CN109967839B - 一种建筑结构用钢q460gjd埋弧自动焊焊接工艺 - Google Patents

一种建筑结构用钢q460gjd埋弧自动焊焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑结构用钢Q460GJD埋弧自动焊焊接工艺，结构钢Q460GJD的板厚最大为50mm，焊接材料用CHW‑SG+CHF102A；焊丝直径4.0mm；焊剂使用前严格烘焙；根据母材厚度选择X形坡口；焊前预热温度110‑140℃；采用多层多道焊接工艺，层间温度150‑200℃，高于预热温度；焊接参数：焊接电流620±10A，焊接电压32±2V，焊接速度40±1cm/min、线能量27.5‑32KJ/cm。经验证，其埋弧自动焊焊接工艺生产的结构钢焊接产品，完全可获得良好的焊接综合性能，且与母材性能等同效果；完全符合GB/T 19879‑2015标准和建筑结构工程用钢规范要求。线能量增加、生产率提高、焊接质量稳定可靠。

Description

一种建筑结构用钢Q460GJD埋弧自动焊焊接工艺
技术领域
本发明涉及建筑结构用钢的焊接工艺，尤其涉及一种Q460GJD的焊接工艺。
背景技术
近年来，高层化和大跨度的高层建筑应用高强度性能的钢材越来越多如Q420GJ、Q460GJ等，它具有优越的抗震性(屈强比低即≤0.83)、绿色环保、施工效率高、空间利用率高等多方面特殊的优势，现已成为国际上建筑结构的发展方向。在钢结构工程中，采用高性能结构钢，并且能大幅度减少钢材用量；相应的大大减少钢材的消耗能源；最终降低单位建筑面积消耗的能源。
但建筑结构用钢Q460GJD强度高，焊接易产生裂纹，焊接难度增加；到目前为止还没有可靠的焊接工艺，焊接质量是由坡口、预热温度、层间温度、焊接参数、热输入等共同决定的。为获得良好的Q460GJD钢的焊接质量，其焊接工艺在钢结构工程中显得十分重要。
公开号CN103920975B发明的建筑用高性能结构钢Q460GJC埋弧自动焊焊接工艺采用母材Q460GJC最大厚度48mm，焊接热输入线能量≤26KJ/cm，焊接速度41.6-45cm/min；其专利涉及的母材厚度12-48mm、母材材质Q460GJC的质量等级为C级。
公开号CN106270928A发明的一种建筑结构用钢Q460GJC的焊接方法采用母材Q460GJC，厚度3-40mm，在-10-0℃的室温下，埋弧自动焊焊接采用焊前母材预热150℃、V形坡口46°、焊接速度32-37cm/min、线能量22.7-28.8KJ/cm。该发明申请涉及母材厚度3-40mm、母材材质Q460GJC，埋弧自动焊焊接选择V形坡口46°。
现有焊接高强度建筑结构用钢选择的母材，质量等级低如C级；线能量较小，生产率低；焊接易产生裂纹，质量不稳定。
发明内容
本发明选用合适化学成分的Q460GJD钢板作为母材，对埋弧自动焊焊接工艺参数进行改善，获得焊接后的综合性能与母材等效的结果；从而满足GB/T19879-2015和高层建筑工程结构用钢要求。且能够适应线能量的增加，提高生产效率，质量稳定、可靠。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种建筑结构用钢Q460GJD埋弧自动焊焊接工艺，结构钢Q460GJD的板厚最大为50mm，焊接工艺为
1)焊接材料用CHW-SG+CHF102A；焊丝直径4.0mm；
2)焊剂使用前严格烘焙，烘焙温度330-350℃、烘焙时间2-2.4小时；
3)根据母材厚度选择X形坡口，正、反面60°，钝边2-3mm，根部间隙0-3mm；
4)焊前预热温度110-140℃；
5)采用多层多道焊接工艺，层间温度150-200℃，高于预热温度；
6)焊接参数：焊接电流620±10A，焊接电压32±2V，焊接速度40±1cm/min、线能量27.5-32KJ/cm。
优选地，结构钢Q460GJD的重量百分比含量为C：0.10～0.17％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.2～1.60％，P：≤0.012％，S：≤0.007％，Cr：0.01～0.50％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V+Nb+Ti：0.07～0.15％，N：≤0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；其中，
