CN109352142A - 一种Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种Q420B钢板的GMAW‑Ar焊接方法，包括以下步骤：S1：在试件上制作不对称X形坡口。S2：用砂轮机将坡口面、以及坡口外围20mm范围内进行打磨。S3：将打磨后的试件拼装。S4：将拼装的试件进行定位焊。S5：施焊前采用火焰加热法对试件进行预热。S6：打底采用GMAW‑Ar的方法进行施焊。S7：采用GMAW‑Ar的方法进行施焊。S8：采用碳弧气刨对打底层焊道根部进行清理。S9：采用火焰加热法将层间温度控制在150～200℃。S10：清理熔渣以及焊接过程中的飞溅。S11：探伤。本发明的Q420B钢板的GMAW‑Ar焊接方法有效控制冷裂纹以及层状撕裂倾向，提高焊缝质量。

Description

一种Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，尤其涉及一种Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法。
背景技术
Q420BB是一种低合金高强度结构钢，随着我国工业的发展，以Q420B为代表的新型高强度结构钢大量应用在建筑钢结构的生产、建设以及输电线路的大跨越钢管塔中。钢结构工程中焊接难度依据GB/50661-2011中钢材的碳当量可分为A至D四个难度等级，通常按照钢材的碳当量来判断钢材的可焊性，钢材的碳当量越大，其焊缝冷裂纹倾向越大，焊接性能就越差，焊接难度也相对较大。
然而，由于Q420B低合金高强结构钢加入V、Ti、Nb等强碳化物形成元素，对焊缝性能造成影响，使其焊接性能不够稳定。由于钢材中各合金元素的含量在每批次中有微小的变化，Q420B的碳当量也存在微小的变化，其变化范围介于0.45-0.47，焊接难度属于C级，从焊接性能角度分析，Q420B的焊接难度较大；从构件的板厚上分析，板厚越大，钢板在Z向的性能越差，厚板焊接收缩量越大大，因此，Q420B钢板焊接时容易出现层状撕裂倾向，导致焊接效果差。
发明内容
本发明提供一种有效控制冷裂纹以及层状撕裂倾向，使焊缝质量达到一级要求的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法。
本发明采用的技术方案为：一种Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法，其包括以下步骤：
S1：制备坡口：在试件上制作不对称X形坡口，深坡口角度为50°，浅坡口角度为60°；深坡口高度为2/3tmm，浅坡口高度为1/3tmm；坡口预留钝边为0～2mm；其中，t为试件的厚度；
S2：打磨接头：用砂轮机将坡口面、以及坡口外围20mm范围内进行打磨，清除锈蚀、油污、氧化皮、以及水，使试件露出金属光泽；
S3：拼接：将打磨后的试件进行拼装；
S4：定位焊：将拼装的试件进行定位焊，定位焊长度为20～30mm，高度为2～3mm，间距≤400mm，且焊接点≥3点；
S5：焊前预热：施焊前采用火焰加热法对试件进行预热，预热区域为坡口及坡口两侧，预热宽度大于板厚的1.5倍且不小于100mm，预热温度为130～180℃；
S6：打底焊接：打底采用GMAW-Ar的方法进行施焊，首层焊接从深坡口面进行施焊并使得根部完全熔透；
S7：填充及盖面焊接：采用GMAW-Ar的方法进行施焊，施焊前清理每层焊道表面氧化皮；
S8：清根：翻转试件使的浅坡口置于上方，采用碳弧气刨对打底层焊道根部进行清理，清除根部缺陷，清根后的凹槽形成≥10°的U形坡口；
S9：层温控制：每层焊道施焊完后采用专用的测温仪器进行测量，采用火焰加热法将层间温度控制在150～200℃；
S10：焊后处理：等焊缝冷却至常温后，清理熔渣以及焊接过程中的飞溅；
S11：探伤。
进一步地，S6和S7中，焊丝型号为ER55-G，焊丝直径为1.2mm。
进一步地，S6和S7中，混合气体比例为Ar:CO2＝80％:20％，气体流量为18～25L/min。
进一步地，混合气体中Ar的纯度为99.9％以上；CO2的纯度为99.5％以上。
进一步地，S6中，打底焊的焊接电弧电压为20～22V，焊接电流为150～180A，焊接速度为20～25cm/min。
进一步地，S7中，填充焊的焊接电弧电压为26～33V，焊接电流为260～280A，焊接速度为28～35cm/min。
进一步地，S7中，盖面焊道焊接电弧电压为26～30V，焊接电流为250～280A，焊接速度为28～35cm/min。
进一步地，S6和S7中，填充金属厚度为4.0～5.0mm。
进一步地，S6和S7中，当焊枪摆动幅度超过20mm时，采用多道焊接。
