CN114406418A - 一种q345级别材料的不预热焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Q345级别材料的不预热焊接方法，涉及钢结构焊接技术领域，所述方法选用碳当量及冷裂纹敏感指数低的Q345级别材料构件，Q345级别材料构件的焊接性优，焊接接头热影响区的抗冷裂纹能力高；选用冲击韧性高且扩散氢含量低的焊材，提高了焊接接头焊缝区的抗冷裂纹能力；以上共同降低了焊接接头的冷裂倾向，焊接时焊接接头不会出现冷裂纹，省略了焊前预热步骤，可实现Q345级别材料构件的不预热焊接，提高了焊接效率，同时避免了传统方法产生的预热温度对焊工焊接操作的影响。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构焊接技术领域，尤其涉及一种Q345级别材料的不预热焊接方法。
背景技术
传统Q345级别材料属于低合金高强钢，具有高强度和高塑形的特点，广泛应用于船舶、桥梁、建筑、压力容器等领域。由于低合金高强钢中合金元素含量较高，碳当量处于一个较高的水平，传统Q345级别材料焊接时有一定的淬硬倾向，接头有产生冷裂纹的风险，当材料的厚度较大(一般≥40mm)时，焊接前需要进行一定程度的预热。焊前预热的焊接方法在浪费人力物力的同时，也极大地降低了焊接效率。
发明内容
本发明实施例通过提供一种Q345级别材料的不预热焊接方法，解决了现有技术中Q345级别材料焊前预热的焊接方法效率低的技术问题，实现了Q345级别材料构件不预热焊接，提高了焊接效率。
本发明通过本发明的实施例提供如下技术方案：
一种Q345级别材料的不预热焊接方法，包括：
获取碳当量低于预设碳当量阈值且冷裂纹敏感指数低于预设敏感指数阈值的Q345级别材料构件；
选择冲击韧性高于预设冲击阈值且扩散氢含量低于预设含量阈值的第一焊材、第二焊材及第三焊材；
构建所述Q345级别材料构件上用于焊接的坡口；
利用第一焊接工艺并通过所述第一焊材焊接所述坡口处的打底焊道，利用第二焊接工艺并通过所述第二焊材焊接所述坡口处的填充焊道，利用第三焊接工艺并通过所述第三焊材焊接所述坡口处的盖面焊道。
优选的，所述坡口为X型。
优选的，所述坡口的角度范围为50～70°。
优选的，所述坡口的装配间隙为2～4mm。
优选的，所述利用第一焊接工艺并通过所述第一焊材焊接所述坡口处的打底焊道，利用第二焊接工艺并通过所述第二焊材焊接所述坡口处的填充焊道，利用第三焊接工艺并通过所述第三焊材焊接所述坡口处的盖面焊道，包括：
焊接所述打底焊道；
在焊接完所述打底焊道后，焊接所述填充焊道及所述盖面焊道。
优选的，所述在焊接完所述打底焊道后，焊接所述填充焊道及所述盖面焊道，包括：
在焊接完所述打底焊道后，焊接所述填充焊道；
在焊接完所述填充焊道后，焊接所述盖面焊道。
优选的，所述第一焊接工艺、所述第二焊接工艺及所述第三焊接工艺的热输出在第一热输入阈值与第二热输入阈值之间。
优选的，所述第一焊接工艺、所述第二焊接工艺或所述第三焊接工艺包括气体保护焊，所述第一热输入阈值为20kJ/cm，所述第二热输入阈值为30kJ/cm。
优选的，所述第二焊接工艺或所述第三焊接工艺包括埋弧焊，所述第一热输入阈值为25kJ/cm，所述第二热输入阈值为40kJ/cm。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
选用碳当量及冷裂纹敏感指数低的Q345级别材料构件，Q345级别材料构件的焊接性优，焊接接头热影响区的抗冷裂纹能力高；选用冲击韧性高且扩散氢含量低的焊材，提高了焊接接头焊缝区的抗冷裂纹能力；以上共同降低了焊接接头的冷裂倾向，焊接时焊接接头不会出现冷裂纹，省略了焊前预热步骤，可实现Q345级别材料构件的不预热焊接，提高了焊接效率，同时避免了传统方法产生的预热温度对焊工焊接操作的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的Q345级别材料的不预热焊接方法的流程图；
