CN114473278A - 具有z向性能的钢材的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有Z向性能的钢材的焊接方法，包括：在第一主材的第一内侧壁开设第一坡口；在第二主材的第二外侧壁开设第二坡口；使第一主材的第一外侧壁与第二主材的第二外侧壁共面设置，并使第一主材与第二主材在第一方向上间隔设置；将衬垫的一端安放到第一主材的第一内侧壁上，并使衬垫与第一坡口配合形成第一接缝槽；将衬垫的另一端抵紧第二主材的端面，并使第二主材的第二坡口、第一主材、以及衬垫配合形成第二接缝槽；沿第一接缝槽施焊第一焊缝，以使第一主材与衬垫焊接为一体；以及沿第二接缝槽施焊第二焊缝，以使第一主材与第二主材接为一体。如此，通过第一焊缝，可避免由于衬垫与第一主材的材质不同而出现贯穿性裂纹的情况。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种具有Z向性能的钢材的焊接方法。
背景技术
在钢结构施工的过程中，当主材的材质为Q420及以上(屈服强度大等于420MPa)的钢材，且钢材的板厚大于40mm或是在特殊节点中，钢材还有Z向性能要求。目前，在具有Z向性能的钢材的对接焊缝处采用的衬垫材质一般为Q355(屈服强度为355MPa的钢材)，衬垫与主材焊接时采用的是低材质焊丝。由于在两种不同材质的材料进行焊接后收缩不一致，所以会在衬垫处的焊缝产生微裂纹，在柱本体采用高材质焊丝对接焊接时，裂纹会延伸至柱本体焊缝，甚至形成贯穿性裂纹。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有Z向性能的钢材的焊接方法，能够解决传统焊接过程中，在衬垫处的焊缝会产生微裂纹。
根据本发明一些实施例的一种具有Z向性能的钢材的焊接方法，包括：在第一主材的第一内侧壁开设第一坡口；在第二主材的第二外侧壁开设第二坡口；使所述第一主材的第一外侧壁与所述第二主材的第二外侧壁共面设置，并使所述第一主材与所述第二主材在第一方向上间隔设置；将衬垫的一端安放到所述第一主材的第一内侧壁上，并使所述衬垫与所述第一坡口配合形成第一接缝槽；将所述衬垫的另一端抵紧所述第二主材的端面，并使所述第二主材的第二坡口、所述第一主材、以及所述衬垫配合形成第二接缝槽；沿所述第一接缝槽施焊第一焊缝，以使所述第一主材与所述衬垫通过所述第一焊缝焊接为一体；以及沿所述第二接缝槽施焊第二焊缝，以使所述第一主材与所述第二主材通过所述第二焊缝焊接为一体。
根据本发明实施例的具有Z向性能的钢材的焊接方法，至少具有如下技术效果：
上述具有Z向性能的钢材的焊接方法，通过第一接缝槽施焊第一焊缝时，可焊透衬垫与第一主材，从而降低衬垫与第一主材在焊接点产生裂纹的几率。且由于第一主材与第二主材是间隔设置的，所以第二坡口与第一主材之间存在根部间隙γ，通过根部间隙γ就可保证第二焊缝的根部的第一主材与第二主材能够被焊透。同时在沿第二接缝槽施焊第二焊缝时，第二焊缝会对第一焊缝做热处理，从而消除第一焊缝中的残余内应力，进而进一步的降低衬垫与第一主材在焊接点产生裂纹的几率。另外第一焊缝可避免由第一焊缝的根部产生的裂纹朝第二焊缝延伸的情况，且在施焊第二焊缝时，第二焊缝与第一焊缝相接的焊层会再次熔融第一焊缝靠近第二焊缝的焊层，从而消除第一焊缝靠近第二焊缝的焊层中的裂纹。如此，通过第一焊缝，可避免由于衬垫与第一主材的材质不同而出现贯穿性裂纹的情况。
根据本发明的一些实施例，在沿所述第二接缝槽施焊第二焊缝，以使所述第一主材与所述第二主材通过所述第二焊缝焊接为一体中，包括：采用多层多道焊施焊所述第二焊缝。
根据本发明的一些实施例，在所述采用多层多道焊施焊所述第二焊缝中，包括：每层焊层的厚度控制在2mm～5mm，且焊接的层间温度控制在200℃～300℃。