进一步地，S3中，拼装间隙控制在2～3mm，错边量小于1.5mm。
相较于现有技术，本发明的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法有效改善Q420B钢板焊缝的内部及外观质量，同时可以减少或避免热影响区中淬硬马氏体的产生，降低热影响区的硬度，降低焊缝中存在的焊接应力；从而避免Q420B钢板在焊接出现冷裂纹以及层状撕裂倾向，使焊缝质量达到一级要求。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，
图1：本发明不对称X形坡口示意图；
图2：本发明Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法的焊接顺序示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1和图2所示，本发明的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法包括以下步骤：
S1：制备坡口：在试件上制作不对称X形坡口，坡口预留钝边为0～2mm；深坡口角度为50°，浅坡口角度为60°；深坡口高度为2/3tmm，浅坡口高度为1/3tmm；其中，t/mm为试件的厚度。
S2：打磨接头：用砂轮机将坡口面、以及坡口外围20mm范围内进行打磨，清除锈蚀、油污、氧化皮、以及水，使试件露出金属光泽。
S3：拼接：将打磨后的试件进行拼装，拼装间隙控制在2～3mm，错边量小于1.5mm。
S4：定位焊：将拼装的试件进行定位焊，定位焊长度为20～30mm，高度为2～3mm，间距≤400mm，且焊接点≥3点。
其中，定位焊施焊完毕后，用打磨机将试件两端斜坡过渡；且定位焊所用的焊丝需与试件匹配，类型为气体保护焊用实心焊丝；定位焊缝质量宜为一级焊缝质量要求。
S5：焊前预热：施焊前采用火焰加热法对试件进行预热，预热区域为坡口及坡口两侧，预热宽度大于板厚的1.5倍且不小于100mm，预热温度为130～180℃。
S6：打底焊接：打底采用GMAW-Ar的方法进行施焊，首层焊接从深坡口面进行施焊并使得根部完全熔透。
S7：填充及盖面焊接：采用GMAW-Ar的方法进行施焊，施焊前清理每层焊道表面氧化皮。
S8：清根：翻转试件使的浅坡口置于上方，采用碳弧气刨对打底层焊道根部进行清理，清除根部缺陷，清根后的凹槽形成≥10°的U形坡口。
S9：层温控制：每层焊道施焊完后采用专用的测温仪器进行测量，采用火焰加热法将层间温度控制在150～200℃。
S10：焊后处理：等焊缝冷却至常温后，清理熔渣以及焊接过程中的飞溅。
S11：探伤。
其中，S1中，制作不对称X形坡口方便背面清根，同时保证清根后坡口深度和焊前深坡口深度高度相同，从而结合施焊时的焊层排布并对称焊接，有效的控制了焊接变形。
S3中，拼装间隙控制在2～3mm，有利于打底焊时能做到单面焊双面成型，且减少了焊后背面清根的深度。
S4中，定位焊施焊时所用焊接参数需大于打底焊时所用焊接参数，定位焊施焊位置宜在浅坡口进行施焊。
S6中，打底焊道的焊接参数如下：焊丝型号为ER55-G，保证焊缝强度与试件强度匹配，焊丝直径为1.2mm，使焊缝成型美观；GMAW-Ar焊接方法为半自动实心焊丝富氩+二氧化碳气体保护焊，混合气体比例为Ar:CO2＝80％:20％，气体流量为18～25L/min，氩气纯度在99.9％以上，CO2纯度在99.5％以上；焊接电弧电压为20～22V，焊接电流为150～180A，焊接速度为20～25cm/min，填充金属厚度为3.0～4.0mm。
S7中，盖面焊道的焊接参数如下：焊丝型号为ER55-G，保证焊缝强度与试件强度匹配。焊丝直径为1.2mm，使焊缝成型美观；GMAW-Ar焊接方法为半自动实心焊丝富氩+二氧化碳气体保护焊，混合气体比例为Ar:CO2＝80％:20％，实现焊缝内在质量达到无缺陷的优质品，气体流量为18～25L/min，氩气纯度在99.9％以上，CO2纯度在99.5％以上；焊接电弧电压为26～30V，焊接电流为250～280A，焊接速度为28～35cm/min，填充金属厚度为3.0～4.0mm。
S7中，填充焊道的焊接参数如下：焊丝型号为ER55-G，焊丝直径为1.2mm，混合气体比例为Ar:CO2＝80％：20％，气体流量为18～25L/min，氩气纯度在99.9％以上，CO2纯度在99.5％以上；焊接电弧电压为26～33V，焊接电流为260～280A，焊接速度为28～35cm/min，填充金属厚度为4.0～5.0mm。
S6和S7中，当焊枪摆动幅度超过20mm时，采用多道焊接。