碳当量％＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，碳当量≤0.50％。
焊接后的熔合区、热影响区的组织为铁素体+珠光体。
经检测，焊接后的钢构件的屈服强度≥480MPa,抗拉强度≥600MPa；屈强比≤0.80，焊缝区和热影响区的1/4厚度处、1/2厚度处的-20℃纵向冲击功≥80J，达到了和母材等效的结果。依据上述焊接工艺得到焊接件的主要机械性能与母材等同或近似。
本发明选择Q460GJD母材的冶炼成分中主要元素匹配埋弧焊接的原理说明如下：
碳(C)：C在钢的组织中以渗碳体或珠光体形式存在时能产生很大的相变强化，提高了强度；随着含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性、冲击性降低；焊接性能也变坏，因为含碳量增加，焊接时,母材热影响区的冷裂纹倾向增大。为需要保证钢板强度的同时，又要具有一定的焊接性能和低温冲击韧性；本发明选择钢中的C含量控制为0.10～0.17％。
锰(Mn):Mn元素在Fe中形成置换式固溶体的溶质元素；Mn主要通过“固溶的Mn具有较强的固溶强化效果、扩大铁的奥氏体区域、Mn含量增加对钢的韧性有显著影响”等多种机制；当钢中Mn含过量低时，无法充分确保钢的强度作用。但过高的Mn含量则会增加钢的碳当量从而损坏其焊接性能，也有使晶粒粗化并增加回火脆性敏感性的倾向。本发明要求Mn含量控制为1.2～1.6％。
硫(S)：在低合金钢中，S的含量提高将使钢的塑性、韧性下降；因此，优选S含量尽可能低，过低导致生产成本高涨。为此，优选为S为≤0.007％。
铌(Nb):Nb能在低合金钢加热时阻止晶粒长大；在轧制过程中通过应变诱导，析出的Nb的碳化物沉淀在晶界和位错上，阻止奥氏体形变再结晶，达到细化晶粒；有沉淀强化作用；能改善钢的显微组织，提高性能。过高的Nb含量对焊接性能有不利的影响。
钒(V)：V除了具备Nb元素特性外，Nb-V复合加入时，其强度比单独加Nb的高。同时还可使奥氏体晶粒进一步细化，使冷却后的铁素体晶粒更细小，有利于韧性的改善。但若添加量过高，则将降低材料的韧性和焊接性能。本发明选择其含量适量。
钛(Ti):它是强化固N元素。在复合低微合金钢中，N将优先与Ti形成TiN。TiN阻止加热时奥氏体晶粒粗化的作用比Nb(CN)大；利用高温析出的TiN和VN阻止奥氏体再结晶晶粒粗化。
硅(Si):Si在钢中不形成碳化物。但它在铁中的固溶度较大，能显著强化铁素体，其固溶强化效果高于Mn。但Si≥0.70％时，则强度增加，韧性下降。故控制其适当含量范围内。
镍(Ni):Ni是非碳化物形成元素。它降低共析点的含C量，增加珠光体的体积分数，有利于提高强度；降低Ar3转变，使铁素体晶粒变细，提高韧性。但Ni含量过高时，钢板表面易生成黏性较高的氧化铁皮，难以去除，影响钢板的表面质量。本发明对含量进行限定。
铬(Cr):是中等碳化物形成元素。溶入铁素体中的Cr，产生固溶强化，提高钢的强度。若添加过量，则降低钢材的韧性同时也降低钢材的焊接性能。本发明对含量进行限定。
磷(P):在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏.因此通常要求钢中含磷量小于0.045％,优质钢要求更低些。本发明控制其含量≤0.012％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明选用合适(熔炼)化学成分Q460GJD的钢板作为母材，质量等级高，合理的埋弧自动焊接工艺，可获得焊接的综合性能与母材等效结果；完全能满足GB/T 19879-2015和高层建筑工程结构用钢的焊接质量要求。且线能量大，生产率提高，质量稳定。
附图说明
图1为本发明50mm厚Q460GJD母材埋弧自动焊焊接坡口；
图2为熔合区1/4处显微组织；
图3为熔合区1/2处显微组织；
图4为热影响区1/4处显微组织；
图5为热影响区1/2处显微组织。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
