CN110871312B - 屈服强度600MPa级低合金钢板的MAG焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了屈服强度600MPa级低合金钢板的MAG焊接方法，主要解决现有5‑12mm厚屈服强度600MPa级低合金热轧钢板采用MAG焊接后存在的焊接热影响区软化明显、接头强度不足及冲击韧性偏低的技术问题。本发明提供的一种屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接方法，包括：1)根据工件设计尺寸裁剪待焊热轧钢板；2)对待焊热轧钢板的焊接接头处进行处理；3)打底焊接，焊接前不预热待焊热轧钢板；4)填充焊接；5)盖面焊接；6)焊后冷却。本发明方法焊接效率高，焊接质量好，焊接接头具有优良的强韧性，操作简便，焊接成本低。

Description

屈服强度600MPa级低合金钢板的MAG焊接方法
技术领域
本发明涉及一种钢板的焊接方法，特别涉及屈服强度600MPa级低合金钢板的MAG焊接方法，具体而言，涉及5-12mm厚屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接方法，属于结构钢焊接加工技术领域。
背景技术
MAG(Metal Active Gas Arc Welding)焊是熔化极活性气体保护电弧焊的英文简称。它是在氩气中加入少量的氧化性气体(氧气，二氧化碳或其混合气体)混合而成的一种混合气体保护焊。钢结构制造企业常用的是80％Ar+20％二氧化碳的混合气体，由于混合气体中氩气占的比例较大，故常称为富氩混合气体保护焊。
近年来，密集冷却技术较常规热轧层流冷却具有更高的冷却效率，在厚度15mm以下，特别是厚度5-10mm高强钢生产上得到广泛应用，冷却速度为50-100℃/s，利用密集冷却工艺可以使带钢在精轧之后快速冷却至相变区，阻止奥氏体晶粒生长，充分发挥细化强化和析出强化的协同作用，从而提高带钢强度。密集冷却工艺的实施，大大推动了钢铁材料合金元素减量化设计与低成本高强钢生产开发，在工程机械、汽车等行业得到成功应用。
低成本密集冷却高强钢，在实际焊接加工中，由于合金元素减量化设计，对焊接线能量比较敏感，存在接头焊接热影响区存在粗晶区晶粒粗化与脆化及细晶区软化等问题，接头性能难以不能满足实际使用要求。
申请公布号CN106624294A的中国专利申请公开了一种屈服强度700MPa级超快冷钢的埋弧焊接方法，采用埋弧焊方法对厚度20-40mm的屈服强度700MPa级超快冷钢进行焊接，解决了焊接热影响区软化问题，并实现焊接接头较高的冲击韧性，未涉及密集冷却高强钢MAG焊工艺。
申请公布号CN104999169A的中国专利申请公开了一种Rel为500MPa级超快冷钢的埋弧焊接方法，针对厚度不超过40mm、经过冷却速度不低于60℃/s冷却的钢种进行埋弧焊焊接，涉及钢种力学性能：屈服强度≥480MPa，抗拉强度在610-770MPa；焊接线能量为13-30kJ/cm，所获得焊接接头冲击韧性40℃KV2≥80J，焊接接头强度Rm≥610MPa，未涉及密集冷却高强钢 MAG焊工艺。
申请公布号CN103447670B的中国专利申请公开了一种高强钢Q690E双丝MAG焊接工艺方法，解决了双丝MAG焊两丝相互干扰、焊接热循环复杂等导致的焊接接头焊缝区低温韧性差，以及高强钢Q690E焊接性不佳，容易产生淬硬倾向和焊后延迟裂纹的难题，保证了焊接质量，大大提高了焊接效率，未涉及密集冷却高强钢MAG焊工艺。
现有技术中缺乏稳定可靠的屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接方法，主要解决现有5-12mm厚屈服强度600MPa级低合金热轧钢板采用MAG焊接后存在的焊接热影响区软化明显、接头强度不足及冲击韧性偏低的技术问题；本发明方法消除了因钢中合金元素降低而产生的热轧钢板焊接热影响区的焊接质量缺陷。
本发明采用的技术方案是，一种屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接方法，包括以下步骤：
1)根据工件设计尺寸裁剪待焊热轧钢板，所述热轧钢板的化学成分重量百分比为：C： 0.05％～0.09％，Mn：1.40％～1.80％，Si：0.05％～0.30％，S≤0.015％，P≤0.020％，Ni+Cr+Mo ≤0.25％，Nb+Ti≤0.15％，其它为Fe和不可避免的杂质；热轧钢板的厚度为5-12mm，热轧钢板的下屈服强度ReL为600-680MPa，抗拉强度Rm为650-750MPa，断后伸长率A50mm≥15％，纵向-20℃冲击吸收能量KV2≥47J；
2)对待焊热轧钢板的焊接接头处进行处理，加工成V型坡口，坡口角度为55±5°，钝边为1.0-1.5mm，间隙为1.5-2.0mm；
