CN111069751A - 一种低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用 - Google Patents

一种低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，所述低碳气保焊丝的化学成分及重量百分比含量为：C≤0.06、Mn:1.40‑1.85、Si:0.80‑1.15、S≤0.02、P≤0.025、Cr≤0.015、Ni≤0.015、Cu≤0.50、Mo≤0.15、V≤0.03，余量为Fe及不可避免的杂质元素；将加工完坡口的40Cr板（2）与Q355板（1）整体放入加热炉中，升温至250℃并保温30分钟；采用直流电源反接法进行焊接，取出装配点焊固定，随后迅速焊接，焊后应立即进行580‑680℃去应力退火处理或焊接完毕后立即用保温棉覆盖工件，降低冷却速度。采用本发明降低了焊缝S、P等杂质的含量，避免了焊缝及热影响区的脆化倾向以及冷裂纹、热裂纹的产生，确保了焊缝金属的韧性、塑性和强度，提高了焊缝的抗裂性。

Description

一种低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种低碳气保焊丝在40Cr 板与Q355板焊接中的应用。
背景技术
使用高强钢可以带来诸多优点，包括减轻重量、降低成本以及容易加工和运输等，因此高强钢广泛应用于工程机械、电力、压力容器、汽车等领域。对更高强度、更高塑韧性的要求是推动高强钢发展的主要因素，而焊接材料的匮乏是影响高强钢推广应用至关重要的因素。因此，及时有效地解决高强钢的配套焊接材料和焊接工艺问题，将会促进高强钢的推广应用。
40Cr板是机械制造业使用最广泛的钢之一，其碳含量较高，合金元素较多，焊缝凝固结晶时，偏析倾向也大，因而焊接时具有较大的热裂纹敏感性。快冷时易得到对冷裂纹很敏感的淬硬组织(马氏体)，而使过热区脆化。Q355板的焊接性属于低合金结构钢，具有良好的抗热裂纹及冷裂纹的能力，焊接性比较好。因此在40Cr 板与Q355板相焊的过程中，需要特别要注意焊缝及热影响区对热裂纹、冷裂纹、脆化的控制。40Cr板与Q355板焊接，通常使用J507 焊条，但焊后调质过程中在40Cr板熔合区常出现裂纹。
发明内容
有鉴于此，本发明期望提供一种低碳气保焊丝在40Cr板与 Q355板焊接中的应用，采用该低氢低碳合金焊丝气保焊工艺，降低了焊缝S、P等杂质的含量，避免了焊缝及热影响区的脆化倾向以及冷裂纹、热裂纹的产生，确保了焊缝金属的韧性、塑性和强度，提高了焊缝的抗裂性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用方法：
(a)、焊前预热处理：将加工完坡口的40Cr板与Q355板整体放入加热炉中，升温至250℃并保温30分钟；
(b)、采用直流电源反接法进行焊接，取出装配点焊固定，随后迅速焊接，焊接电流在140-190A，电弧电压在22-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在 15-20L/min，采用混合气80％Ar+20％CO2保护，焊缝获得细小贝氏体和高密度的低碳马氏体组织；
(c)、焊后处理：焊后应立即进行580-680℃去应力退火处理或焊接完毕后立即用保温棉覆盖工件，降低冷却速度。
进一步地，所述低碳气保焊丝的直径为1.2mm。
进一步地，所述应用方法采用多层多道焊接，焊接时填满弧坑，避免咬边。
更进一步地，在施焊过程中控制层间温度不低于预热温度。
具体地，焊层打底时焊接电流在140-170A，电弧电压在22-24V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在 15-20L/min，采用混合气80％Ar+20％CO2保护。
具体地，焊层填充时焊接电流在160-190A，电弧电压在24-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在 15-20L/min，采用混合气80％Ar+20％CO2保护。
具体地，焊层盖面时焊接电流在160-190A，电弧电压在24-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在 15-20L/min，采用混合气80％Ar+20％CO2保护。
进一步地，所述坡口为对接焊缝坡口。
进一步地，所述坡口为单层单道角焊缝坡口。
进一步地，所述坡口为多层多道角焊缝坡口。
本发明有益效果如下：
本发明提供一种低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，采用该低氢低碳合金焊丝气保焊工艺，降低了焊缝S、P等杂质的含量，避免了焊缝及热影响区的脆化倾向以及冷裂纹、热裂纹的产生，确保了焊缝金属的韧性、塑性和强度，提高了焊缝的抗裂性，同时，也提高了焊接速度，工时减少，效率得到了较大的提高。
附图说明
图1为本发明具体实施例1对接焊缝示意图：
其中：1是Q355板、2是40Cr板、3是对接焊缝坡口；
图2为本发明明具体实施例2单层单道角焊缝示意图：
其中：1是Q355板、2是40Cr板、4是单层单道角焊缝坡口；
图3为本发明明具体实施例3多层多道角焊缝示意图：
