CN111886104A

CN111886104A - 钢板的气体保护电弧焊接方法

Info

Publication number: CN111886104A
Application number: CN201980020724.3A
Authority: CN
Inventors: 上月涉平; 早川直哉; 池田伦正; 黑田穣
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2020-11-03
Also published as: KR102367510B1; JPWO2019182081A1; KR20200118883A; JP6927304B2; WO2019182081A1

Abstract

本发明提供气体保护电弧焊接方法，其在将钢板对接并通过多层焊接进行接合时，能够在不进行接合部位的预热处理的情况下实施气体保护电弧焊接，有效防止冷却后产生的焊接部的低温裂纹。将抗拉强度为590MPa以上且板厚为22mm以上的2张钢板对接，将坡口角度设为10°以下且将坡口间隙设为7～15mm，使用含有0.015～0.100质量％的REM的焊丝，进行将焊丝设为正接的气体保护电弧焊接，通过对接多层焊接使钢板接合。

Description

钢板的气体保护电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及将钢板对接并通过多层焊接使之接合的气体保护电弧焊接方法。

背景技术

气体保护电弧焊接是一边以保护气体(例如CO₂单独气体或Ar与CO₂的混合气体等)覆盖通过焊接将钢板接合的部位及其周边(以下，称为接合部位)一边使用焊丝(所谓的消耗电极)将钢板接合的技术，在汽车、建筑物、桥梁及电气设备等施工现场、制造现场被普遍使用。尤其是在建筑物、桥梁领域，近年来钢结构物的大型化显著发展，为了确保该钢结构物的强度而使用高强度厚钢板，并正在研发与之适应的焊接技术。

在用于构筑建筑物、桥梁的结构物的制造现场或进行其施工的施工现场，当将钢板对接并通过气体保护电弧焊接使之接合时，通常广泛采用使用多根焊丝或使焊丝多次通过同一接合部位以使许多层状的焊接金属层叠的焊接技术(以下，称为多层焊接)。然而，在使用气体保护电弧焊接的钢板的多层焊接中，存在由通过焊接而在钢板上产生的焊接金属和热影响部形成的部位(以下，称为焊接部)在被冷却后容易产生低温裂纹的问题。

焊接部的低温裂纹是在焊接结束后也即焊接部被冷却至室温左右后产生的裂纹(所谓的延迟裂纹)，已发现其原因为与焊接部相关的三个要素(即焊接部的残余应力、硬度、焊接部内含的氢)叠加的相互作用。并且，在抗拉强度为590MPa以上的钢板中，具有这样的低温裂纹的产生频率增加的趋势。

因而，对于抗拉强度为590MPa以上的钢板，研究了多种防止这样的低温裂纹的技术。

例如，已知在对抗拉强度为590MPa以上的钢板进行多层焊接前预先对接合部位进行加热以使钢板及其附着物(例如水滴等)的氢向大气中释放的预热处理对于低温裂纹的防止是有效的。但接合部位的预热处理需要许多时间和劳力，其结果导致气体保护电弧焊接的施工成本增加。

另外，专利文献1中公开了在抗拉强度为780MPa以上的钢板的多层焊接中不需要预热处理就能够抑制低温裂纹的激光/电弧混合焊接的技术。该技术为了进行混合焊接而使用大型夹具、激光发射装置等，因此存在在狭小场所无法施工的制约。特别是在建筑物、桥梁领域，在对由钢板形成的钢结构物进行组装时，必须进行被称为现场焊接的现场的焊接施工。

现场焊接是在施工现场将作为钢结构物的柱与梁(或柱与柱)接合的作业，难以确保操作者能够安全地进行作业的足够宽阔的空间。也就是说，很难在现场焊接使用大型夹具、装置，这一问题妨碍了激光/电弧混合焊接在现场焊接中的普及。

对此，在采用能够以比激光/电弧混合焊接简单的手段实施的使用气体保护电弧焊接的多层焊接的情况下，如前所述，由于需要防止低温裂纹，因此不得不在施工现场实施接合部位的预热处理。其结果会导致对建筑物、桥梁进行构筑所需的施工费用的增加、工期的延长。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本再公表2013-179614号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供一种气体保护电弧焊接方法，其能够解决以往的技术问题，在将钢板对接并通过多层焊接进行接合时，能够在不进行接合部位的预热处理的情况下实施气体保护电弧焊接，有效防止冷却后产生的焊接部的低温裂纹。