Q460GJD厚度50mm钢板(母材)Q460GJD的化学成分满足范围C：0.10～0.17％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.2～1.60％，P：≤0.012％，S：≤0.007％，Cr：0.01～0.50％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V+Nb+Ti：0.07～0.15％，N：≤0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；其中，碳当量％＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15)，碳当量≤0.50％，本实施例的母材成分参见表1。机械性能参见表2。
焊接工艺：焊前母板预热温度120℃，采用多层多道焊接工艺，层间温度160℃，其他焊接参数见表3。焊剂使用前严格烘焙，烘焙温度350℃、烘焙时间2小时；母材选择X形坡口，正、反面60°，钝边2mm，根部间隙0-3mm；焊前预热温度110-140℃；焊接参数参见表3。
表1 Q460GJD厚度50mm钢板的熔炼化学成分表(％)
元素 C Si Mn P S Cr Ni+V+Nb Ti CEV
含量 0.14 0.35 1.45 0.013 0.004 0.10 ≤0.20 0.012 ≤0.42
表2 Q460GJD厚度50mm钢板性能指标表
Figure GDA0002944200150000041
表3 Q460GJD厚度50mm钢板埋弧自动焊焊接工艺参数表
Figure GDA0002944200150000042
表4 Q460GJD厚度50mm钢板焊接后性能检测结果
Figure GDA0002944200150000043
Figure GDA0002944200150000051
焊接检测结结果参见表4，焊接工艺评定为合格，焊接后的熔合区、热影响区的组织分别见图2-图5；组织为铁素体+珠光体。根据表2和表4的结果，焊接后性能与母材性质等效。且能够适应较大线能量焊接，焊接效率更高。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种建筑结构用钢Q460GJD埋弧自动焊焊接工艺，其特征在于：结构钢Q460GJD的板厚最大为50mm，焊接工艺为
1)焊接材料用CHW-SG+CHF102A；焊丝直径4.0mm；
2)焊剂使用前严格烘焙，烘焙温度330-350℃、烘焙时间2-2.4小时；
3)根据母材厚度选择X形坡口，正、反面60°，钝边2-3mm，根部间隙0-3mm；
4)焊前预热温度110-140℃；
5)采用多层多道焊接工艺，层间温度150-200℃，高于预热温度；
6)焊接参数：焊接电流620±10A，焊接电压32±2V，焊接速度40±1cm/min、线能量27.5-32KJ/cm；
结构钢Q460GJD的重量百分比含量为C：0.10～0.17％，Si：0.20～0.50％，Mn：1.2～1.60％，P：≤0.012％，S：≤0.007％，Cr：0.01～0.50％，Mo：≤0.30％，Ni：0.10～0.30％，Cu：≤0.30％，Al：0.02～0.04％，V+Nb+Ti：0.07～0.15％，N：≤0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；其中，碳当量≤0.50％，碳当量％＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
2.根据权利要求1所述的建筑结构用钢Q460GJD埋弧自动焊焊接工艺，其特征在于：焊接后的熔合区、热影响区的组织为铁素体+珠光体。
3.根据权利要求1所述的建筑结构用钢Q460GJD埋弧自动焊焊接工艺，其特征在于：焊接后的钢构件的屈服强度≥480MPa，抗拉强度≥600MPa；屈强比≤0.80，焊缝区和热影响区的1/4厚度处、1/2厚度处的-20℃纵向冲击功≥80J，达到了和母材等效的结果。
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