CN110434431A - 一种质量精准控制的高强钢焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种质量精准控制的高强钢焊接方法，包括如下步骤：确定焊接参数步骤：使用热力模拟试验机对试件进行测试，将试件以10℃/s的升温速率加热至拟定的预热温度；再以拟定的焊接热输入对试件继续加热，加热至峰值温度并保持1s后将试件冷却至常温；再以200℃/h的速率将试件加热至拟定的焊后热处理温度，保温2h后，以100℃/h的冷却速率将试件冷却至常温；对焊件的V型坡口进行预热，预热温度为确定焊接参数步骤中确定的预热温度；焊后热处理步骤：对焊件进行热处理，热处理时的升温速率为200℃/h，加热至焊后热处理温度后保温2h，然后以100℃/h速率冷却至常温。本焊接方法提高了高强钢焊接质量，属于高强钢焊接的技术领域。

Description

一种质量精准控制的高强钢焊接方法
技术领域
本发明涉及高强钢焊接的技术领域，尤其涉及一种质量精准控制的高强钢焊接方法。
背景技术
焊接是建筑钢结构的主要连接方法，在建筑钢结构工程中发挥了重要的作用，而建筑钢结构将逐渐采用高强钢，这对焊接在焊接参数确定和焊接过程控制提出更高要求。目前高强钢焊接主要存在问题是，由焊接热输入引起的焊接接头失强和焊接产生的冷裂纹使接头力学性能的衰减，同时由于无法对焊接参数进行实时监控，焊接质量难以保障。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种质量精准控制的高强钢焊接方法，保证了高强钢焊接质量，解决了高强钢焊接后接头力学性能大幅下降、软化、脆化以及焊接裂纹的质量问题，提高钢结构的可靠性和安全性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种质量精准控制的高强钢焊接方法，包括如下步骤：
确定焊接参数步骤：使用热力模拟试验机对试件进行测试，将试件以10℃/s的升温速率加热至拟定的预热温度，然后保持该预热温度5s；再以拟定的焊接热输入对试件继续加热，加热至峰值温度并保持1s后将试件冷却至常温；试件冷却至常温后，以200℃/h的速率将试件加热至拟定的焊后热处理温度，保温2h后，以100℃/h的冷却速率将试件冷却至常温；然后对试件进行拉伸试验，若试件的抗拉强度＞690MPa，则拟定的预热温度，拟定的焊接热输入，拟定的焊后热处理温度为合格的焊接参数中；
选择焊材步骤：采用二氧化碳保护焊进行焊接，选用焊丝直径为1.2mm的实心焊丝，扩散氢含量≤5mL/100g；
焊前准备步骤：采用激光切割对焊件的待焊部位开无钝边的V型坡口；
焊前预热步骤：对焊件的V型坡口进行预热，预热温度为确定焊接参数步骤中确定的预热温度；
焊接步骤：焊接过程中的参数值为：焊接热输入为确定焊接参数步骤中确定的焊接热输入、焊接电压为27-32V、焊接电流为260-290A、焊接速度为4.5-5.9mm/s、保护气体流量为25L/min；
焊后热处理步骤：对焊件的焊缝及焊缝两侧60mm范围内的部位进行热处理，热处理温度为确定焊接参数步骤中确定的焊后热处理温度，热处理时的升温速率为200℃/h，加热至焊后热处理温度后保温2h，然后以100℃/h速率冷却至常温。
进一步的是：拟定的预热温度的范围为150-200℃，拟定的焊接热输入的范围为1.2-2.0kJ/mm，拟定的焊后热处理温度的范围为500-600℃，峰值温度的范围为800-1350℃。
进一步的是：试件由机械加工制成，试件先由车床切削成棒状，再由磨床磨削成型。
进一步的是：确定焊接参数步骤中对试件的拉伸试验按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》的要求进行。
进一步的是：选择焊材步骤中，实心焊丝为ER69-1实心焊丝；焊前准备步骤中，V型坡口的角度为35°，组对间隙为2mm，加工完V型坡口后使用JZC-B2型坡度计测量检查坡口角度；焊前预热步骤中，对焊件的V型坡口60mm范围内的部位进行预热；焊接步骤中，焊接时连续进行不间断，层间温度控制为150℃。
进一步的是：还包括焊接监控步骤：
焊接电压电流监控：在电焊机上增设一台XL2010型智能电表，XL2010型智能电表采集和记录焊接过程中的电压与电流参数，然后配置一台XL65型智能测控终端与XL2010智能电表相连，XL65型智能测控终端读取XL2010智能电表所采集的数据并以无线方式将数据转发，然后在计算机上配置一台XL90型智能网关接收XL65型测控终端所发出的数据，XL90型智能网关通过TCP/IP协议将数据上传至计算机，计算机通过i.view数据监控软件对数据进行处理，实现对电压与电流参数的实时监测；
