CN111515500A - 一种适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，其特征在于采用合适的焊接材料和焊接工艺保证焊接接头力学综合性能，采用本发明焊接方法，焊接接头焊缝及热影响区‑120℃冲击功KV2≥27J、抗拉强度Rm：≥530MPa、焊接接头侧弯d=4a，180°合格，焊接接头具有优良的力学综合性能。

Description

一种适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法
技术领域
本发明属于钢铁材料焊接技术领域，特别是涉及一种焊接接头力学综合性能优良的16～30mm厚节Ni型低温钢N390UD的气体保护焊焊接方法。
背景技术
Ni是提高低温韧性的主要元素，但其昂贵的价格以及我国镍资源贫乏的现状，限制了Ni在低温钢的应用，阻碍了Ni系列低温钢的发展。以得到低温钢力学性能和使用性能为前提，通过其它元素，如Mn元素，替代Ni元素，既可以合理利用资源，又可有效降低钢材的成本，成为近年来新型低温钢研发的热点和趋势。
仅含0.85～1.25％Ni的节Ni型N390UD低温钢，通过Q－L－T热处理工艺，获得了以贝氏体+残余奥氏体为主的显微组织，保证屈服强度达到390MPa、抗拉强度达到530MPa的同时，实现了－120℃不低于80J的优良的冲击韧性，从力学性能上完全达到5Ni低温钢的要求。
该低温钢仍然以焊接技术进行连接，以形成用于储备和运输低温储罐等的结构。该新型低温钢是否有较宽的焊接工艺窗口，焊接后其接头性能，特别是焊接接头的低温冲击韧性，能否达到标准或用户要求，成为该钢种进入市场的第一道门槛。合理的节Ni型低温钢N390UD焊接工艺对于结构安全使用具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的就是提供一种适用于16～30mm厚节Ni型低温钢N390UD气体保护焊焊接方法，保证焊接接头力学综合性能满足要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，其特征在于采用合适的焊接材料和焊接工艺保证焊接接头力学综合性能，具体如下：
(1)采用的母材：
母材化学成分及重量百分比为C：0.03～0.08％，Si：0.05～0.20％，Mn：0.85～1.75％，Ni：0.85～1.25％，Mo：≤0.20％，Al：0.015～0.06％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)采用的焊接材料：
在选用焊接材料时，首先考虑的是保证焊缝-120℃低温冲击功KV2≥27J，且焊缝金属的强度与母材尽可能匹配，选用匹配的气体保护焊焊丝。
本发明焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.01～0.10％，Mn：3.8～4.5％，Si：0.22～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：15.0～18.0％，Cr：18.0～22.0％，Mo：≤0.01％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质；
(3)采用的焊接参数：
焊接工艺参数影响焊接接头的热循环过程，从而对焊接接头的焊缝金属和热影响区的组织和力学性能带来影响。本发明研究了不同焊接工艺对焊接接头力学性能及焊接质量的影响，分别对焊接接头的焊缝及热影响区-120℃冲击功、拉伸性能以及弯曲性能进行了测定，反复验证，采用如下工艺：
坡口形式：对称X型坡口，角度为50～70°，钝边尺寸为1～3mm；
焊前不预热，层间温度≤100℃；反面焊接前进行清根处理；
采用气体保护焊，焊接电流220～260A，电弧电压26～30V，焊接速度24～28cm/min，焊接热输入12～20kJ/cm；保护气体为98％Ar+2％O2气体，气体流量12～20L/min。
本发明焊接方法满足焊接接头力学综合性能优良的16～30mm厚节Ni型低温钢N390UD的气体保护焊焊接关键技术，采用合适的焊接材料和焊接工艺能够保证焊接接头抗拉强度，焊缝及热影响区-120℃冲击功KV2≥27J、抗拉强度Rm：≥530MPa、焊接接头侧弯d＝4a，180°合格，焊接接头具有优良的力学综合性能。
附图说明
图1是焊接坡口图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案做进一步详细说明。
实施例1
一种适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，采用屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥530MPa，延伸率≥20％，-120℃冲击功KV2≥80J性能优良的16mm厚节Ni型低温钢，焊接试板组合为16mm+16mm，试板尺寸为500mm(长)×200mm(宽)×16mm(厚)；
母材化学成分及重量百分比为C：0.03～0.08％，Si：0.05～0.20％，Mn：0.85～1.75％，Ni：0.85～1.25％，Mo：≤0.20％，Al：0.015～0.06％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，，余量为Fe和不可避免的杂质。
匹配的焊接材料：化学成分及重量百分比为：C：0.01～0.10％，Mn：3.8～4.5％，Si：0.22～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：15.0～18.0％，Cr：18.0～22.0％，Mo：≤0.01％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
焊丝直径为Φ1.2mm，焊丝抗拉强度≥550MPa。
保护气体为98％Ar+2％O2气体，气体流量15～18L/min；
坡口型式为X型坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm，坡口装配间隙为1.5mm；
焊前不预热，层间温度50～100℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部成金属光泽；
采用气体保护焊，焊接电流230A，电弧电压27V，焊接速度26cm/min，焊接热输入量14kJ/cm。
实施例2
一种适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，采用屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥530MPa，延伸率≥20％，-120℃冲击功KV2≥80J性能优良的20mm厚节Ni型低温钢，焊接试板组合为20mm+20mm，试板尺寸为500mm(长)×200mm(宽)×20mm(厚)；
母材化学成分及重量百分比为C：0.03～0.08％，Si：0.05～0.20％，Mn：0.85～1.75％，Ni：0.85～1.25％，Mo：≤0.20％，Al：0.015～0.06％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，，余量为Fe和不可避免的杂质
匹配的焊接材料：化学成分及重量百分比为：C：0.01～0.10％，Mn：3.8～4.5％，Si：0.22～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：15.0～18.0％，Cr：18.0～22.0％，Mo：≤0.01％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
在选用焊接材料时，首先考虑的是保证焊缝-120℃低温冲击功KV2≥27J，且焊缝金属的强度与母材尽可能匹配，选用匹配的气体保护焊焊丝，焊丝直径为Φ1.2mm，焊丝抗拉强度≥550MPa。
保护气体为98％Ar+2％O2气体,气体流量16～18L/min；
坡口型式为X型坡口，坡口角度为65°，钝边为2mm，坡口装配间隙为2mm；
焊前不预热，层间温度50～100℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部成金属光泽；
采用气体保护焊，焊接电流245A，电弧电压28V，焊接速度26cm/min，焊接热输入量16kJ/cm。
实施例3
一种适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，采用屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥530MPa，延伸率≥20％，-120℃冲击功KV2≥80J性能优良的30mm厚节Ni型低温钢，焊接试板组合为30mm+30mm，试板尺寸为500mm(长)×200mm(宽)×30mm(厚)；
母材化学成分及重量百分比为C：0.03～0.08％，Si：0.05～0.20％，Mn：0.85～1.75％，Ni：0.85～1.25％，Mo：≤0.20％，Al：0.015～0.06％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，，余量为Fe和不可避免的杂质
匹配的焊接材料：化学成分及重量百分比为：C：0.01～0.10％，Mn：3.8～4.5％，Si：0.22～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：15.0～18.0％，Cr：18.0～22.0％，Mo：≤0.01％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
在选用焊接材料时，首先考虑的是保证焊缝-120℃低温冲击功KV2≥27J，且焊缝金属的强度与母材尽可能匹配，选用匹配的气体保护焊焊丝，焊丝直径为Φ1.2mm，焊丝抗拉强度≥550MPa。
保护气体为98％Ar+2％O2气体,气体流量15～18L/min；
坡口型式为X型坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm，坡口装配间隙为2mm；
焊前不预热，层间温度50～100℃；反面焊接前进行砂轮机清根处理，根部成金属光泽；
采用气体保护焊，焊接电流260A，电弧电压30V，焊接速度24cm/min，焊接热输入量20kJ/cm。
经过上述实施例1～3的焊接方法对节Ni型低温钢进行气体保护焊后，对焊接接头的力学性能进行检测。焊接接头的冲击、拉伸和弯曲性能如表1所示。
表1焊接接头的拉伸及侧弯性能
Figure BDA0002453558180000041
可见，实施例1～3得到的焊接接头的综合力学性能优良。焊缝及热影响区-120℃冲击功KV2≥27J、抗拉强度Rm：≥530MPa、焊接接头侧弯d＝4a，180°合格。并且本专利提供的工艺实施方式简单，适用性很强。