根据本发明的一些实施例，所述第二焊缝包括多层焊层，且在所述采用多层多道焊施焊所述第二焊缝中，包括：每焊完预设层数的所述第二焊缝的所述焊层后进行保温处理，并使保温时间不小于0.5h，且所述第二焊缝的全部所述焊层施焊完成后的总保温时间不得小于1h。
根据本发明的一些实施例，在每焊完预设厚度的所述第二焊缝的焊层后进行保温处理，并使保温时间不小于0.5h，且第二焊缝全部施焊完成后的总保温时间不得小于1h后，具有Z向性能的钢材的焊接方法还包括：将全部保温完成的所述第二焊缝的所述焊层缓冷至常温。
根据本发明的一些实施例，在沿所述第一接缝槽施焊第一焊缝，以使所述第一主材与所述衬垫通过所述第一焊缝焊接为一体中，包括：采用低氢型焊条施焊所述第一接缝槽。
根据本发明的一些实施例，在所述将衬垫的一端安放到第一内侧壁上，并使衬垫与第一坡口配合形成第一接缝槽中，包括：使所述第一坡口与所述衬垫对接构成第一单边V形坡口。
根据本发明的一些实施例，在所述使所述第一坡口与所述衬垫共同构成第一单边V形坡口中，包括：使所述第一单边V形坡口的坡角α大等于35°且小等于45°。
根据本发明的一些实施例，在所述将衬垫的另一端抵紧第二主材的端面，并使第二坡口、第一主材、以及衬垫相互配合形成第二焊缝中，包括：使所述第二坡口与所述第一主材对接构成第二单边V形坡口。
根据本发明的一些实施例，在所述使所述第二坡口与所述第一主材共同构成第二单边V形坡口中，包括：使所述第二单边V形坡口的坡角β大等于35°且小等于45°。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例的具有Z向性能的钢材的焊接方法的结构示意图；
图2是图1所示图形A处的局部放大图。
附图标记：
100、第一主材；110、第一坡口；120、第一外侧壁；130、第一内侧壁；140、第一钝边；200、第二主材；210、第二坡口；220、第二外侧壁；230、第二内侧壁；240、第二钝边；300、衬垫；400、第一接缝槽；500、第二接缝槽；600、第一方向；700、第二方向。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，一实施例涉及的一种具有Z向性能的钢材的焊接方法，包括以下步骤：
步骤1：在第一主材100的第一内侧壁130开设第一坡口110，在第二主材200的第二外侧壁220开设第二坡口210；
步骤2：将衬垫300的一端安放到第一主材100的第一内侧壁130上，并使衬垫300与第一坡口110配合形成第一接缝槽400；
步骤3：沿第一接缝槽400施焊第一焊缝，以使第一主材100与衬垫300通过第一焊缝焊接为一体；
步骤4：使第一主材100的第一外侧壁120与第二主材200的第二外侧壁220共面设置，并使第一主材100与第二主材200在第一方向600上间隔设置；同时将衬垫300的另一端抵紧第二主材200的端面，并使第二主材200的第二坡口210、第一主材100、以及衬垫300配合形成第二接缝槽500；
步骤5：沿第二接缝槽500施焊第二焊缝，以使第一主材100与第二主材200通过第二焊缝焊接为一体。
在使用上述具有Z向性能的钢材的焊接方法对不等厚的圆管柱进行焊接中，壁厚不相等的第一圆管柱与第二圆管柱分别相当于第一主材100与第二主材200。焊接时首先在第一圆管柱的第一内侧壁130开设第一坡口110，然后在将衬垫300的一端安放到第一内侧壁130上，并使衬垫300与第一坡口110配合形成第一接缝槽400，然后沿第一接缝槽400施焊第一焊缝，从而使衬垫300与第一圆管柱通过第一焊缝焊接成一体，然后在使第一圆管柱的第一外侧壁120与第二圆管柱的第二外侧壁220共面设置，并使第一圆管柱与第二圆管柱在第一方向600上间隔设置；同时使衬垫300远离第一圆管柱的一端抵紧第二圆管柱的端面，从而使得第二圆管柱的第二坡口210、第一圆管柱的端面、以及衬垫300相互配合形成第二接缝槽500；最后沿第二接缝槽500施焊第二焊缝，从而使第一圆管柱与第二圆管柱通过第二焊缝焊接为一体,这样就可完成第一圆管柱与第二圆管柱的连接。