需要说明的是，应用本发明的气体保护电弧焊接方法的钢板是指抗拉强度为590MPa以上且板厚为22mm以上的钢板。

用于解决课题的手段

本申请发明人为了解决上述课题，将抗拉强度为590MPa以上且板厚为22mm以上的2张钢板对接并使其坡口形状及焊丝的成分发生多种变化而进行气体保护电弧焊接，调查了焊接部的低温裂纹的产生状况。其结果发现，通过

(a)将坡口角度和坡口间隙调整为适当的范围、

(b)将焊丝中含有的稀土元素(以下，称为REM)的含量调整为适当的范围，从而不对接合部位进行预热处理就能够有效防止焊接部的低温裂纹。

此外发现，在使焊接电流、焊接电压、焊接速度等焊接条件变化而进行气体保护电弧焊接时，无论焊接条件如何均将上述(a)、(b)调整为适当的范围，能够防止低温裂纹。

本发明是基于以上发现做出的。

即，本发明为气体保护电弧焊接方法，其中，将抗拉强度为590MPa以上且板厚为22mm以上的2张钢板对接，将坡口角度设为10°以下且将坡口间隙设为7～15mm，使用含有0.015～0.100质量％的REM的焊丝进行将焊丝设为正接的向下的气体保护电弧焊接，通过对接多层焊接而将钢板接合。

发明效果

根据本发明，在将钢板(抗拉强度：590MPa以上，板厚：22mm以上)对接并通过多层焊接使之接合时，能够在不进行接合部位的预热处理的情况下实施气体保护电弧焊接，有效防止冷却后产生的焊接部的低温裂纹。并且能够大幅度减少焊接施工的时间和劳力，因此在产业上具有显著效果。

附图说明

图1是示意性示出本发明的坡口形状的例子的剖视图。

图2是示意性示出对图1的V形坡口进行多层焊接的例子的剖视图。

具体实施方式

参照图1说明应用本发明的钢板。本发明是将板厚为22mm以上且抗拉强度为590MPa以上的2张钢板对接并进行气体保护电弧焊接时应用的气体保护电弧焊接方法。

板厚：22mm以上

若钢板的板厚t低于22mm，则必须增大V形坡口的坡口角度且减小坡口间隙。其结果为，根据坡口2的形状，其截面积缩小，因此要求熔敷金属少的高效的焊接，导致施工成本升高。

也就是说，在将板厚t：20mm的钢板1以坡口角度θ：0°、坡口间隙G：7mm的I形坡口进行焊接的情况下，坡口2的截面积为140mm²。与此相对，在将板厚t：20mm的钢板1以坡口角度θ：25°、坡口间隙G：2mm的“レ”形坡口(bevel groove：斜面坡口)进行焊接的情况下，坡口2的截面积缩小为133mm²，因此要求即使熔敷金属的体积小也能够获得充分的接合强度的措施(例如使用含有大量昂贵成分的焊丝等)。

因此，应用本发明的钢板1的板厚t设为22mm以上。

需要说明的是，板厚t的上限为在钢板1的制造工厂中能够轧制的上限值。具体来说，优选板厚t为22～120mm。

抗拉强度：590MPa以上

在利用以往的技术来进行使用气体保护电弧焊接的钢板1的多层焊接的情况下，存在焊接部容易产生低温裂纹的问题，特别是在抗拉强度为590MPa以上的钢板1中，低温裂纹的产生频率显著增加。

与此相对，在本发明中，即使是抗拉强度为590MPa以上的钢板1，也能够在不进行接合部位的预热处理的情况下实施气体保护电弧焊接，而且能够防止焊接部的低温裂纹。也就是说，通过将本发明应用于抗拉强度为590MPa以上的钢板1的使用气体保护电弧焊接的多层焊接，能够发挥防止低温裂纹的显著效果。

另外，坡口间隙G越小，焊接中发生的溅射越容易附着于坡口的表面，溅射越容易与接触芯片、屏蔽喷嘴发生干扰而发生电弧停止。

因此应用本发明的钢板1的抗拉强度设为590MPa以上。因此，更加优选本发明在将板厚为22mm以上且抗拉强度为590MPa以上的2张钢板对接并进行气体保护电弧焊接时应用。低温裂纹还存在在高强度的780MPa以上的钢板中发生频率变得更高的趋势。因此，本发明在应用于780MPa以上的钢板的对接气体保护电弧焊接时效果更加显著，因此优选钢板的抗拉强度为780MPa以上。

接下来，参照图1、2，对将应用本发明的钢板1对接而形成的坡口2的形状进行说明。

坡口角度：10°以下

若坡口角度θ超过10°，则坡口2的截面积增加，进而熔敷金属的体积增加，因此容易产生低温裂纹。

也就是说，构成已说明了的焊接部的焊接金属3是因焊接而附着于坡口的熔敷金属被冷却而成的物质，若在熔敷金属中混入氢，则焊接金属3中也残留有氢，该氢成为主要原因而引起低温裂纹。若熔敷金属的体积增加，则混入的氢也容易增加，其结果变得容易产生低温裂纹。

