下；焊件屈服强度大于830MPa，焊件冷却至150℃以下；
本发明可有效用于高强度焊接接头韧性不合格的修复，即对焊接接头施加一种热处理，即可提高焊接接头的低温韧性，从而满足技术要求。既节约原料，又提高工作效率，而且还减少了废器件对环境造成的污染，可谓节能环保，并经实验取得了非常好的有益技术效果，有关实验资料如下：
选取气体保护焊和埋弧焊进行焊接作业，材料选择、工艺参数和作业程序均按照相关标准执行。焊后取样对焊接接头进行力学性能测试。然后对冲击功低的焊接接头施加热处理，然后重新取样检测强度和冲击功。
实验1
对120mm厚Q690进行对接埋弧焊焊接，焊接工艺、焊接参数和焊接材料等参照焊接工艺卡执行。经检验：焊接接头的抗拉强度850MPa，-20℃冲击功15J。低温韧性偏低，不满足34J的技术要求。
按照本发明方法，将焊接接头以50℃/h的速度从室温加热至580℃，停留80分钟，然后以42℃/h的速度冷却至180℃，然后缓冷至室温。经检验：焊接接头的抗拉强度845MPa，-20℃冲击功95J，满足技术要求。
实验2
对80mm厚Q960进行对接埋弧焊焊接，焊接工艺、焊接参数和焊接材料等参照焊接工艺卡执行。经检验：焊接接头的抗拉强度1120MPa，-20℃冲击功14 J。低温韧性偏低，不满足34J的技术要求。
按照本发明方法，将焊接接头以55℃/h的速度从室温加热至620℃，停留90分钟，然后以52℃/h的速度冷却至145℃，然后缓冷至室温。经检验：焊接接头的抗拉强度1105MPa，-20℃冲击功78J，满足技术要求。
实验3
对100mm厚Q830进行对接气体保护焊焊接，焊接工艺、焊接参数和焊接材料等参照焊接工艺卡执行。经检验：焊接接头的抗拉强度980MPa，-20℃冲击功平均值为18 J。低温韧性偏低，不满足34J的技术要求。
按照本发明方法，将焊接接头以55℃/h的速度从室温加热至600℃，停留80分钟，然后以45℃/h的速度冷却至190℃，然后缓冷至室温。经检验：焊接接头的抗拉强度965MPa，-20℃冲击功68J，满足技术要求。
实验4
对60mm厚Q1100进行对接埋弧焊焊接，焊接工艺、焊接参数和焊接材料等参照焊接工艺卡执行。经检验：焊接接头的抗拉强度1280MPa，-20℃冲击功平均值为10 J。低温韧性偏低，不满足34J的技术要求。
按照本发明方法，将焊接接头以45℃/h的速度从室温加热至650℃，停留95分钟，然后以50℃/h的速度冷却至120℃，然后缓冷至室温。经检验：焊接接头的抗拉强度1250MPa，-20℃冲击功58J，满足技术要求。
实验5
对35mm厚Q960进行对接气体保护焊焊接，焊接工艺、焊接参数和焊接材料等参照焊接工艺卡执行。经检验：焊接接头的抗拉强度1112MPa，-20℃冲击功平均值为10 J。低温韧性偏低，不满足34J的技术要求。
按照本发明方法，将焊接接头以55℃/h的速度从室温加热至620℃，停留88分钟，然后以58℃/h的速度冷却至140℃，然后缓冷至室温。经检验：焊接接头的抗拉强度1095MPa，-20℃冲击功65J，满足技术要求。
通过上述实验可知，本发明所述的热处理工艺，可修复高强度焊接接头低温韧性不合格，从而满足技术要求，是提高低合金高强钢焊接接头低温韧性上的创新，方法既简单，又易操作，效果非常好，经测试，工作效率提高50%以上，延长焊件接头使用寿命2-3倍，节约资源和费用30%以上，而且大大减少了环境污染，节能环保，经济和社会效益巨大。

Claims (5)

1.一种提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，其特征在于，采用电加热装置，将低合金高强钢的焊接接头置于电加热装置内，完全遮盖住焊接接头，通过调节电流和电加热装置的模块，以40-60℃/h的速度从室温加热至550-650℃，停留60-100分钟，然后以40-60℃/h的速度冷却至150-250℃以下，提升接头-20℃冲击功，实现连续对高强度钢焊接接头的热处理。
2.根据权利要求1所述的提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，其特征在于，由以下方法实现：利用陶瓷片电加热装置对焊接接头进行加热，单片陶瓷加热片的电流≤15A，单片陶瓷加热片的功率在≤3.3KW，加热模块由36片陶瓷加热片组成，即6×6排布，加热模块总数量不超过20个，模块排布方式是单层排布，且完全遮盖住焊接接头，通过调节电流以及通电加热模块数量，将低合金高强钢的焊接接头以40-60℃/h的速度从室温加热至550-650℃，保持60-100分钟，然后采用风机吹风冷却，且出风口的冷却风量能够完全覆盖焊接接头，风机风量≤154000m3/h，进行0%，10%，30%，50%，70%，90%和100%的7档风量调节，通过调节冷却风量调节冷却速度，以40-60℃/h的速度冷却至150-250℃以下，再冷却至室温，提升接头-20℃冲击功，实现提高接头低温韧性的热处理。
3.根据权利要求1所述的提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，其特征在于，所述的低合金高强钢的屈服强度低于690MPa，加热温度550-580℃，高温停留时间60-75分钟；焊件屈服强度690-830MPa之间，加热温度580-600℃，高温停留时间75-85分钟；焊件屈服强度大于830MPa，加热温度600-650℃，高温停留时间85-100分钟。
4.根据权利要求1所述的提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，其特征在于，所述的低合金高强钢的厚度低于40mm，冷却速度55-60℃/h；焊件厚度40-80mm，冷却速度45-55℃/h；焊件厚度80mm以上，冷却速度40-45℃/h。
5.根据权利要求1所述的提高高强度焊接接头低温韧性的热处理方法，其特征在于，所述的低合金高强钢的屈服强度低于<690MPa，焊件冷却至250℃以下；焊件屈服强度690-830MPa之间，焊件冷却至200℃以下；焊件屈服强度大于830MPa，焊件冷却至150℃以下。
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