图2为本发明的X型坡口的示意图。
附图标记说明：
10-Q345级别材料构件；20-打底焊道；30-填充焊道；40-盖面焊道。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种Q345级别材料的不预热焊接方法，解决了现有技术中Q345级别材料焊前预热的焊接方法效率低的技术问题。
本发明实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种Q345级别材料的不预热焊接方法，如图1所示，包括：
步骤S1，获取碳当量低于预设碳当量阈值且冷裂纹敏感指数低于预设敏感指数阈值的Q345级别材料构件；
步骤S2，选择冲击韧性高于预设冲击阈值且扩散氢含量低于预设含量阈值的第一焊材、第二焊材及第三焊材；
步骤S3，构建Q345级别材料构件上用于焊接的坡口；
步骤S4，利用第一焊接工艺并通过第一焊材焊接坡口处的打底焊道，利用第二焊接工艺并通过第二焊材焊接坡口处的填充焊道，利用第三焊接工艺并通过第三焊材焊接坡口处的盖面焊道。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图2所示，坡口为对Q345级别材料构件进行焊接的位置，Q345级别材料构件分为图2中左右两部分，左右两部分的端部构成坡口。本实施例的坡口为X型，X型坡口构成两个上下对称的V型结构以及两个左右对称的V型结构。焊接时焊材处于坡口内，两个上下对称的V型结构中，由顶点向外依次为打底焊道、填充焊道以及盖面焊道。两个左右对称的V型结构顶点之间的缝隙为焊缝区，焊缝区为打底焊道的一部分，两个左右对称的V型结构顶点之间的距离为坡口的装配间隙。坡口以及坡口内的焊材共同构成焊接接头。
其中，坡口为X型，提高了打底焊道的抗裂性，进而提高了焊接接头整体的抗裂性。Q345级别材料构件的材料屈服强度不小于345MPa，抗拉强度为490～620MPa，生产方式为热机械控制工艺(TMCP)生产。
一般的，若Q345级别材料构件的碳当量或冷裂纹敏感指数太高，会导致焊接接头热影响区的抗冷裂纹能力差，进而导致焊接接头依然存在冷裂倾向，可能导致无法实现不预热焊接。焊接Q345级别材料构件时，若使用的焊材冲击韧性太低或扩散氢含量太高，会导致焊接接头焊缝区的抗冷裂纹能力差，进而导致焊接接头依然存在冷裂倾向，可能导致无法实现不预热焊接。
步骤S1中，预设碳当量阈值可为0.40，预设敏感指数阈值可为0.20。这样可保证选用的Q345级别材料构件的碳当量及冷裂纹敏感指数较低，Q345级别材料构件的焊接性优，焊接接头热影响区的抗冷裂纹能力高，降低焊接接头的冷裂倾向，有利于实现不预热焊接。
步骤S2和S3中，第一焊接工艺、第二焊接工艺及第三焊接工艺可为气体保护焊，第二焊接工艺及第三焊接工艺可为埋弧焊。当为气体保护焊时，第一焊材、第二焊材或第三焊材可为实心焊丝或药芯焊丝，实心焊丝的型号可为GB/T8110 ER55-Ni1，药芯焊丝的型号可为GB/T10045 E501T-1L。当为埋弧焊时，第二焊材或第三焊材可为GB/T 12470 H10Mn2A埋弧焊丝搭配GB/T 12470 F48A4-H10Mn2焊剂。采用实心焊丝的气体保护焊时，焊接电流180～230A，焊接电压20～25V，焊接速度0.17～0.25cm/s；采用药芯焊丝的气体保护焊时，焊接电流200～250A，焊接电压25～30V，焊接速度0.24～0.32cm/s；采用埋弧焊丝搭配焊剂的埋弧焊时，焊接电流450～650A，焊接电压28～35V，焊接速度0.50～0.65cm/s。由于埋弧焊的电流大，打底焊道的焊缝区具有间隙，埋弧焊易焊穿焊缝区，从而第一焊接工艺不会采用埋弧焊。