焊接速度监控：在焊缝方向配置一台EGB6300A传感系统，EGB6300A传感系统所采集数据由XL65型测控终端读取并发送，然后由XL90型智能网关接收数据并通过TCP/IP协议将数据上传至计算机，计算机则通过i.view数据监控软件对所测得数据进行处理实现对焊接速度变化的监测；
焊接电压电流及速度调整：当监测到的参数与预定参数不相符时，则告知焊工对电焊机的电压电流以及焊枪移动速度做出相应的调整，保证焊接参数为预定值；
温度监控：采用接触式方法进行测量，焊工通过AS882A手持式红外测温仪在焊缝两侧10cm处，垂直于焊件表面，距离小于20cm，然后进行测量，若温度与目标温度不相符，则由焊工及时做出相应调整。
总的说来，本发明具有如下优点：
本发明的焊接方法，在焊接前确定高强钢最优的焊接参数，并在焊接中对焊接参数实时监测并进行相应的调整，确保焊接参数按预定值实施，保证高强钢焊接质量，防止高强钢焊接后接头力学性能大幅下降、软化、脆化以及焊接裂纹的质量问题，保证焊接部位具有理想的微观组织结构，使焊接接头具备可靠的力学性能，提高钢结构的可靠性和安全性。
附图说明
图1是试件的结构示意图。
图2是焊件上开V型坡口的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：
1为试件，2为焊件。
一种质量精准控制的高强钢焊接方法，包括如下步骤：
确定焊接参数步骤：第一步，使用热力模拟试验机对试件进行测试，将试件以10℃/s的升温速率加热至拟定的预热温度(拟定的预热温度依据经验合理初步拟定)，然后保持该预热温度5s，这里是用于确定预热温度。第二步，再以拟定的焊接热输入(拟定的焊接热输入依据经验合理初步拟定)对试件继续加热，加热至峰值温度并保持1s后将试件冷却至常温，这里是用于确定焊接热输入。第三步，试件冷却至常温后，以200℃/h的速率将试件加热至拟定的焊后热处理温度(拟定的焊后热处理温度依据经验合理初步拟定)，保温2h后，以100℃/h的冷却速率将试件冷却至常温，这里是用于确定焊后热处理温度。完成上面三步后，然后对试件按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》的要求进行拉伸试验，若试件的抗拉强度＞690MPa，则拟定的预热温度，拟定的焊接热输入，拟定的焊后热处理温度为合格的焊接参数中，即上面三步中拟定的预热温度，拟定的焊接热输入，拟定的焊后热处理温度，作为确定的焊接参数，即作为焊接实施时确定的预热温度，焊接热输入，焊后热处理温度；若是试件的抗拉强度≤690MPa，则重新拟定其中的焊接参数，直至满足抗拉强度＞690MPa。依据经验，焊接参数具有合理的范围值，各个焊接参数应当在范围值内拟定，各个焊接参数的的范围具体是：拟定的预热温度的范围为150-200℃，拟定的焊接热输入的范围为1.2-2.0kJ/mm，拟定的焊后热处理温度的范围为500-600℃。峰值温度是热力模拟试验机设定的值，即在进行第二步的焊接热输入时，在热力模拟试验机设定一个值为峰值温度，峰值温度是一个设定值，峰值温度的范围为800-1350℃。热力模拟试验机为美国DSI生产的Gleeble2000热-力模拟试验机。结合图1所示，试件由机械加工制成，试件先由车床切削成棒状，再由磨床磨削成型。
确定完焊接参数之后，可以进行焊接实施，具体如下：
选择焊材步骤：采用二氧化碳保护焊进行焊接，选用焊丝直径为1.2mm的ER69-1实心焊丝，扩散氢含量≤5mL/100g。
焊前准备步骤：结合图2所示，采用激光切割对焊件的待焊部位开无钝边的35°V型坡口，组对间隙为2mm，组对间隙即V型坡口中距离最近的两顶点之间的距离，加工完V型坡口后使用徕斯达生产的JZC-B2型坡度计测量检查坡口角度。
焊前预热步骤：对焊件的V型坡口两侧边缘的60mm范围内的部位(即是焊缝及焊缝两侧60mm范围内的部位)进行预热，预热温度为确定焊接参数步骤中确定的预热温度。
焊接步骤：焊接的实施过程是常规的焊接技术，但是焊接过程中的参数值为：焊接热输入为确定焊接参数步骤中确定的焊接热输入、焊接电压为27-32V、焊接电流为260-290A、焊接速度为4.5-5.9mm/s、保护气体流量为25L/min，焊接时连续进行不间断，层间温度控制为150℃，即焊接时是分层焊接的，每焊接一层的过程中应当持续进行、不能间断，每层之间的温度控制为150℃(焊接完一层后，等待冷却至150℃再进行焊接下一层)。
