CN109530920A - 一种高钢级管线钢激光-mag复合焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种高钢级管线钢激光‑MAG复合焊接方法，属于高钢级管线钢的焊接技术领域。所述高钢级管线钢激光‑MAG复合焊接方法，包括以下步骤：步骤(1)，选择焊丝；步骤(2)，去除高钢级管线钢板表面油污；步骤(3)，将去除油污后的高钢级管线钢板放置于工作台上并由焊接卡具固定；步骤(4)，对高钢级管线钢板进行激光‑MAG复合焊接，所述焊丝的强度级别低于高钢级管线钢板的强度级别。所述高钢级管线钢激光‑MAG复合焊接方法，能够提高高钢级管线钢焊接接头力学性能，使焊接接头达到母材强度水平，能够降低焊缝合金化程度和生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及高钢级管线钢的焊接技术领域，特别涉及一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法。
背景技术
随着国民经济的发展，人们对油气用量的逐渐增加促使油气运输管线向大口径高压力长距离发展。在管道成型和铺设过程中，管线钢焊接接头质量决定运输管线的安全性和使用寿命。目前国内管线钢采用的主要焊接方法为焊条手工焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊等方法，以上方法由于热输入大使获得的焊接接头的焊缝软化问题较严重而无法满足较高的力学性能要求。为使焊接接头的强度达到要求，目前采取的方法为通过使用合金含量高的焊丝提高焊缝合金化程度，以固溶强化的方式提高焊缝强度。但是这种方法提高生了产成本，造成了资源浪费。鉴于目前管线钢已有焊接问题，研发一种新的管线钢焊接工艺成为当务之急。专利CN201710511788公布了一种管线钢激光-MAG复合焊接方法，虽然提高了焊接效率，但是填充的焊丝依然选择了和母材成分相近的等强度焊丝，获得的焊缝合金化程度依然较高，提高了生产成本，造成了不必要的浪费。
发明内容
为了解决如何在保证焊接接头强度的条件下降低焊缝合金化程度和生产成本的技术问题，本发明提供一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，能够提高高钢级管线钢焊接接头力学性能，使焊接接头达到母材强度水平，能够降低焊缝合金化程度和生产成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，包括以下步骤：
步骤(1)，选择焊丝；
步骤(2)，去除高钢级管线钢板表面油污；
步骤(3)，将去除油污后的高钢级管线钢板放置于工作台上并由焊接卡具固定；
步骤(4)，对高钢级管线钢板进行激光-MAG复合焊接，
所述焊丝的强度级别低于高钢级管线钢板的强度级别。
所述焊丝的强度级别比高钢级管线钢板的强度级别低100～200MPa，焊丝直径为1.2～2.5mm。
所述步骤(2)中采用丙酮去除高钢级管线钢板表面油污。
所述高钢级管线钢板的厚度为5～50mm，根据高钢级管线钢板的厚度选择进行激光-MAG复合焊接1～4道次。
所述高钢级管线钢板开设坡口或者不开设坡口，如果开设坡口，坡口形状为K型、Y型、I型、U型或者X型，坡口角度为0～60°。
所述高钢级管线钢板为两块，两块高钢级管线钢板之间装配距离为0～3.0mm。
所述激光-MAG复合焊接时采用的激光器为光纤激光器、CO2激光器和半导体激光器中的一种，激光焊接参数设定为：激光功率1000～10000W，焊接速度3～40m/min，离焦量-20～5mm，光斑直径为0.10～0.80mm。
所述激光-MAG复合焊接时采用MAG焊机，MAG焊接参数设定为电压10～60V，电流100～400A，焊接过程中的保护气为氩气和二氧化碳的混合气体。
本发明的有益效果：
本发明的一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法至少有以下优点：在使用低强度焊丝的情况下使焊缝强度达到母材水平，减少了合金使用量，降低生产成本；利用激光-MAG复合焊接低热输入特点，低热输入下冷却速度快，焊缝组织晶粒得到细化，提高焊缝强度。
附图说明
图1是本发明提供的一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法的焊接示意图；
图2是本发明实施例一的焊接接头的硬度检测结果示意图；
图3是本发明实施例二的焊接接头的硬度检测结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本发明提供了一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法。如图1所示，母材焊缝在激光束和MAG焊枪的共同作用下形成熔池，激光束和MAG焊枪沿着箭头所示的焊接方向工作；激光束的能量汇聚到一个相对较小的点上，在熔池中形成一个钥孔；采用保护气能够提高焊缝质量。
实施例一
一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，包括以下步骤：
步骤(1)，选择焊丝；
步骤(2)，去除高钢级管线钢板表面油污；
步骤(3)，将去除油污后的高钢级管线钢板放置于工作台上并由焊接卡具固定；
步骤(4)，对高钢级管线钢板进行激光-MAG复合焊接，
所述焊丝的强度级别低于高钢级管线钢板的强度级别。
本事实例中，两块高钢级管线钢板的厚均为7mm，型号为X100，强度等级为700MPa，高钢级管线钢板组织为粒状贝氏体，高钢级管线钢的成分如表1所示；进行单道次激光-MAG复合焊接；焊丝选用500MPa级焊丝，焊丝的型号为JQ-70M，焊丝的成分如表2所示；焊丝直径为1.2mm；采用丙酮去除高钢级管线钢板表面油污；将两块高钢级管线钢板装配到焊接卡具上，两块高钢级管线钢板之间装配距离为1.2mm；不开设坡口；利用IPG-6kW光纤激光器和NB-500型MAG焊机对两块高钢级管线钢板进行激光-MAG复合焊接，焊接功率为3000W，焊接速度为10m/min，离焦量0mm，光斑直径为0.30mm；MAG焊接参数设定为电压18.7V，电流200A，保护气为80％Ar+20％CO2(体积百分比)，保护气的气压为0.4MPa。
