CN112388113A - 一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，涉及钢铁生产技术领域，焊接前根据钢板厚度进行不同预热，防止预热不够或预热过高，节省了能源；同时对道间温度进行最低控制，焊接接头的性能且最大化工作效率，缩短工期。对低Mo新型耐火钢Q345FRE、Q390FRE、Q420FRE、Q460FRE四种级别钢种进行焊接，焊接接头性能可达到使用标准。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺。
背景技术
传统耐火钢必须含有足够量的Mo才能保证高温强度，但是Mo价格昂贵，因此钢板制造成本较高，对耐火钢的应用有极大的限制。利用Nb微合金化部分代替Mo合金化(即低Mo含Nb)，成功研发出低Mo新型耐火钢(化学成分为C：0.03％～0.06％，Si：0.17％～0.19％，Mn：0.3％～0.7％，Mo：0.12％～0.21％，Nb：0.03％～0.07％，Cr：0.40％～0.48％，V：0.02％～0.05％，Ti：0.01％～0.04％，P≤0.015％，S≤0.015％)，性能完全满足国标要求。
在钢板应用过程中，采用传统适用于高Mo耐火钢的焊接工艺进行焊接，焊接接头性能不能达到使用标准，即焊态和600℃保温3h后，Q345FRE、Q390FRE两个级别的耐火钢室温拉伸屈服强度达到345～510MPa，600℃高温拉伸屈服强度≥260MPa；Q420FRE、Q460FRE两个级别的耐火钢室温拉伸屈服强度达到420～600MPa，600℃高温拉伸屈服强度≥307MPa；焊接接头焊缝和热影响区-40℃冲击≥34J；焊接接头弯曲无裂纹。因此，需要研发出适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧焊接工艺。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，包括以下步骤：
S1、对待焊接钢板进行坡口加工，不同厚度规格钢板采用不同坡口形式；
S2、为待焊接钢板匹配焊材，根据钢板强度级别匹配不同焊材；
S3、对待焊接钢板进行预热处理，根据钢板厚度进行不同温度预热；
S4、对钢板进行打底焊接1～2道，根据焊接位置采用不同焊接参数；
S5、对钢板进行填充焊接，根据焊接位置采用不同焊接参数，焊接方法为多层多道焊；
S6、对钢板进行清根处理，根据钢板厚度采取不同的清根方式。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，步骤S1，
钢板厚度≤20mm时，采用V型坡口，坡口角度为单边29～31°，根部留间隙1～2mm，反面清根后不容易将钢板形变控制住，所以钢板组对时预留3～5°反变形；
钢板厚度＞20mm时，采用X型坡口，坡口角度为单边29～31°，根部留钝边1～2mm。
前所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，步骤S2，Q345FRE、Q390FRE钢板采用Φ1.2mm哈尔滨威尔焊接焊材HS390FR，焊材的主要成分为：C：0.030％～0.039％，Si：0.10％～0.40％，Mn：0.40％～1.10％，Cr：0.001％～0.002％，Ni：0.060％～0.090％，Mo：0.41％～0.82％，Cu：0.042％～0.074％，P≤0.008％，S≤0.005％；Q420FRE、Q460FRE钢板采用Φ1.2mm哈尔滨威尔焊接焊材HS460FR，焊材的主要成分为：C：0.050％～0.086％，Si：0.20％～0.42％，Mn：0.80％～1.31％，Cr：0.001％～0.002％，Ni：0.061％～0.090％，Mo：0.41％～0.82％，Cu：0.072％～0.105％，P≤0.008％，S≤0.005％。
前所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，步骤S3，钢板厚度≤8mm时，预热20℃；
8mm＜钢板厚度≤20mm时，预热40℃；
20mm＜钢板厚度≤30mm时，预热60℃；
30mm＜钢板厚度≤60mm时，预热100℃；
钢板厚度＞60mm时，预热150℃。