步骤S2中，无论第一焊材、第二焊材或第三焊材是实心焊丝还是药芯焊丝，无论第二焊材或第三焊材是实心焊丝、药芯焊丝还是埋弧焊丝搭配焊剂，第一焊材、第二焊材及第三焊材均需满足焊材的熔敷金属扩散氢含量不大于5ml/100g且在-40℃时冲击韧性不小于47J，即预设冲击阈值为47J，预设含量阈值为5ml/100g。这样可提高焊接接头焊缝区的抗冷裂纹能力，进而降低焊接接头的冷裂倾向，有利于实现不预热焊接。
这样，本实施例选用碳当量及冷裂纹敏感指数低的Q345级别材料构件，Q345级别材料构件的焊接性优，焊接接头热影响区的抗冷裂纹能力高；选用冲击韧性高且扩散氢含量低的焊材，提高了焊接接头焊缝区的抗冷裂纹能力；以上共同降低了焊接接头的冷裂倾向，焊接时焊接接头不会出现冷裂纹，省略了焊前预热步骤，可实现Q345级别材料构件的不预热焊接，提高了焊接效率，同时避免了传统方法产生的预热温度对焊工焊接操作的影响。
步骤S1与S2可不分先后顺序，即步骤S1与S3构成步骤S2的平行步骤。
本实施例中，可不区分焊接顺序对打底焊道、填充焊道及盖面焊道进行焊接，但为了进一步保证实现不预热焊接，优选步骤S3包括：焊接打底焊道；在焊接完打底焊道后，焊接填充焊道及盖面焊道。
焊接Q345级别材料构件时，采用先焊接打底焊道再焊接填充焊道及盖面焊道的方式，由于焊接打底焊道时，产生的热量对坡口具有预热作用，即对填充焊道及盖面焊道具有预热作用，可提高焊接接头的抗裂性，降低焊接接头的冷裂倾向，保证焊接时焊接接头不会出现冷裂纹，有利于保证实现Q345级别材料构件的不预热焊接。
本实施例中，可先焊接填充焊道再焊接盖面焊道，也可两者不加以区分一起焊接。由于填充焊道距离打底焊道较近，焊接打底焊道时产生的热量可保证对填充焊道的预热效果，降低焊接接头的冷裂倾向，保证实现填充焊道的不预热焊接。若填充焊道与盖面焊道不加以区分一起焊接，由于盖面焊道距离打底焊道较远，焊接打底焊道时产生的热量对盖面焊道的预热效果差，可能无法降低焊接接头的冷裂倾向，导致无法实现盖面焊道的不预热焊接。
为此，本实施例优选所述在焊接完打底焊道后，焊接填充焊道及盖面焊道，包括：在焊接完打底焊道后，焊接填充焊道；在焊接完填充焊道后，焊接盖面焊道。
本实施例中，在焊接打底焊道时产生的热量可对填充焊道进行预热，保证填充焊道的预热效果，在焊接填充焊道时产生的热量可对盖面焊道进行预热，保证盖面焊道的预热效果，最终降低焊接接头的冷裂倾向，提高焊接接头的抗裂性，保证实现焊接接头的不预热焊接。
本实施例中，X型坡口的角度为两个上下对称的V型结构的顶角角度。对于X型坡口的角度而言，若X型坡口的角度太小，母材对打底焊道的稀释影响会较大，导致打底焊道的焊缝区的抗裂性不足；若X型坡口的角度太大，不利于焊接。优选X型坡口的角度范围为50～70°，可在不影响焊接的前提下减小母材对打底焊道的稀释影响、提高打底焊道的焊缝区的抗裂性。对于坡口的装配间隙而言，若装配间隙太小，打底焊道的焊道形状不良，导致打底焊道的焊缝区的抗裂性不足；若装配间隙太大，同样不利于焊接。本实施例优选装配间隙为2～4mm，可在不影响焊接的前提下确保打底焊道获得良好焊道形状、提高打底焊道的焊缝区的抗裂性。这样通过控制X型坡口的角度及装配间隙，可共同提高打底焊道的冲击性能及抗裂性。
本实施例中，在焊接时，若打底焊道的热输入太小，即第一焊接工艺、第二焊接工艺及第三焊接工艺的热输出太小，会导致焊缝区熔敷金属冷速快，产生组织淬硬带来的抗裂性差问题，；若打底焊道的热输入太大，会导致焊缝区熔敷金属冷速慢，产生组织粗化带来冲击性能差的问题。