因此，坡口角度θ设为10°以下。

需要说明的是，坡口角度θ的下限也可以为0°(即I形坡口)，但在I形坡口的情况下，存在出现由于焊接中的角度变更而坡口角度变变为负值、无法实现完全的焊接的问题的情况。因此优选将坡口角度θ设为2～10°并进行向下的气体保护电弧焊接。更加优选坡口角度θ为5～8°。

坡口间隙：7～15mm

坡口间隙G越小则焊接金属3的体积越小，能够抑制低温裂纹的产生，但容易产生接合不良等缺陷。另一方面，坡口间隙G越大则焊接金属3的体积变得越大，越容易产生低温裂纹。

因此，坡口间隙G设为7～15mm。优选为8～12mm。

接下来，说明气体保护电弧焊接中使用的焊丝的REM(Rare Earth Metal：稀土金属)的含量。

REM：0.015～0.100质量％

REM为对于制钢工序及铸造工序的夹杂物的微细化、焊接金属的韧性改善有效的元素。另外，在气体保护电弧焊接中将焊丝设为正接(日文：マイナス)(所谓的正极性)的情况下、在使焊接电流增大的情况下，还具有实现熔滴的微细化及熔滴过渡的稳定化、以及抑制朝向坡口面方向的电弧的发生的效果。气体保护电弧焊接中的熔滴的微细化和熔滴过渡的稳定化有助于抑制溅射的发生从而有助于稳定且平稳地的焊接施工。

在REM含量低于0.015质量％时，无法获得上述熔滴的微细化和熔滴过渡的稳定化的效果，发生大量的溅射而容易发生电弧停止。另一方面，若超过0.100质量％，则不仅容易在焊丝的制造工序中产生裂纹，还会在导致由焊接施工产生的焊接金属的韧性降低的同时导致由溅射的发生引起的焊接不稳定。

因此焊丝的REM含量设为0.015～0.100质量％。优选为0.025～0.050质量％。

另外，对于焊接施工中的焊丝的极性来说，从充分发挥由REM的添加带来的熔滴的微细化和熔滴过渡的稳定化的效果的观点出发，优选将焊丝设为正接(正极性)。

实施例

在表1所示的条件下进行使用气体保护电弧焊接的钢板的对接多层焊接。未进行接合部位的预热。

[表1]

所使用的钢板的成分均为S：0.005质量％以下、O：0.003质量％以下、N：0.004质量％以下。在坡口的加工中采用气体切割，未对坡口面实施研削等处理。

所使用的焊丝均为焊接对象的钢材强度用或与该强度相比为上1级的强度等级的实心焊丝(焊丝直径1.2mm)，其成分为S：0.005质量％以下、O：0.003质量％以下、N：0.005质量％以下、Si：0.6～0.8质量％、Al：0.005～0.030质量％。

保护气体使用100％CO₂气体，以流量20L/min向屏蔽喷嘴供给100％CO₂气体。

表1中的No.1～13为窄坡口的例子，No.14～16为一直以来标准使用的坡口形状的例子。需要说明的是，在本发明中，“窄坡口”表示25°以下。

另外，一边进行焊接一边针对每一道次调查焊接性，将在一个道次中发生一次以上的电弧停止的情况评价为不良(×)，将未发生电弧停止的情况评价为良好(〇)。将其结果示于表1。

此外，在焊接结束后，通过渗透探伤试验和磁粉探伤试验检查焊道的表面，将发现一处以上的低温裂纹的情况评价为有裂纹(×)，将未产生低温裂纹的情况评价为无裂纹(〇)。将其结果示于表1。

根据表1可知，发明例的焊接性及低温裂纹的评价全部为〇。比较例的焊接性和/或低温裂纹的评价为×。

附图标记说明

1 钢板

2 坡口

3 焊接金属

4 垫板

Claims

1.钢板的气体保护电弧焊接方法，其中，将抗拉强度为590MPa以上且板厚为22mm以上的2张钢板对接，将坡口角度设为10°以下且将坡口间隙设为7～15mm，使用含有0.015～0.100质量％的REM的焊丝进行将焊丝设为正接的向下的气体保护电弧焊接，通过对接多层焊接而将钢板接合。

2.根据权利要求1所述的钢板的气体保护电弧焊接方法，其中，钢板的抗拉强度为780MPa以上。