焊后热处理步骤：对焊件的焊缝及焊缝两侧60mm范围内的部位进行热处理，热处理温度为确定焊接参数步骤中确定的焊后热处理温度，热处理时的升温速率为200℃/h，加热至焊后热处理温度后保温2h，然后以100℃/h速率冷却至常温。
在焊接实施的过程中还可以对焊接过程进行监控，因此还包括焊接监控步骤：
焊接电压电流监控：在电焊机上增设一台深圳市信立科技有限公司生产的XL2010型智能电表，XL2010型智能电表采集和记录焊接过程中的电压与电流参数，然后配置一台深圳市信立科技有限公司生产的XL65型智能测控终端与XL2010智能电表相连，XL65型智能测控终端读取XL2010智能电表所采集的数据并以无线方式将数据转发，然后在计算机上配置一台深圳市信立科技有限公司生产的XL90型智能网关接收XL65型测控终端所发出的数据，XL90型智能网关通过TCP/IP协议将数据上传至计算机，计算机通过i.view数据监控软件对数据进行处理，实现对电压与电流参数的实时监测。
焊接速度监控：在焊缝方向配置一台北京贝诺机电设备有限公司生产的EGB6300A传感系统，EGB6300A传感系统所采集数据由XL65型测控终端读取并发送，然后由XL90型智能网关接收数据并通过TCP/IP协议将数据上传至计算机，计算机则通过i.view数据监控软件对所测得数据进行处理实现对焊接速度变化的监测。
焊接电压电流及速度调整：当监测到的参数与预定参数不相符时，则告知焊工对电焊机的电压电流以及焊枪移动速度做出相应的调整，保证焊接参数为预定值。
温度监控：采用接触式方法进行测量，焊工通过希玛仪器仪表有限公司生产的AS882A手持式红外测温仪在焊缝两侧10cm处，垂直于焊件表面，距离小于20cm，然后进行测量，若温度与目标温度不相符，则由焊工及时做出相应调整。
下面以具体的例子进行说明：
确定焊接参数步骤：
制备A、B、C三组试件，其中A，B两组试件取材于16mm厚Q690钢板，C组试件取材于40mm厚Q690钢板。
首先以10℃/h的加热速率对试件进行加热，试件A、B、C分别加热至拟定的预热温度150℃、175℃和200℃，然后保温5s，然后拟定焊接热输入分别设定为1.2kJ/mm、1.5kJ/mm和2.0kJ/mm，再以拟定的三个焊接热输入分别对试件A、B、C继续加热，加热至峰值温度并保持1s后，再将试件A、B、C冷却至常温。三组试件冷却至常温后，再以200℃/h的速率重新将试件A、B、C分别加热至拟定的焊后热处理温度500℃、550℃和600℃，加热至拟定的焊后热处理温度后保温2h，然后以100℃/h为冷却速率将试件冷却至常温。试件冷却至常温后，按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》要求对试件进行拉伸试验，拉伸试验测得试件A、B、C屈服强度均大于665MPa，焊接参数(150℃、175℃和200℃，1.2kJ/mm、1.5kJ/mm和2.0kJ/mm，500℃、550℃和600℃)判定为合格参数。
焊接实施及焊接过程监测：
(1)焊材选择：焊接使用ER69-1实心焊丝，焊丝直径1.2mm，焊接方法为二氧化碳保护焊，保护气体流量为25L/min。
(2)焊前准备：将Q690钢板分为A，B，C三组，其中A，B两组钢板厚度为16mm，C组钢板厚度为40mm。然后采用激光切割对三组钢板开35°V型坡口，加工完成后使用JZC-B2型坡度计测量三组Q690钢板坡口角度。
(3)焊前预热：在A，B，C三组钢板的焊缝及焊缝两侧60mm范围内进行预热，预热温度分别为150℃、175℃和200℃。
(4)焊接实施：A组钢板的焊接热输入为1.2kJ/mm，对应焊接电压电流分别为27V和260A，焊接速度5.9mm/s；B组钢板的焊接热输入为1.5kJ/mm，对应焊接电压电流分别为30V和275A，焊接速度5.5mm/s；C组钢板的焊接热输入为2.0kJ/mm，对应焊接电压电流分别为32V和290A，焊接速度4.5mm/s。焊接连续进行不间断，每完成一道焊，需使焊道温度(即层间温度)冷却至150℃方可进行下一道焊。
(5)焊接过程监测：通过计算机上的i.view数据监控软件对数据进行电压，电流和焊接速度进行监测，当参数出现偏差时，通过对讲机及时通知焊工对参数作出应调整。
(6)焊后热处理：焊接完成，待钢板冷却至常温后，以200℃/h的速率将A、B、C三组钢板分别加热至500℃、550℃和600℃，加热至目标温度后保温2h，然后以100℃/h为冷却速率将试件冷却至常温。