前所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，步骤S4，平焊位置，焊接电流为200～220A，焊接电压为23～25V，焊接速度25～28cm/min，电弧可摆动或不摆动；
横焊位置，焊接电流为210～230A，焊接电压为24～26V，焊接速度25～28cm/min，电弧需摆动；
立焊位置，焊接电流为180～200A，焊接电压为22～24V，焊接速度为26～28cm/min，电弧需摆动；
仰焊位置，焊接电流为215～225A，焊接电压为23～25V，焊接速度为24～26cm/min，电弧需摆动。
前所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，步骤S5，平焊位置，焊接电流为260～280A，焊接电压为29～31V，焊接速度为32～34cm/min，道间温度≤150℃，电弧可摆动或不摆动；
横焊位置，焊接电流为270～290A，焊接电压为30～32V，焊接速度为32～34cm/min，道间温度≤150℃，电弧需摆动；
立焊位置，焊接电流为200～210A，焊接电压为26～28V，焊接速度为22～24cm/min，道间温度≤150℃，电弧需摆动；
仰焊位置，焊接电流为265～285A，焊接电压为30～32V，焊接速度为30～32cm/min，道间温度≤150℃，电弧需摆动。
前所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，步骤S6，钢板厚度≤8mm时，采用所述步骤S1中坡口型式，在钢板先焊侧焊接完毕后，在反面进行碳弧气刨清根1～2mm，再用所述步骤S5进行焊接；
8mm＜钢板厚度≤20mm时，采用所述步骤S1中坡口型式，在钢板先焊侧焊接2～3道后，在反面进行碳弧气刨清根2～3mm，再用所述步骤S5进行焊接；
钢板厚度＞20mm时，采用所述步骤S1中坡口型式，在钢板先焊侧焊接3～5道后，在反面进行碳弧气刨清根3～4mm，再用所述步骤S5进行焊接。
本发明的有益效果是：
(1)本发明对低Mo新型耐火钢Q345FRE、Q390FRE、Q420FRE、Q460FRE四种级别钢种进行焊接，焊接接头性能可达到使用标准，即焊态和600℃保温3h后，Q345FRE、Q390FRE两个级别的耐火钢室温拉伸屈服强度达到345～510MPa，600℃高温拉伸屈服强度≥260MPa；Q420FRE、Q460FRE两个级别的耐火钢室温拉伸屈服强度达到420～600MPa，600℃高温拉伸屈服强度≥307MPa；焊接接头焊缝和热影响区-40℃冲击≥34J；焊接接头弯曲无裂纹；
(2)本发明提供了适用于Nb代Mo新型耐火钢的全位置气保电弧焊接工艺，利用该工艺可进行平、横、立、仰四个位置进行气保焊接，焊接接头无缺陷，合格率高；
(3)本发明焊接前根据钢板厚度进行不同预热，防止预热不够或预热过高，节省了能源；同时对道间温度进行最低控制，焊接接头的性能且最大化工作效率，缩短工期；
(4)本发明对新型耐火钢的应用起到了关键性作用，节约Mo金属消耗，降低建筑的耐火成本，具有重要社会意义。
附图说明
图1为本发明工艺过程中步骤S1的V型焊接坡口示意图；
图2为本发明工艺过程中步骤S1的X型焊接坡口示意图；
图3为实施例1中的V型焊接坡口示意图；
图4为实施例2中的X型焊接坡口示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，对规格为20mm的Nb代Mo新型耐火钢Q345FRE级别钢进行气保电弧焊接，焊接位置为平焊，具体包括如下步骤：
S1、采用如图3所示V型焊接坡口，坡口角度为单边30°，根部留间隙1～2mm，钢板组对时预留3～5°反变形；
S2、Q345FRE钢板采用Φ1.2mm哈尔滨威尔焊接焊材HS390FR；
S3、钢板预热40℃；
S4、对钢板进行打底焊接1道，焊接电流为200～220A，焊接电压为23～25V，焊接速度25～28cm/min，电弧摆动；
S5、对钢板进行填充焊接，焊接方法为多层多道焊，焊接电流为260～280A，焊接电压为29～31V，焊接速度为32～34cm/min，道间温度≤150℃，电弧尽量摆动，也可不摆动；
S6、在钢板先焊侧焊接2道后，在反面进行碳弧气刨清根2mm，随后进行填充焊接，焊接电流为260～280A，焊接电压为29～31V，焊接速度为32～34cm/min，道间温度≤150℃，电弧尽量摆动，也可不摆动；
S7、焊接接头检测。
焊接接头检测具体如下：
①无损检测