3)打底焊接，焊接前不预热待焊热轧钢板，焊接接头为等厚度平板对接；电源极性为直流反接，焊丝直径为1.0mm，焊丝干伸长为10-12mm,焊接电流为108A，电弧电压为18～22V，焊接速度为18～22cm/min，焊接线能量为4.9-8.8kJ/cm；焊枪横向摆幅为2.0-2.5mm，焊枪摆动速度为400-600mm/min；保护气体流量为16～18L/min；单面焊双面成形，背面焊缝余高为0.5-2.0mm；
4)填充焊接，根据待焊热轧钢板的厚度依次填充焊接1-3层，每层焊缝厚度为2-3mm，每层填充焊接层间温度为200～250℃；焊接电流为180～200A，电弧电压为24～26V，焊接速度为24～26cm/min，焊接线能量为9.97～13.00kJ/cm；焊枪横向摆幅为2.5-9.0mm，焊丝摆动速度为600-1000mm/min；保护气体流量为16～18L/min；
5)盖面焊接，控制焊接电流为200～220A，焊接电压为26～28V，焊接速度为26～28cm/min，焊接线能量为11.14～14.22kJ/cm；焊枪横向摆幅为4.5-10.0mm，焊枪摆动速度为800-1200mm/min；保护气体流量为16～18L/min；焊缝余高≤2.5mm；
6)焊后冷却，盖面焊接后，当环境温度≥5℃时，将热轧钢板的焊接接头空冷至环境温度；当环境温度<5℃时，在热轧钢板的焊缝以及距热轧钢板的焊缝两侧300mm的范围内覆盖石棉布，将热轧钢板的焊接接头缓冷至环境温度。
进一步，步骤3)所述的焊丝熔敷金属化学成分的重量百分比为：C：0.06～0.11％，Mn： 1.6～1.9％，Si：0.6～0.9％，S≤0.008％，P≤0.015％，Ni≤0.5％，Mo：0.35～0.60％，Cu：0.15～ 0.35％,Ti：0.05～0.15％，其它为Fe和不可避免的杂质；焊态熔敷金属的下屈服强度ReL≥ 600MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，断后伸长率A≥20％，-20℃夏比V型缺口冲击吸收能量KV2≥ 80J。
本发明方法焊接接头力学性能为：抗拉强度高于母材，-20℃夏比V型缺口试样冲击吸收能量KV2≥60J，热影响区硬度240-265HV0.5，母材硬度275-290HV0.5，热影响区粗化、软化问题得到有效解决。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明采用MAG焊+焊枪摆动方法及合理焊接工艺，实现焊接前不预热及单边焊双面成形，同时焊接过程不需更换焊丝，在保证焊接质量的前提下，具有操作简便高效实用，劳动强度低、减少能源消耗等优点。2、本发明采用等强匹配高强钢焊丝，属于低合金高强高韧性成分体系，碳当量低抗裂性能优良，保证不预热情况下焊缝抗裂性好，焊缝与母材强韧性良好匹配。3、本发明采用多层焊缝填充焊接，控制每道焊缝厚度2-3mm，层间温度不高于250℃，防止热影响区过热晶粒粗大与软化，同时对前一道焊缝正火热处理，保证焊缝具有良好的强韧性。4、本发明每道焊缝控制焊接线能量不大于14.22KJ/cm，有效控制了低成本密集冷却高强钢热影响区细晶区软化和粗晶区晶粒过大，保证焊接接头具有良好的强韧性。
具体实施方式
下面结合实施例1对本发明做进一步说明。
实施例1中，制作工程机械结构件，焊接环境温度为20℃，焊接接头形式为等厚度平板对接；待焊热轧钢板的厚度为10mm；待焊热轧钢板的化学成分重量百分比为：C：0.06％，Mn：1.75％，Si：0.18％，S:0.004％，P:0.014％，Ni+Cr+Mo为0.16％，Nb+Ti为0.12％，其它为Fe和不可避免的杂质；热轧钢板的厚度为5-12mm，热轧钢板力学性能按GB/T228.1-2010 标准测试结果为：下屈服强度ReL为655MPa，抗拉强度Rm为725MPa，断后伸长率A50mm为21％，纵向-20℃冲击吸收能量KV2为62J；焊丝为抗拉强度Rm为700MPa级高强钢实芯气体保护焊丝，焊丝熔敷金属化学成分的重量百分比为：C：0.08％，Mn：1.69％，Si：0.68％，S：0.006％，P：0.010％，Ni：0.47％，Mo：0.38％，Cu：0.28％,Ti：0.08％，其它为Fe和不可避免的杂质；焊态熔敷金属力学性能按GB/T228.1-2010标准测试结果为：下屈服强度ReL为680MPa，抗拉强度Rm为750MPa，断后伸长率A50mm为22％；按GB/T 229-2007测试焊态熔敷金属-20℃夏比V型缺口试样冲击吸收能量KV2为105J。
一种屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接方法，包括以下步骤：
1)根据工件设计尺寸裁剪待焊热轧钢板；
2)对待焊热轧钢板的焊接接头处进行处理，加工成V型坡口，坡口角度为55°，钝边为 1.5mm，间隙为2.0mm；