其中：1是Q355板、2是40Cr板、5是多层多道角焊缝坡口。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合实施例对本发明的实现进行详细阐述，所附实施例仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
本发明具体实施方式的核心在于提供一种低碳气保焊丝在40Cr 板与Q355板焊接中的应用，所述低碳气保焊丝的化学成分及重量百分比含量为：C≤0.06、Mn:1.40-1.85、Si:0.80-1.15、S≤0.02、P≤0.025、 Cr≤0.015、Ni≤0.015、Cu≤0.50、Mo≤0.15、V≤0.03，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；在40Cr板2与Q355板1焊接中的应用方法：
(a)、焊前预热处理：将加工完坡口的40Cr板2与Q355板1 整体放入加热炉中，升温至250℃并保温30分钟；
(b)、采用直流电源反接法进行焊接，取出装配点焊固定，随后迅速焊接，焊接电流在140-190A，电弧电压在22-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在 15-20L/min，采用混合气80％Ar+20％CO2保护，焊缝获得细小贝氏体和高密度的低碳马氏体组织；
(c)、焊后处理：焊后应立即进行580-680℃去应力退火处理或焊接完毕后立即用保温棉覆盖工件，降低冷却速度。
进一步地，所述低碳气保焊丝的型号为CHW-50CL、直径为1.2mm。
进一步地，所述应用方法采用多层多道焊接，焊接时填满弧坑，避免咬边。
更进一步地，在施焊过程中控制层间温度不低于预热温度。
具体地，焊层打底时焊接电流在140-170A，电弧电压在22-24V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在 15-20L/min，采用混合气80％Ar+20％CO2保护。
具体地，焊层填充时焊接电流在160-190A，电弧电压在24-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在 10-15L/min，采用混合气80％Ar+20％CO2保护。
具体地，焊层盖面时焊接电流在160-190A，电弧电压在24-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在 15-20L/min，采用混合气80％Ar+20％CO2保护。
进一步地，所述坡口为对接焊缝坡口3。
进一步地，所述坡口为单层单道角焊缝坡口4。
进一步地，所述坡口为多层多道角焊缝坡口5。
具体实施例中试验选用的母材40Cr板2符合《GB/T 3077-2015》，规格为16mm，化学成分和力学性能分别见表1和表2；母材Q355板1符合《GB/T 1591-2018》，规格为16mm，化学成分和力学性能分别见表3和表4。
焊材选用大西洋CHW-50CL型号的低碳气保焊丝符合 AWSA5.18-2005，规格为1.2mm。化学成分和力学性能分别见表5 和表6。保护气体采用80％Ar+20％CO2混合气，焊接设备为上海东升NBC-500型焊机。
表1:40Cr板材的化学成分
Figure RE-GDA0002421261190000061
表2：40Cr板材的力学性能
Figure RE-GDA0002421261190000062
表3：Q355板材的化学成分
Figure RE-GDA0002421261190000063
表4：Q355板材的力学性能
Figure RE-GDA0002421261190000064
表5：CHW－50CL焊丝的熔敷金属化学成分
Figure RE-GDA0002421261190000065
Figure RE-GDA0002421261190000071
表6：CHW-50CL焊丝的熔敷金属的力学性能
Figure RE-GDA0002421261190000072
(3)焊后处理：焊后应立即进行580-680℃去应力退火处理或焊接完毕后立即用保温棉覆盖工件，降低冷却速度。
实际产品为40Cr板2与Q355板1法兰焊接，焊缝为角焊缝。工艺评定采用了2组工件，为了验证力学性能符合规范要求，第一组 (记为实施例1)为16mm厚Q355板1与40Cr板2对接，对接焊缝坡口3如图1。第二组(记为实施例2)～第三组(记为实施例3)为 16mm厚Q355板1与40Cr板2角接，分别施焊单层单道和多层多道，单层单道角焊缝坡口4和多层多道角焊缝坡口5分别见图2和图3。
将加工完坡口的40Cr板2与Q355板1坡口及两侧30mm范围内的氧化皮、铁锈、水份、油污等杂质清除干净，直至显露出金属光泽。40Cr板2放入小型热处理炉中，入炉时为常温，加热到250℃，保温半小时取出。采用直流电源反接法进行焊接，取出装配点焊固定，随后迅速焊接，采用混合气80％Ar+20％CO2保护，实际焊接参数见表7。
表7：焊接工艺参数
Figure RE-GDA0002421261190000073
当温度降低，达不到预热温度，应重新预热,焊接层间温度不得超过300℃。
对接缝正面焊接后，背面需进行清根处理。
焊后自检：焊缝表面不得出现的裂纹、气孔、夹渣、未熔合及咬边等缺陷。表面的轻度咬边、飞溅、成型不良，等应予修磨。
焊后立即进行620℃去应力退火处理，以消除焊接残余应力，改善接头组织。
试样调质处理后，40Cr板2母材处测得硬度值见表8：
表8：试样40Cr板2母材处热处理硬度值