Claims (6)

1.一种适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，其特征在于采用合适的焊接材料和焊接工艺保证焊接接头力学综合性能，具体如下：
(1)采用的母材：
母材化学成分及重量百分比为C：0.03～0.08％，Si：0.05～0.20％，Mn：0.85～1.75％，Ni：0.85～1.25％，Mo：≤0.20％，Al：0.015～0.06％，P：≤0.010％，S：≤0.002％，，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)采用的焊接材料：
焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.01～0.10％，Mn：3.8～4.5％，Si：0.22～0.30％，S：≤0.01％，P：≤0.02％，Ni：15.0～18.0％，Cr：18.0～22.0％，Mo：≤0.01％，V：≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质；
(3)采用的焊接参数：
坡口形式：对称X型坡口，角度为50～70°，钝边尺寸为1～3mm；
焊前不预热，层间温度≤100℃；反面焊接前进行清根处理；
采用气体保护焊，焊接电流220～260A，电弧电压26～30V，焊接速度24～28cm/min，焊接热输入12～20kJ/cm；保护气体为98％Ar+2％O2气体，气体流量12～20L/min。
2.如权利要求1所述的适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，其特征在于焊接接头焊缝及热影响区-120℃冲击功KV2≥27J、抗拉强度Rm≥530MPa、焊接接头侧弯d＝4a，180°合格。
3.如权利要求1所述的适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，其特征在于母材的屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥530MPa，延伸率≥20％，-120℃冲击功KV2≥80J。
4.如权利要求1所述的适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，其特征在于坡口装配留1～3mm间隙。
5.如权利要求1所述的适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，其特征在于层间温度50～100℃。
6.如权利要求1所述的适用于节Ni型低温钢气体保护焊焊接方法，其特征在于焊丝直径Φ1.2mm，焊丝抗拉强度≥550MPa。
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