S8中，碳弧气刨清根可防止根部未熔透、根部气孔等缺陷；此外，清根后形成10°的U型凹槽有利于清根后首层焊道的焊接。
S5及S9中，焊前预热及层温控制可以有效防止低合金高强钢焊接氢致裂纹的现象，而且通过控制焊接冷却速度，减少或避免热影响区中淬硬马氏体的产生，降低热影响区的硬度，同时还可以降低焊接应力，防止裂纹的出现并有助于氢气的逸出，保证了焊接质量。
此外，采用富氩焊接是一种低氫的焊接方法，实现细化焊缝金属的晶粒度，改善焊缝的综合机械性能，提高焊缝冲击韧性，实现焊缝冲击功比纯二氧化碳焊高20％及以上。
综上，本发明的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法有效改善Q420B钢板焊缝的内部及外观质量，同时可以减少或避免热影响区中淬硬马氏体的产生，降低热影响区的硬度，降低焊缝中存在的焊接应力；从而避免Q420B钢板在焊接出现冷裂纹以及层状撕裂倾向，使焊缝质量达到一级要求。
只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备坡口：在试件上制作不对称X形坡口，深坡口角度为50°，浅坡口角度为60°；深坡口高度为2/3tmm，浅坡口高度为1/3t mm；坡口预留钝边为0～2mm；其中，t为试件的厚度；
S2：打磨接头：用砂轮机将坡口面、以及坡口外围20mm范围内进行打磨，清除锈蚀、油污、氧化皮、以及水，使试件露出金属光泽；
S3：拼接：将打磨后的试件进行拼装；
S4：定位焊：将拼装的试件进行定位焊，定位焊长度为20～30mm，高度为2～3mm，间距≤400mm，且焊接点≥3点；
S5：焊前预热：施焊前采用火焰加热法对试件进行预热，预热区域为坡口及坡口两侧，预热宽度大于板厚的1.5倍且不小于100mm，预热温度为130～180℃；
S6：打底焊接：打底采用GMAW-Ar的方法进行施焊，首层焊接从深坡口面进行施焊并使得根部完全熔透；
S7：填充及盖面焊接：采用GMAW-Ar的方法进行施焊，施焊前清理每层焊道表面氧化皮；
S8：清根：翻转试件使的浅坡口置于上方，采用碳弧气刨对打底层焊道根部进行清理，清除根部缺陷，清根后的凹槽形成≥10°的U形坡口；
S9：层温控制：每层焊道施焊完后采用专用的测温仪器进行测量，采用火焰加热法将层间温度控制在150～200℃；
S10：焊后处理：等焊缝冷却至常温后，清理熔渣以及焊接过程中的飞溅；
S11：探伤。
2.如权利要求1所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：S6和S7中，焊丝型号为ER55-G，焊丝直径为1.2mm。
3.如权利要求1所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：S6和S7中，混合气体比例为Ar:CO2＝80％:20％，气体流量为18～25L/min。
4.如权利要求3所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：混合气体中Ar的纯度不低于99.9％，CO2纯度不低于99.5％。
5.如权利要求1所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：S6中，打底焊的焊接电弧电压为20～22V，焊接电流为150～180A，焊接速度为20～25cm/min。
6.如权利要求1所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：S7中，填充焊的焊接电弧电压为26～33V，焊接电流为260～280A，焊接速度为28～35cm/min。
7.如权利要求1所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：S7中，盖面焊道焊接电弧电压为26～30V，焊接电流为250～280A，焊接速度为28～35cm/min。
8.如权利要求1所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：S6和S7中，填充金属厚度为4.0～5.0mm。
9.如权利要求1所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：S6和S7中，当焊枪摆动幅度超过20mm时，采用多道焊接。
10.如权利要求1所述的Q420B钢板的GMAW-Ar焊接方法,其特征在于：S3中，拼装间隙控制在2～3mm，错边量小于1.5mm。
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