实施例 平均硬度值 检测结果
1 HB250 合格
2 HB265 合格
3 HB240 合格
注：热处理工艺硬度要求为：HB240～280
对接缝试样(实施例1)表面未发现裂纹，射线检测合格，加工试样，进行理化试验。试验结果见表9、表10、表11。
表9：拉伸试验结果(依照NB/T47014-2011)
试样编号 抗拉强度(MPa) 断裂部位
1# 560 Q355板1母材侧
2# 568 Q355板1母材侧
表10：弯曲试验结果(依照NB/T47014-2011)
Figure RE-GDA0002421261190000081
表11：冲击试样结果(依照NB/T47014-2011)
Figure RE-GDA0002421261190000091
实施例2和实施例3试样表面均未发现裂纹，沿各试样纵向等分切取5块试样，每块试样取一个面进行金相检验。焊缝根部均焊透，焊缝金属和热影响区均无裂纹、未熔合，检验结果为实施例2 和实施例3各试样均合格。
上述各表征试验及结果证明了使用本发明后焊缝及热影响区无脆化、无冷裂纹、热裂纹的产生，焊缝金属的韧性、塑性和强度都合格。
此外，将使用本发明低碳气保焊丝在40Cr板2与Q355板1焊接的应用方法与现有技术中使用J507焊条，采用SMAW焊接方法进行效率对比试验，结果如表12。
表12：效率对比试验
Figure RE-GDA0002421261190000092
从产品的实际焊接效果看：
(1)本发明低碳气保焊丝在40Cr板2与Q355板1焊接的应用方法不用烘焊条，不要换焊条，不要敲焊渣，焊接速度是SMAW的2-3倍。焊接的工时大大的减少，焊工的劳动强度大大的降低，缩短了交货工期；
(2)合格率高：使用SMAW，调质出现裂纹的机率达到30％，使用本发明气保焊丝CHW50CL来焊接40Cr板2与Q355 板1，目前还未出现一例裂纹现象，避免了产品的返工，为公司创造了效益。
以上涉及到的公知常识内容不作详细描述，本领域的技术人员能够理解。
以上所述仅为本发明的一些具体实施例而已，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。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于，采用步骤方法如下：
（a）、焊前预热处理：将加工完坡口的40Cr板（2）与Q355板（1）整体放入加热炉中，升温至250℃并保温30分钟；
（b）、采用直流电源反接法进行焊接，取出装配点焊固定，随后迅速焊接，焊接电流在140-190A，电弧电压在22-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在15-20L/min，采用混合气80%Ar+20%CO2保护，焊缝获得细小贝氏体和高密度的低碳马氏体组织；
（c）、焊后处理：焊后应立即进行580-680℃去应力退火处理或焊接完毕后立即用保温棉覆盖工件，降低冷却速度。
2.根据权利要求1所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：所述低碳气保焊丝的直径为1.2mm。
3.根据权利要求1所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：所述应用方法采用多层多道焊接，焊接时填满弧坑，避免咬边。
4.根据权利要求3所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：在施焊过程中控制层间温度不低于预热温度。
5.根据权利要求4所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：焊层打底时焊接电流在140-170A，电弧电压在22-24V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在15-20L/min，采用混合气80%Ar+20%CO2保护。
6.根据权利要求4所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：焊层填充时焊接电流在160-190A，电弧电压在24-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在15-20L/min，采用混合气80%Ar+20%CO2保护。
7.根据权利要求4所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：焊层盖面时焊接电流在160-190A，电弧电压在24-26V，电弧长度在4-5mm之间，焊接速度在20-55cm/min，气体流量在15-20L/min，采用混合气80%Ar+20%CO2保护。
8.根据权利要求1所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：所述坡口为对接焊缝坡口（3）。
9.根据权利要求1所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：所述坡口为单层单道角焊缝坡口（4）。
10.根据权利要求1所述的低碳气保焊丝在40Cr板与Q355板焊接中的应用，其特征在于：所述坡口为多层多道角焊缝坡口（5）。
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