采用X射线探伤，无裂纹、未熔合、未焊满、气孔、夹渣等缺陷，探伤结果为I级，焊接合格。
②拉伸试验
根据耐火钢技术要求，焊态和600℃保温3h后，室温拉伸屈服强度达到345～510MPa，600℃高温拉伸屈服强度≥260MPa，试验结果均满足技术要求。
③冲击试验
| 缺口类型 | 缺口位置 | 温度/℃ | 吸收功KV<sub>2</sub>/J |
| V | 焊缝中心 | -40 | 78 92 96 |
| V | 热影响区(fl+1) | -40 | 246 182 48 |
根据耐火钢技术要求，-40℃冲击≥34J，试验结果均满足技术要求。
④弯曲试验
| 试验类型 | 试样厚度/mm | 弯心直径/mm | 弯曲角度 | 结果 |
| 侧弯 | 10 | 40 | 180° | 完好 |
| 侧弯 | 10 | 40 | 180° | 完好 |
| 侧弯 | 10 | 40 | 180° | 完好 |
| 侧弯 | 10 | 40 | 180° | 完好 |
根据耐火钢技术要求，弯曲无裂纹，实验结果均满足技术要求。
实施例2
本实施例提供的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，对规格为50mm的Nb代Mo新型耐火钢Q420FRE级别钢进行手工电弧焊接，焊接位置为横焊，具体包括如下步骤：
S1、采用如图4所示X型焊接坡口，坡口角度为单边30°，根部留钝边1～2mm；
S2、Q420FRE钢板采用Φ1.2mm哈尔滨威尔焊接焊材HS460FR；
S3、钢板预热100℃；
S4、对钢板进行打底焊接2道，焊接电流为210～230A，焊接电压为24～26V，焊接速度25～28cm/min，电弧需摆动；
S5、对钢板进行填充焊接，焊接方法为多层多道焊，焊接电流为270～290A，焊接电压为30～32V，焊接速度为32～34cm/min，道间温度≤150℃，电弧需摆动；
S6、在钢板先焊侧焊接4道后，在反面进行碳弧气刨清根3mm，随后进行填充焊接，焊接电流为270～290A，焊接电压为30～32V，焊接速度为32～34cm/min，道间温度≤150℃，电弧需摆动；
S7、焊接接头检测。
焊接接头检测具体如下：
①无损检测
采用X射线探伤，无裂纹、未熔合、未焊满、气孔、夹渣等缺陷，探伤结果为I级，焊接合格。
②拉伸试验
根据耐火钢技术要求，焊态和600℃保温3h后，室温拉伸屈服强度达到420～600MPa，600℃高温拉伸屈服强度≥307MPa，试验结果均满足技术要求。
③冲击试验
| 缺口类型 | 缺口位置 | 温度/℃ | 吸收功KV<sub>2</sub>/J |
| V | 焊缝中心 | -40 | 65 47 58 |
| V | 热影响区(fl+1) | -40 | 228 265 244 |
根据耐火钢技术要求，-40℃冲击≥34J，试验结果均满足技术要求。
④弯曲试验
| 试验类型 | 试样厚度/mm | 弯心直径/mm | 弯曲角度 | 结果 |
| 侧弯 | 10 | 40 | 180° | 完好 |
| 侧弯 | 10 | 40 | 180° | 完好 |
| 侧弯 | 10 | 40 | 180° | 完好 |
| 侧弯 | 10 | 40 | 180° | 完好 |
根据耐火钢技术要求，弯曲无裂纹，实验结果均满足技术要求。
低Mo新型耐火钢钢板采用Nb、Ti、V微合金化提高高温性能，所以Mo含量较低，但在焊接接头中，不能进行热处理，所以需要焊材中具有较高含量的Mo来提高焊接接头高温性能，焊材的合金成分较高，所以在进行焊接时采用的线能量不宜过高，防止出现淬硬组织，影响性能。
本发明采用的焊接工艺能够使低Mo新型耐火钢Q345FRE、Q390FRE、Q420FRE、Q460FRE四种级别钢种的焊接接头性能优良，对未来耐火建筑的建造起到至关重要的作用。
除上述实施例外，本发明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 (7)
1.一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对待焊接钢板进行坡口加工，不同厚度规格钢板采用不同坡口形式；
S2、为待焊接钢板匹配焊材，根据钢板强度级别匹配不同焊材；
S3、对待焊接钢板进行预热处理，根据钢板厚度进行不同温度预热；
S4、对钢板进行打底焊接1～2道，根据焊接位置采用不同焊接参数；