3)打底焊接，焊接前不预热待焊热轧钢板；电源极性为直流反接，焊丝直径为1.0mm，焊丝干伸长为10-12mm,焊接电流为108A，电弧电压为21V，焊接速度为20.1cm/min，焊接线能量为6.77kJ/cm；焊枪横向摆幅为2.0mm，焊枪摆动速度为550mm/min；保护气体流量为16～ 18L/min；单面焊双面成形，背面焊缝余高为0.5-1.5mm；
4)填充焊接，依次填充焊接2层，每层焊缝厚度为3mm，每层填充焊接层间温度为200～ 240℃；焊接电流为185A，电弧电压为24V，焊接速度为25.4cm/min，焊接线能量为10.49kJ/cm；焊枪横向摆幅为4.0-7.0mm，焊丝摆动速度为800mm/min；保护气体流量为16～18L/min；
5)盖面焊接，控制焊接电流为216A，焊接电压为26.5V，焊接速度为27.5cm/min，焊接线能量为12.49kJ/cm；焊枪横向摆幅为9.5mm，焊枪摆动速度为1055mm/min；保护气体流量为16～18L/min；焊缝余高为1.5-2.5mm；
6)焊后冷却，盖面焊接后，将热轧钢板的焊接接头空冷至环境温度。
实施例1获得的焊接接头力学性能按GB/T228.1-2010标准测试结果为：抗拉强度为 745MPa，高于母材；-20℃夏比V型缺口试样冲击吸收能量KV2，按GB/T 229-2007测试结果为：焊缝中心100J，熔合线125J、热影响区(1mm)107J、热影响区(2mm)123J；焊接接头维氏硬度HV0.5，按GB/T 4340.1-2009标准测试结果为：母材280HV0.5，粗晶区265HV0.5、细晶区250HV0.5。可见焊接接头热影响区晶粒粗化及软化得到有效控制，满足屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接加工使用要求。
除上述实施例外，本技术方案还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
1)根据工件设计尺寸裁剪待焊热轧钢板，所述热轧钢板的化学成分重量百分比为：C：0.05％～0.09％，Mn：1.40％～1.80％，Si：0.05％～0.30％，S≤0.015％，P≤0.020％，Ni+Cr+Mo≤0.25％，Nb+Ti≤0.15％，其它为Fe和不可避免的杂质；热轧钢板的厚度为5-12mm，热轧钢板的下屈服强度ReL为600-680MPa，抗拉强度Rm为650-750MPa，断后伸长率A50mm≥15％，纵向-20℃冲击吸收能量KV2≥47J；
2)对待焊热轧钢板的焊接接头处进行处理，加工成V型坡口，坡口角度为55±5°，钝边为1.0-1.5mm，间隙为1.5-2.0mm；
3)打底焊接，焊接前不预热待焊热轧钢板，焊接接头为等厚度平板对接；电源极性为直流反接，焊丝直径为1.0mm，焊丝干伸长为10-12mm,焊接电流为108A，电弧电压为18～22V，焊接速度为18～22cm/min，焊接线能量为4.9-8.8kJ/cm；焊枪横向摆幅为2.0-2.5mm，焊枪摆动速度为400-600mm/min；保护气体流量为16～18L/min；单面焊双面成形，背面焊缝余高为0.5-2.0mm；
4)填充焊接，根据待焊热轧钢板的厚度依次填充焊接1-3层，每层焊缝厚度为2-3mm，每层填充焊接层间温度为200～250℃；焊接电流为180～200A，电弧电压为24～26V，焊接速度为24～26cm/min，焊接线能量为9.97～13.00kJ/cm；焊枪横向摆幅为2.5-9.0mm，焊丝摆动速度为600-1000mm/min；保护气体流量为16～18L/min；
5)盖面焊接，控制焊接电流为200～220A，焊接电压为26～28V，焊接速度为26～28cm/min，焊接线能量为11.14～14.22kJ/cm；焊枪横向摆幅为4.5-10.0mm，焊枪摆动速度为800-1200mm/min；保护气体流量为16～18L/min；焊缝余高≤2.5mm；
6)焊后冷却，盖面焊接后，当环境温度≥5℃时，将热轧钢板的焊接接头空冷至环境温度；当环境温度<5℃时，在热轧钢板的焊缝以及距热轧钢板的焊缝两侧300mm的范围内覆盖石棉布，将热轧钢板的焊接接头缓冷至环境温度。
2.如权利要求1所述的屈服强度600MPa级低合金热轧钢板的MAG焊接方法，其特征是，焊丝为抗拉强度Rm为700MPa级高强钢实芯气体保护焊丝，所述的焊丝熔敷金属化学成分的重量百分比为：C：0.06～0.11％，Mn：1.6～1.9％，Si：0.6～0.9％，S≤0.008％，P≤0.015％，Ni≤0.5％，Mo：0.35～0.60％，Cu：0.15～0.35％,Ti：0.05～0.15％，其它为Fe和不可避免的杂质；焊态熔敷金属的下屈服强度ReL≥600MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，断后伸长率A50mm≥20％，-20℃夏比V型缺口冲击吸收能量KV2≥80J。
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