CN112620884B - 一种适用于低Mo耐火钢的手工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耐火钢的手工电弧全位置焊接工艺，涉及钢铁生产技术领域，焊接过程中采取不同规格不同预热、道间温度最低控制的方法，确保焊缝力学性能与母材匹配的同时，最大化工作效率，缩短工期。能够使低Mo耐火钢Q345FRE、Q390FRE、Q420FRE、Q460FRE四种级别钢种的焊接接头性能优良，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耐火钢的手工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耐火钢的手工电弧焊接工艺。
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耐火钢的手工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2～3道，根据焊接位置采用不同焊接参数，电弧摆动；
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，电弧摆动；
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耐火钢的手工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30°，根部不留间隙，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4～6°反变形；
钢板厚度＞20mm时，采用X型坡口，坡口角度为单边30°，根部留钝边0.5～1mm。
前所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工电弧全位置焊接工艺，步骤S2，
Q345FRE、Q390FRE钢板采用Φ4.0mm哈尔滨威尔焊接焊材J390FR，焊材的主要成分为：C：0.030%～0.036%，Si：0.10%～0.40%，Mn：0.65%～0.80%，Cr：0.031%～0.040%，Ni：0.048%～0.060%，Mo：0.31%～0.62%，Cu：0.050%～0.070%，P≤0.008%，S≤0.003%；
Q420FRE、Q460FRE钢板采用Φ4.0mm哈尔滨威尔焊接焊材J460FR，焊材的主要成分为：C：0.040%～0.066%，Si：0.10%～0.40%，Mn：0.70%～0.90%，Cr：0.031%～0.040%，Ni：0.051%～0.070%，Mo：0.35%～0.68%，Cu：0.053%～0.075%，P≤0.008%，S≤0.003%。
前所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工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耐火钢的手工电弧全位置焊接工艺，步骤S4，
平焊位置，焊接电流为153～161A，焊接电压为23～25V，焊接速度19～20cm/min，道间温度≤160℃；
横焊位置，焊接电流为151～162A，焊接电压为23～25V，焊接速度20～21cm/min，道间温度≤160℃；
立焊位置，焊接电流为122～130A，焊接电压为22～24V，焊接速度为20～22cm/min，道间温度≤160℃；
仰焊位置，焊接电流为153～161A，焊接电压为23～25V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃。
前所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工电弧全位置焊接工艺，步骤S5，
平焊位置，焊接电流为165～170A，焊接电压为23～25V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃；
横焊位置，焊接电流为168～175A，焊接电压为23～25V，焊接速度为20～22cm/min，道间温度≤160℃；
立焊位置，焊接电流为145～150A，焊接电压为22～24V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃；
仰焊位置，焊接电流为165～170A，焊接电压为23～25V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃。
前所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工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1.5～2.5mm，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3～5道后，在反面进行碳弧气刨清根1～2mm，再用所述步骤S5进行焊接；
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）本发明为低Mo耐火钢提供了适用的全位置的手工电弧焊焊接工艺，可行有效，焊接无缺陷，提高了焊接接头合格率，节省了返修成本，降低了经济损失；
（3）本发明焊接过程中采取不同规格不同预热、道间温度最低控制的方法，确保焊缝力学性能与母材匹配的同时，最大化工作效率，缩短工期；
（4）本发明对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耐火钢的手工电弧全位置焊接工艺，对规格为8mm的Nb代Mo耐火钢Q345FRE级别钢进行手工电弧焊接，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°，根部不留间隙，钢板组对时预留4～6°反变形；
S2、Q345FRE钢板采用Φ4.0mm哈尔滨威尔焊接焊材J390FR；
S3、钢板预热20℃；
S4、对钢板进行打底焊接2道，焊接电流为153～161A，焊接电压为23～25V，焊接速度19～20cm/min，道间温度≤160℃，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165～170A，焊接电压为23～25V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃，电弧摆动；
S6、在钢板先焊侧焊接完毕后，在反面进行碳弧气刨清根1.5mm，随后进行填充焊接，焊接电流为165～170A，焊接电压为23～25V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃，电弧摆动；
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。
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。
根据耐火钢技术要求，-40℃冲击≥34J，试验结果均满足技术要求。
弯曲试验
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耐火钢的手工电弧全位置焊接工艺，对规格为40mm的低Mo耐火钢Q460FRE级别钢进行手工电弧焊接，焊接位置为立焊，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0.5～1mm；
S2、Q460FRE钢板采用Φ4.0mm哈尔滨威尔焊接焊材J460FR；
S3、钢板预热100℃；
S4、对钢板进行打底焊接3道，焊接电流为122～130A，焊接电压为22～24V，焊接速度20～22cm/min，道间温度≤160℃，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145～150A，焊接电压为22～24V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃，电弧摆动；
S6、在钢板先焊侧焊接5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145～150A，焊接电压为22～24V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃，电弧摆动；
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。
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。
根据耐火钢技术要求，-40℃冲击≥34J，试验结果均满足技术要求。
弯曲试验
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 (6)
1.一种适用于低Mo耐火钢的手工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2～3道，根据焊接位置采用不同焊接参数，电弧摆动；
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，电弧摆动；
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；
所述步骤S2，
母材低Mo耐火钢Q345FRE、Q390FRE钢板采用Φ4.0mm哈尔滨威尔焊接焊材J390FR，焊材的主要成分为：C：0.030%～0.036%，Si：0.10%～0.40%，Mn：0.65%～0.80%，Cr：0.031%～0.040%，Ni：0.048%～0.060%，Mo：0.31%～0.62%，Cu：0.050%～0.070%，P≤0.008%，S≤0.003%；
母材低Mo耐火钢Q420FRE、Q460FRE钢板采用Φ4.0mm哈尔滨威尔焊接焊材J460FR，焊材的主要成分为：C：0.040%～0.066%，Si：0.10%～0.40%，Mn：0.70%～0.90%，Cr：0.031%～0.040%，Ni：0.051%～0.070%，Mo：0.35%～0.68%，Cu：0.053%～0.075%，P≤0.008%，S≤0.003%；
母材低Mo耐火钢的化学成分为：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%。
2.根据权利要求1所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工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30°，根部不留间隙，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4～6°反变形；
钢板厚度＞20mm时，采用X型坡口，坡口角度为单边30°，根部留钝边0.5～1mm。
3.根据权利要求2所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工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℃。
4.根据权利要求3所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工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153～161A，焊接电压为23～25V，焊接速度19～20cm/min，道间温度≤160℃；
横焊位置，焊接电流为151～162A，焊接电压为23～25V，焊接速度20～21cm/min，道间温度≤160℃；
立焊位置，焊接电流为122～130A，焊接电压为22～24V，焊接速度为20～22cm/min，道间温度≤160℃；
仰焊位置，焊接电流为153～161A，焊接电压为23～25V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃。
5.根据权利要求4所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工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165～170A，焊接电压为23～25V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃；
横焊位置，焊接电流为168～175A，焊接电压为23～25V，焊接速度为20～22cm/min，道间温度≤160℃；
立焊位置，焊接电流为145～150A，焊接电压为22～24V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃；
仰焊位置，焊接电流为165～170A，焊接电压为23～25V，焊接速度为19～20cm/min，道间温度≤160℃。
6.根据权利要求5所述的一种适用于低Mo耐火钢的手工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1.5～2.5mm，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3～5道后，在反面进行碳弧气刨清根1～2mm，再用所述步骤S5进行焊接；
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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