为此，本实施例优选第一焊接工艺、第二焊接工艺及第三焊接工艺的热输出在第一热输入阈值与第二热输入阈值之间。具体的，当第一焊接工艺、第二焊接工艺或第三焊接工艺为气体保护焊时，第一热输入阈值为20kJ/cm，第二热输入阈值为30kJ/cm。当第二焊接工艺或第三焊接工艺为埋弧焊时，第一热输入阈值为25kJ/cm，第二热输入阈值为40kJ/cm。这样通过控制打底焊道的热输入，可避免焊缝区组织淬硬倾向及焊缝区组织粗化，可以提高焊缝区的抗裂性。实验中发现，焊接填充焊道时，坡口的温度处于40～80℃之间；焊接盖面焊道时，坡口的温度处于60～100℃之间。
另外，本实施例经实验发现，Q345级别材料构件的厚度越大，保证焊接时不产生冷裂纹的难度越大，但在Q345级别材料构件的厚度不大于80mm时，所述不预热焊接方法可保证构件焊接时不产生冷裂纹，实现不预热焊接。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，包括：
获取碳当量低于预设碳当量阈值且冷裂纹敏感指数低于预设敏感指数阈值的Q345级别材料构件；
选择冲击韧性高于预设冲击阈值且扩散氢含量低于预设含量阈值的第一焊材、第二焊材及第三焊材；
构建所述Q345级别材料构件上用于焊接的坡口；
利用第一焊接工艺并通过所述第一焊材焊接所述坡口处的打底焊道，利用第二焊接工艺并通过所述第二焊材焊接所述坡口处的填充焊道，利用第三焊接工艺并通过所述第三焊材焊接所述坡口处的盖面焊道。
2.如权利要求1所述的Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，所述坡口为X型。
3.如权利要求2所述的Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，所述坡口的角度范围为50～70°。
4.如权利要求2所述的Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，所述坡口的装配间隙为2～4mm。
5.如权利要求1所述的Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，所述利用第一焊接工艺并通过所述第一焊材焊接所述坡口处的打底焊道，利用第二焊接工艺并通过所述第二焊材焊接所述坡口处的填充焊道，利用第三焊接工艺并通过所述第三焊材焊接所述坡口处的盖面焊道，包括：
焊接所述打底焊道；
在焊接完所述打底焊道后，焊接所述填充焊道及所述盖面焊道。
6.如权利要求5所述的Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，所述在焊接完所述打底焊道后，焊接所述填充焊道及所述盖面焊道，包括：
在焊接完所述打底焊道后，焊接所述填充焊道；
在焊接完所述填充焊道后，焊接所述盖面焊道。
7.如权利要求1所述的Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，所述第一焊接工艺、所述第二焊接工艺及所述第三焊接工艺的热输出在第一热输入阈值与第二热输入阈值之间。
8.如权利要求7所述的Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，所述第一焊接工艺、所述第二焊接工艺或所述第三焊接工艺包括气体保护焊，所述第一热输入阈值为20kJ/cm，所述第二热输入阈值为30kJ/cm。
9.如权利要求7所述的Q345级别材料的不预热焊接方法，其特征在于，所述第二焊接工艺或所述第三焊接工艺包括埋弧焊，所述第一热输入阈值为25kJ/cm，所述第二热输入阈值为40kJ/cm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220429 |