焊后观察焊接接头宏观形貌，获得了全熔透焊缝，且无明显飞溅。使用FM-700显微硬度计对焊接接头硬度进行检测，结果如图2所示，焊缝处平均硬度达到321HV，母材的硬度为270HV，焊缝处平均硬度显著高于母材的硬度，焊缝区未出现软化。本实施例中，图2通过origin软件得到，横坐标为距焊缝中心距离，纵坐标为显微硬度值。使用微机控制电子万能试验机对焊接接头拉伸性能进行测试，焊接接头抗拉强度为851MPa，母材抗拉强度为826MPa，焊接接头抗拉强度达到母材抗拉强度水平。使用摆锤冲击试验机对焊接接头冲击韧性进行测试，焊接接头的冲击功为87J，母材的冲击功为103J，焊接接头的冲击功超过了母材的冲击功的70％。
表1高钢级管线钢的成分
表2实施例一焊丝的成分
实施例二
一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，包括以下步骤：
步骤(1)，选择焊丝；
步骤(2)，去除高钢级管线钢板表面油污；
步骤(3)，将去除油污后的高钢级管线钢板放置于工作台上并由焊接卡具固定；
步骤(4)，对高钢级管线钢板进行激光-MAG复合焊接，
所述焊丝的强度级别低于高钢级管线钢板的强度级别。
本事实例中，两块高钢级管线钢板的厚均7mm，型号为X100，强度等级为700MPa，高钢级管线钢板组织为粒状贝氏体，高钢级管线钢的成分如表1所示；进行单道次激光-MAG复合焊接；焊丝选用500MPa级焊丝，焊丝的型号为JQ.MG49-1，焊丝的成分如表3所示；焊丝直径为1.2mm；采用丙酮去除高钢级管线钢板表面油污；将两块高钢级管线钢板装配到焊接卡具上，两块高钢级管线钢板之间装配距离为0.8mm；不开设坡口；利用IPG-6kW光纤激光器和NB-500型MAG焊机对两块高钢级管线钢板进行激光-MAG复合焊接，焊接功率为6000W，焊接速度为10m/min，离焦量0mm，光斑直径为0.30mm；MAG焊接参数设定为电压27.3V，电流247A，保护气为80％Ar+20％CO2(体积百分比)，保护气的气压为0.4MPa。
焊后观察焊接接头宏观形貌，获得了全熔透焊缝，且无明显飞溅。使用FM-700显微硬度计对焊接接头硬度进行检测，结果如图3所示，焊缝处平均硬度达到300HV，母材的硬度为270HV，焊缝处平均硬度显著高于母材的硬度，焊缝区未出现软化。本实施例中，图3通过origin软件得到，横坐标为距焊缝中心距离，纵坐标为显微硬度值。使用微机控制电子万能试验机对焊接接头拉伸性能进行测试，焊接接头抗拉强度为891MPa，母材抗拉强度为826MPa，焊接接头抗拉强度达到母材抗拉强度水平。使用摆锤冲击试验机对焊接接头冲击韧性进行测试，焊接接头的冲击功为76J，母材的冲击功为103J，焊接接头的冲击功超过了母材的冲击功的70％。
表3实施例二焊丝的成分
本发明中一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法的技术原理如下：
对于传统高热输入熔焊技术而言，冷却速度慢使得焊缝晶粒尺寸粗大是导致焊缝区软化的根本原因。采用高合金量焊丝是通过固溶强化提高焊缝强度。而激光-MAG复合焊接热输入低的特点使得通过激光-MAG复合焊接获得的焊缝具有细小的晶粒。此时焊缝区通过细晶强化的方式使强度达到母材水平，不再需要固溶强化的方式提高焊缝区强度。因此在激光-MAG复合焊接过程使用低强度焊丝亦可以使焊缝强度达到母材水平，在保证焊缝强度的情况下降低焊缝合金化程度，降低生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，包括以下步骤：
步骤(1)，选择焊丝；
步骤(2)，去除高钢级管线钢板表面油污；
步骤(3)，将去除油污后的高钢级管线钢板放置于工作台上并由焊接卡具固定；
步骤(4)，对高钢级管线钢板进行激光-MAG复合焊接，
其特征在于，所述焊丝的强度级别低于高钢级管线钢板的强度级别。
2.根据权利要求1所述的高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述焊丝的强度级别比高钢级管线钢板的强度级别低100～200MPa，焊丝直径为1.2～2.5mm。
3.根据权利要求1所述的高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用丙酮去除高钢级管线钢板表面油污。
4.根据权利要求1所述的高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述高钢级管线钢板的厚度为5～50mm，根据高钢级管线钢板的厚度选择进行激光-MAG复合焊接1～4道次。
5.根据权利要求1所述的高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述高钢级管线钢板开设坡口或者不开设坡口，如果开设坡口，坡口形状为K型、Y型、I型、U型或者X型，坡口角度为0～60°。
6.根据权利要求1所述的高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述高钢级管线钢板为两块，两块高钢级管线钢板之间装配距离为0～3.0mm。
7.根据权利要求1所述的高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述激光-MAG复合焊接时采用的激光器为光纤激光器、CO2激光器和半导体激光器中的一种，激光焊接参数设定为：激光功率1000～10000W，焊接速度3～40m/min，离焦量-20～5mm，光斑直径为0.10～0.80mm。
8.根据权利要求1所述的高钢级管线钢激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述激光-MAG复合焊接时采用MAG焊机，MAG焊接参数设定为电压10～60V，电流100～400A，焊接过程中的保护气为氩气和二氧化碳的混合气体。
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