CN101259562A

CN101259562A - 一种钢材的焊接工艺

Info

Publication number: CN101259562A
Application number: CNA2008100612568A
Authority: CN
Inventors: 戴刚平; 王淑红; 张国勋; 张再新; 包镇回
Original assignee: ZHEJIANG SHENGDA JIANGDONG IRON TOWER CO Ltd; ZHEJIANG XINDA ELECTRIC POWER STEEL TUBE CO Ltd; ZHEJIANG SHENGDA STEEL TOWER CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG SHENGDA JIANGDONG IRON TOWER CO Ltd; ZHEJIANG XINDA ELECTRIC POWER STEEL TUBE CO Ltd; ZHEJIANG SHENGDA STEEL TOWER CO Ltd
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2008-09-10

Abstract

一种ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：(1)焊接工艺参数的确定；(2)焊前准备：制备坡口、对口装配；(3)装配定位焊要求；(4)氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接；(5)氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接。本发明提供一种防止焊接钢管产生低塑性淬硬组织、预防奥氏体转变时的过热、增强奥氏体的稳定性和降低焊接应力减少焊接变形的ASTMA572 GR65钢的焊接工艺。

Description

一种钢材的焊接工艺

技术领域

本发明涉及钢材焊接技术，尤其是一种ASTM A572 GR65钢的焊接工艺。

背景技术

随着电力工业的迅速发展，高强度钢材正酝酿着大规模的推广应用，传统的结构用钢材如：Q235、Q345已经不能胜任某些重要的工程或部位。相关设计研究机构都非常重视高强钢的应用，但是由于其制作和焊接的难度，使得各大设计院都不敢轻言使用。由于高强钢的综合优点和经济价值决定着它有广阔的前景，因此本工程的使用是设计院试验性的开发应用。

ASMTA572 GR.65钢系美国钢铁协会标准的钢种，对应于中国的低合金高强度钢Q450。它的屈服点σs为450Mpa，抗拉强度σb为550～720Mpa。

ASMT A572 GR65钢(参照Q450)是在碳钢基础上，为改善钢的性能，在冶炼时加入一些合金元素Mn、Si、Ni、Ti、V、Nb等，Mn、Si提高了钢的强度，Ti、V、Nb细化了晶粒，增加了钢的韧性。加入稀土元素在于脱S和净化钢的有害杂质，改善钢的性能。

该钢材硬度较高，焊接及热镀锌后极有可能产生裂纹；由于合金成分较高从而导致碳当量较高，接头性能的明显劣化是焊接这类钢的主要困难；有较高的淬硬倾向，热镀锌温度大于450℃，在450℃以上温度快速冷却极有可能产生淬火裂缝和淬硬组织。这些都是我们加工ASMTA572 GR.65钢所面临解决的问题。

ASMTA572 GR.65钢热影响区容易产生低塑性淬硬组织，并且淬硬倾向随着材料厚度的增大而增大，容易产生冷裂纹。采用较大的焊接线能量可减少淬硬倾向，但由于这种钢材的淬硬倾向较大，仅通过加大线能量往往难以避免马氏体的形成，反而增大了奥氏体的过热和降低了奥氏体的稳定性，促使粗大马氏体的形成，使热影响区的脆化更为严重。

发明内容

为了克服已有ASMTA572 GR65钢焊接工艺的容易产生低塑性淬硬组织、增大奥氏体的过热区和降低奥氏体的稳定性的不足，本发明提供一种防止焊接钢管产生低塑性淬硬组织、预防奥氏体的过热和增强奥氏体的稳定性和降低焊接应力减少焊接变形的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：

(1)、焊接工艺参数的确定：采用小的线能量和多层多道焊，设定气体流量和焊接速度；

(2)、焊前准备：

①.制备坡口，并对坡口及其内外壁两侧30mm范围进行清理，直至露出金属光泽；

②.将两块需焊接母材料进行对口装配，并确认被焊接部位及其边缘30mm范围内无缺陷；

③.对口点固焊：点固焊的焊接材料与正式施焊时相同；焊接工艺与氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接时相同；