(7)在A、B、C三组钢板垂直于焊缝的方向取材并制作拉伸试件，然后对试件进行拉伸试验，测得A、B、C三组钢板对应的抗拉强度分别为694MPa、692MPa和699MPa。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种质量精准控制的高强钢焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
确定焊接参数步骤：使用热力模拟试验机对试件进行测试，将试件以10℃/s的升温速率加热至拟定的预热温度，然后保持该预热温度5s；再以拟定的焊接热输入对试件继续加热，加热至峰值温度并保持1s后将试件冷却至常温；试件冷却至常温后，以200℃/h的速率将试件加热至拟定的焊后热处理温度，保温2h后，以100℃/h的冷却速率将试件冷却至常温；然后对试件进行拉伸试验，若试件的抗拉强度＞690MPa，则拟定的预热温度，拟定的焊接热输入，拟定的焊后热处理温度为合格的焊接参数中；
选择焊材步骤：采用二氧化碳保护焊进行焊接，选用焊丝直径为1.2mm的实心焊丝，扩散氢含量≤5mL/100g；
焊前准备步骤：采用激光切割对焊件的待焊部位开无钝边的V型坡口；
焊前预热步骤：对焊件的V型坡口进行预热，预热温度为确定焊接参数步骤中确定的预热温度；
焊接步骤：焊接过程中的参数值为：焊接热输入为确定焊接参数步骤中确定的焊接热输入、焊接电压为27-32V、焊接电流为260-290A、焊接速度为4.5-5.9mm/s、保护气体流量为25L/min；
焊后热处理步骤：对焊件的焊缝及焊缝两侧60mm范围内的部位进行热处理，热处理温度为确定焊接参数步骤中确定的焊后热处理温度，热处理时的升温速率为200℃/h，加热至焊后热处理温度后保温2h，然后以100℃/h速率冷却至常温。
2.按照权利要求1所述的一种质量精准控制的高强钢焊接方法，其特征在于：拟定的预热温度的范围为150-200℃，拟定的焊接热输入的范围为1.2-2.0kJ/mm，拟定的焊后热处理温度的范围为500-600℃，峰值温度的范围为800-1350℃。
3.按照权利要求1所述的一种质量精准控制的高强钢焊接方法，其特征在于：试件由机械加工制成，试件先由车床切削成棒状，再由磨床磨削成型。
4.按照权利要求1所述的一种质量精准控制的高强钢焊接方法，其特征在于：确定焊接参数步骤中对试件的拉伸试验按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》的要求进行。
5.按照权利要求1所述的一种质量精准控制的高强钢焊接方法，其特征在于：选择焊材步骤中，实心焊丝为ER69-1实心焊丝；焊前准备步骤中，V型坡口的角度为35°，组对间隙为2mm，加工完V型坡口后使用JZC-B2型坡度计测量检查坡口角度；焊前预热步骤中，对焊件的V型坡口60mm范围内的部位进行预热；焊接步骤中，焊接时连续进行不间断，层间温度控制为150℃。
6.按照权利要求1所述的一种质量精准控制的高强钢焊接方法，其特征在于：还包括焊接监控步骤：
焊接电压电流监控：在电焊机上增设一台XL2010型智能电表，XL2010型智能电表采集和记录焊接过程中的电压与电流参数，然后配置一台XL65型智能测控终端与XL2010智能电表相连，XL65型智能测控终端读取XL2010智能电表所采集的数据并以无线方式将数据转发，然后在计算机上配置一台XL90型智能网关接收XL65型测控终端所发出的数据，XL90型智能网关通过TCP/IP协议将数据上传至计算机，计算机通过i.view数据监控软件对数据进行处理，实现对电压与电流参数的实时监测；
焊接速度监控：在焊缝方向配置一台北京贝诺机电设备有限公司生产的EGB6300A传感系统，EGB6300A传感系统所采集数据由XL65型测控终端读取并发送，然后由XL90型智能网关接收数据并通过TCP/IP协议将数据上传至计算机，计算机则通过i.view数据监控软件对所测得数据进行处理实现对焊接速度变化的监测；
焊接电压电流及速度调整：当监测到的参数与预定参数不相符时，则告知焊工对电焊机的电压电流以及焊枪移动速度做出相应的调整，保证焊接参数为预定值；
温度监控：采用接触式方法进行测量，焊工通过AS882A手持式红外测温仪在焊缝两侧10cm处，垂直于焊件表面，距离小于20cm，然后进行测量，若温度与目标温度不相符，则由焊工及时做出相应调整。
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