S5、对钢板进行填充焊接，根据焊接位置采用不同焊接参数，焊接方法为多层多道焊；
S6、对钢板进行清根处理，根据钢板厚度采取不同的清根方式。
2.根据权利要求1所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，其特征在于：所述步骤S1，
钢板厚度≤20mm时，采用V型坡口，坡口角度为单边29～31°，根部留间隙1～2mm，反面清根后不容易将钢板形变控制住，所以钢板组对时预留3～5°反变形；
钢板厚度＞20mm时，采用X型坡口，坡口角度为单边29～31°，根部留钝边1～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，其特征在于：所述步骤S2，
Q345FRE、Q390FRE钢板采用Φ1.2mm哈尔滨威尔焊接焊材HS390FR，焊材的主要成分为：C：0.030%～0.039%，Si：0.10%～0.40%，Mn：0.40%～1.10%，Cr：0.001%～0.002%，Ni：0.060%～0.090%，Mo：0.41%～0.82%，Cu：0.042%～0.074%，P≤0.008%，S≤0.005%；
Q420FRE、Q460FRE钢板采用Φ1.2mm哈尔滨威尔焊接焊材HS460FR，焊材的主要成分为：C：0.050%～0.086%，Si：0.20%～0.42%，Mn：0.80%～1.31%，Cr：0.001%～0.002%，Ni：0.061%～0.090%，Mo：0.41%～0.82%，Cu：0.072%～0.105%，P≤0.008%，S≤0.005%。
4.根据权利要求2所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，其特征在于：所述步骤S3，
钢板厚度≤8mm时，预热20℃；
8mm＜钢板厚度≤20mm时，预热40℃；
20mm＜钢板厚度≤30mm时，预热60℃；
30mm＜钢板厚度≤60mm时，预热100℃；
钢板厚度＞60mm时，预热150℃。
5.根据权利要求4所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，其特征在于：所述步骤S4，
平焊位置，焊接电流为200～220A，焊接电压为23～25V，焊接速度25～28cm/min，电弧可摆动或不摆动；
横焊位置，焊接电流为210～230A，焊接电压为24～26V，焊接速度25～28cm/min，电弧需摆动；
立焊位置，焊接电流为180～200A，焊接电压为22～24V，焊接速度为26～28cm/min，电弧需摆动；
仰焊位置，焊接电流为215～225A，焊接电压为23～25V，焊接速度为24～26cm/min，电弧需摆动。
6.根据权利要求5所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，其特征在于：所述步骤S5，
平焊位置，焊接电流为260～280A，焊接电压为29～31V，焊接速度为32～34cm/min，道间温度≤150℃，电弧可摆动或不摆动；
横焊位置，焊接电流为270～290A，焊接电压为30～32V，焊接速度为32～34cm/min，道间温度≤150℃，电弧需摆动；
立焊位置，焊接电流为200～210A，焊接电压为26～28V，焊接速度为22～24cm/min，道间温度≤150℃，电弧需摆动；
仰焊位置，焊接电流为265～285A，焊接电压为30～32V，焊接速度为30～32cm/min，道间温度≤150℃，电弧需摆动。
7.根据权利要求6所述的一种适用于低Mo新型耐火钢的气保电弧全位置焊接工艺，其特征在于：所述步骤S6，
钢板厚度≤8mm时，采用所述步骤S1中坡口型式，在钢板先焊侧焊接完毕后，在反面进行碳弧气刨清根1～2mm，再用所述步骤S5进行焊接；
8mm＜钢板厚度≤20mm时，采用所述步骤S1中坡口型式，在钢板先焊侧焊接2～3道后，在反面进行碳弧气刨清根2～3mm，再用所述步骤S5进行焊接；
钢板厚度＞20mm时，采用所述步骤S1中坡口型式，在钢板先焊侧焊接3～5道后，在反面进行碳弧气刨清根3～4mm，再用所述步骤S5进行焊接。
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| GR01 | Patent grant | ||
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