④.导电嘴到工件距离的调整：焊丝伸出长度控制在15～20mm；

(3)、装配定位焊要求：定位焊的焊接选用材料应是焊接同类型的材料，装配定位焊缝长度一般不小于50mm，定位焊的焊缝应均匀对称分布，定位焊接的电流应大于正常焊接时的电流；

(4)、氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接：氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底时焊接参数如下：

焊丝选用Φ1.2mm牌号为：ER50-6，混合气体比例为Ar∶CO2＝85％∶15％，气体流量为23～25L/min，氩气纯度在99.95％以上；

当气温低于-5℃时，对待焊区进行预热，预热温度为100～120℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；

焊接电弧电压为18～20V，焊接电流为120～140A，焊接速度为160～188mm/min；

氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底的每层焊层厚度控制在2.8～3.6mm范围内；

(5)、氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接：盖面焊道的焊接参数如下：

焊丝选用Φ1.2mm牌号为：ER50-6，焊道数为1道，混合气体比例为Ar∶CO2＝85％∶15％，气体流量为23～25L/min，氩气纯度在99.95％以上；

焊接电弧电压为27～29V，焊接电流为230～240A，焊接速度为290～304mm/min；

填充金属厚度为4.0～5.0mm。

进一步，所述步骤(4)和(5)中，焊接电源选择为松下MBC-500。

再进一步，在所述步骤(4)中，采用手提半自动气保焊枪打底焊接一层。

更进一步，在所述步骤(5)中，采用摆动焊的焊接方法，焊枪摆动的幅度小于等于10mm。

在所述步骤(2)中，制备坡口时，直至30mm范围露出金属光泽。

本发明的技术构思为：ASMT A572 GR65新钢种的使用将成为必然趋势，应用新钢种将大大减少钢材用量，与常规的Q235、Q290、Q345等钢材相比节省二分之一～三分之一的钢材用量。使结构的稳定性增加，由于上部结构整体重量减少，使基础设施投入也相应减少。

防止热影响区脆化的工艺措施主要是采用小的焊接线能量，减少高温停留时间，避免钢材高温奥氏体的过热区过大，造成奥氏体成分的不均匀性，从而降低奥氏体的组织稳定性；并采用多层多道焊，焊接层数随着焊缝高度及板材厚度的变化而变化。

气体流量对焊接质量也有很大的影响，流量过大，会产生不规则紊流，保护效果反而差。同时应合理地控制堆焊速度，速度过快会引起气孔等缺陷，过慢则效率低，输入焊缝的热量过多，敷层金属晶粒粗大，成型差。

本发明的有益效果主要表现在：防止焊接钢管产生低塑性淬硬组织、预防奥氏体的过热和增强奥氏体的稳定性和降低焊接应力减少焊接变形的。

附图说明

图1是直缝钢管对接焊缝氩气/二氧化碳混合气体保护焊坡口尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种ASTM A572 GR.65钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用氩气/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：

本发明在工艺上进行了严密、详细的设计，为ASTM A572 GR.65钢的焊接提供了规范性的工艺操作守则。

(1).焊接工艺参数的确定

ASMT A572 GR.65钢热影响区容易产生低塑性淬硬组织，并且淬硬倾向随着材料厚度的增大而增大，容易产生冷裂纹。采用较大焊接线能量可减少淬硬倾向，但由于这种钢材的淬硬倾向较大，仅通过加大线能量往往难以避免马氏体的形成，反而增大了奥氏体的过热区的扩大和降低了奥氏体组织的稳定性，促使粗大马氏体的形成，使热影响区的脆化更为严重。因此防止热影响区脆化的工艺措施主要是采用小的线能量，减少高温停留时间，避免钢材奥氏体的过热，减少奥氏体成分的不均匀性，从而提高钢材奥氏体组织的稳定性，并采用多层多道焊，焊接层数随着焊缝高度及板材厚度的变化而变化。