上述具有Z向性能的钢材的焊接方法，通过第一接缝槽400施焊第一焊缝时，可焊透衬垫300与第一主材100，从而降低衬垫300与第一主材100在焊接点产生裂纹的几率。且由于第一主材100与第二主材200是间隔设置的，所以第二坡口210与第一主材100之间存在根部间隙γ，通过根部间隙γ就可保证第二焊缝的根部的第一主材100与第二主材200能够被焊透。同时在沿第二接缝槽500施焊第二焊缝时，第二焊缝会对第一焊缝做热处理，从而消除第一焊缝中的残余内应力，进而进一步的降低衬垫300与第一主材100在焊接点产生裂纹的几率。另外第一焊缝可避免由第一焊缝的根部产生的裂纹朝第二焊缝延伸的情况，且在施焊第二焊缝时，第二焊缝与第一焊缝相接的焊层会再次熔融第一焊缝靠近第二焊缝的焊层，从而消除第一焊缝靠近第二焊缝的焊层中的裂纹。如此，通过第一焊缝，可避免由于衬垫300与第一主材100的材质不同而出现贯穿性裂纹的情况。
需要说明的是，上述以板厚不等的圆管柱的焊接对本申请的具有Z向性能的钢材的焊接方法的原理进行解释，不可理解为本申请只能应用于板厚不等的圆管柱的焊接。
另外，在第一主材100的第一内侧壁130开设第一坡口110时，保留第一钝边140，以使第一钝边140、第二坡口210以及第衬垫300配合形成上述的第二接缝槽500；在第二主材200的第二外侧壁220开设第二坡口210时，保留第二钝边240，以防止施焊第二焊缝时，位于第二焊缝的根部处的第二主材200的根部被烧穿。同时第二坡口210在第二方向700上的投影长度L4与第一板材的板厚L1相等，这样当衬垫300远离第一主材100的一端抵紧第二主材200时，第二坡口210就不会存在余边，从而就不会影响第二焊缝的根部的焊接质量。
其中，上述的第一主材100与第二主材200的板厚均大于40mm，且第一主材100的板厚L1小等于第二主材200的板厚L2,同时衬垫300的板厚L3小于40mm。同时上述的第一主材100与第二主材200均可选用Q420及以上的钢材，同时衬垫300选用Q355的钢材。
在一些实施例中，在沿第二接缝槽500施焊第二焊缝，以使第一主材100与第二主材200焊接为一体中，包括：采用多层多道焊施焊第二焊缝。具体地，从衬垫300处逐渐朝第二接缝槽500的敞口依次多层多道焊施焊第二焊缝。在多层多道焊中，在焊后一焊层时，会对前一焊层进行热处理，就相当于对前一焊层进行了一次正火处理，因而改善了二次组织，从而提高了第二焊缝的焊接质量。同时当在第二接缝槽500的衬垫300处施焊第一层焊层时，由于第二层焊层对第一层焊层的正火处理，使得第一层焊层的冷却速度降低，从而使得第一层焊层与第一焊缝的冷却速度的差值减少，进而避免在交接点处因冷却速度差值太大而出现贯穿性裂纹。如此，通过多层多道焊与第一焊缝的相互配合，就可进一步地降低第二焊缝出现裂纹的几率。
另外，在第二焊缝施焊到多层多到焊的最后一道焊层时，可在其最后一道焊层上再施焊一条退火焊道，这样保证最后一层焊层也可受到正火处理，从而保证焊接质量。
在一些实施例中，在采用多层多道焊施焊第二焊缝中，包括：每层焊层的厚度控制在2mm～5mm，且焊接的层间温度控制在200℃～300℃。具体到本实施例中，将每层焊层的厚度控制在5mm，层间温度控制在250℃。如此，可提高每层焊层的热处理质量。
在另一些实施例中，在采用多层多道焊施焊第二焊缝时，可使多层多道焊的第一层的焊层的层厚大于第一接缝槽400在第二方向700上投影的长度L5，这样在从衬垫300处开始焊接第二焊缝时，第一焊缝就只与第二焊缝的第一层的焊层相接。如此，可避免由于第二焊缝中的多层焊层与第一焊缝相接处的冷却速度不同，而易出现裂纹的情况。
其中，具体到图1中，第一方向600与第二方向700垂直设置。
在一些实施例中，第二焊缝包括多层焊层，且在采用多层多道焊施焊第二焊缝中，包括：每焊完预设层数的第二焊缝的焊层后进行保温处理，并使保温时间不小于0.5h，且第二焊缝的全部的焊层施焊完成后的总保温时间不得小于1h。具体地，每焊完4至15层的第二焊缝的焊层后进行保温处理，且使焊完的预设层数的焊层的总层厚控制在20mm～30mm。由于焊接会引起焊件不均匀的温度分布，同时焊缝金属的热胀冷缩不同，所以伴随焊接的施工会产生残余应力。而通过施焊完5层(每层焊层的层厚为5mm,总层厚为25mm)的焊层就保温不小于0.5h的时长，并在焊接完成后控制总保温的时间大等于1h，就可很好的消除在施焊第二焊缝的过程中焊层产生的残余应力。如此，通过保温处理就可有效的消除焊层中的残余应力。
其中，上述保温方法可选的是将焊接处放置热处理炉内，以200℃～300℃的温度进行保温处理；或使用喷火枪以200℃～300℃的焰温进行烘烤。
进一步地，在每焊完预设厚度的第二焊缝的焊层后进行保温处理，并使保温时间不小于0.5h，且第二焊缝全部施焊完成后的总保温时间不得小于1h后，具有Z向性能的钢材的焊接方法还包括，将全部保温完成的第二焊缝的焊层缓冷至常温。如此，通过缓冷可消除焊接钢材中的白点，同时避免再冷却过程中热应力与组织应力造成的裂纹。
其中，上述缓冷处理可选但不限于为自然缓冷。
在一些实施例中，在沿第一接缝槽400施焊第一焊缝，以使第一主材100与衬垫300焊接为一体中，包括：采用低氢型焊条施焊第一焊缝。具体地，低氢型焊条可选但不限于为E55XX低氢型焊条(低氢钠型药皮的碳钢焊条)。如此，使用低氢型焊条E55XX进行焊接，可提高其熔敷金属的抗裂性能，同时第一焊缝在低温冲击下韧性会更好。
另外，也可采用E55XX低氢型焊条进行第二焊缝的多层多道焊。
需要说明的是，使用上述低氢型焊条进行焊接时，在焊前焊条需要在300℃～350℃的温度下烘焙1h，且随烘随用。同时在焊前必须清除焊件上的铁锈、油污、水分等杂质。焊接时须用短弧操作，以窄焊道为宜。
如图1和图2所示，在一些实施例中，在将衬垫300的一端安放到第一内侧壁130上，并使衬垫300与第一坡口110配合形成第一接缝槽400中，包括：使第一坡口110与衬垫300对接构成第一单边V形坡口。具体地，使第一单边V形坡口的坡角α大等于35°并小等于45°。如此，通过第一单边V形坡口，在保证第一主材100与衬垫300能够被焊透的情况下，也可节省焊料。
如图1所示，在一些实施例中，在将衬垫300的另一端抵紧第二主材200的端面，并使第二坡口210、第一主材100、以及衬垫300相互配合形成第二接缝槽500中，包括：使第二坡口210与第一主材100对接构成第二单边V形坡口。具体地，使上述的第二单边V形坡口的坡角β大等于35°并小等于45°。如此，通过第二单边V形坡口，在保证第一主材100与第二主材200能够被焊透的情况下，也可节省焊料。
其中，上述的第一坡口110与第二坡口210，在普通情况下可使用机加工的方法加工出坡型面，当要求不高时也可进行气割，但需要清除氧化渣。具体到本实施例中，由于第一主材100与第二主材200分别是不等厚的第一圆管柱与第二圆管柱，因此也可采用管道坡口机或环型割管坡口机等装置。其中，管道坡口机与环型割管坡口机均为现有技术，在此不作过多地赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，包括：
在第一主材的第一内侧壁开设第一坡口；
在第二主材的第二外侧壁开设第二坡口；
使所述第一主材的第一外侧壁与所述第二主材的第二外侧壁共面设置，并使所述第一主材与所述第二主材在第一方向上间隔设置；
将衬垫的一端安放到所述第一主材的第一内侧壁上，并使所述衬垫与所述第一坡口配合形成第一接缝槽；
将所述衬垫的另一端抵紧所述第二主材的端面，并使所述第二主材的第二坡口、所述第一主材、以及所述衬垫配合形成第二接缝槽；
沿所述第一接缝槽施焊第一焊缝，以使所述第一主材与所述衬垫通过所述第一焊缝焊接为一体；以及
沿所述第二接缝槽施焊第二焊缝，以使所述第一主材与所述第二主材通过所述第二焊缝焊接为一体。
2.根据权利要求1所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，在沿所述第二接缝槽施焊第二焊缝，以使所述第一主材与所述第二主材通过所述第二焊缝焊接为一体中，包括：采用多层多道焊施焊所述第二焊缝。
3.根据权利要求2所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，在所述采用多层多道焊施焊所述第二焊缝中，包括：每层焊层的厚度控制在2mm～5mm，且焊接的层间温度控制在200℃～300℃。
4.根据权利要求2至3任一项所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，所述第二焊缝包括多层焊层，且在所述采用多层多道焊施焊所述第二焊缝中，包括：每焊完预设层数的所述第二焊缝的所述焊层后进行保温处理，并使保温时间不小于0.5h，且所述第二焊缝的全部所述焊层施焊完成后的总保温时间不得小于1h。
5.根据权利要求4任一项所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，在每焊完预设厚度的所述第二焊缝的焊层后进行保温处理，并使保温时间不小于0.5h，且所述第二焊缝全部施焊完成后的总保温时间不得小于1h后，还包括：
将全部保温完成的所述第二焊缝的所述焊层缓冷至常温。
6.根据权利要求1所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，在所述沿所述第一接缝槽施焊第一焊缝，以使所述第一主材与所述衬垫通过所述第一焊缝焊接为一体中，包括：采用低氢型焊条施焊所述第一接缝槽。
7.根据权利要求1所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，在所述将衬垫的一端安放到第一内侧壁上，并使衬垫与第一坡口配合形成第一接缝槽中，包括：使所述第一坡口与所述衬垫对接构成第一单边V形坡口。
8.根据权利要求7所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，在所述使所述第一坡口与所述衬垫共同构成第一单边V形坡口中，包括：使所述第一单边V形坡口的坡角α大等于35°且小等于45°。
9.根据权利要求1所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，在所述将衬垫的另一端抵紧第二主材的端面，并使第二坡口、第一主材、以及衬垫相互配合形成第二焊缝中，包括：使所述第二坡口与所述第一主材对接构成第二单边V形坡口。
10.根据权利要求9所述的具有Z向性能的钢材的焊接方法，其特征在于，在所述使所述第二坡口与所述第一主材共同构成第二单边V形坡口中，包括：使所述第二单边V形坡口的坡角β大等于35°且小等于45°。
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