气体流量对焊接质量也有很大的影响，流量过大，会产生不规则紊流，保护效果反而差。同时应合理地控制焊接速度，速度过快会引起气孔等缺陷，过慢则效率低，输入焊缝的热量过多，敷层金属晶粒粗大，成型差。

(2).焊前准备：

①.制备坡口，并对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至30mm范围露出金属光泽；

③.对口点固焊：点固焊的焊接材料、焊接工艺与氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接时相同；

④.导电嘴到工件距离的调整：焊丝伸出长度控制在15～20mm。若焊丝伸出太长，造成气体保护效果差，飞溅严重，且空气吹动影响焊接电弧，造成气孔增多；反之，若焊丝伸出太短，容易造成电弧烧坏导电嘴或飞溅物堵塞喷嘴现象。

(3).装配定位焊要求：

为防止定位焊焊缝开裂，定位焊的焊接选用材料应是焊接同类型的材料。装配定位焊缝长度一般不小于50mm，定位焊的顺序，以防止较大的拘束为原则，允许工件有适当的变形，其焊缝应均匀对称分布，定位焊接的电流应稍大于正常焊接时的电流。

(4).氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底焊接：

采用手提半自动气保焊枪打底焊接一层，氩气/二氧化碳混合气体保护焊打底时焊接参数如下：焊丝选用Φ1.2mm牌号为：ER50-6，混合气体比例为Ar∶CO2＝85％∶15％，气体流量为23～25L/min，氩气纯度在99.95％以上；

焊接电弧电压为18～20V，焊接电流为120～140A，焊接速度为160～188mm/min；焊接电源选择为松下MBC-500。

(5).富氩/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接：

采用摆动焊的焊接方法，焊枪摆动的幅度小于等于10mm。

盖面焊道的焊接参数如下：

焊接电弧电压为27～29V，焊接电流为230～240A，焊接速度为290～304mm/min；焊接电源选择为松下MBC-500。

填充金属厚度为4.0～5.0mm；

本实施例以直缝钢管对接焊缝氩气/二氧化碳混合气体保护焊为例，尺寸详见下图1。

本实施例ASMT A572 GR-65新钢种已用于220kV江东变电所构架梁、柱，现已顺利建成投产，用户反应良好。

由于该钢材重量轻、稳定性好、强度高等优点，目前正被用于舟山跨海与大陆联网工程总高370米钢管高塔塔头部位的制作，该塔建成后将成为电力行业世界第一高塔。

Claims

1、一种ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用氩气、二氧化碳混合气体保护焊进行打底焊接，采用富氩/二氧化碳混合气体保护焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：

(2)、焊前准备：

①.制备坡口，并对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽；

④.导电嘴到工件距离的调整：焊丝伸出长度控制在15～20mm；

(3)、装配定位焊要求：定位焊的焊接选用材料应与焊接同类型的材料相同；装配定位焊缝长度一般不小于50mm，定位焊的焊缝应均匀对称分布，定位焊接的电流应略大于正常焊接时的电流；

焊丝选用Φ1.2mm牌号为：ER50-6，混合气体比例为Ar∶CO₂＝85％∶15％，气体流量为23～25L/min，氩气纯度在99.95％以上；

焊丝选用Φ1.2mm牌号为：ER50-6，焊道数为1道，混合气体比例为Ar∶CO₂＝85％∶15％，气体流量为23～25L/min，氩气的纯度在99.95％以上；

填充金属厚度为4.0～5.0mm。

2、如权利要求1所述的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，其特征在于：所述步骤(4)和(5)中，焊接电源选择为松下MBC-500。

3、如权利要求2所述的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤(4)中，采用手提半自动气保焊枪打底焊接一层。

4、如权利要求2所述的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤(5)中，采用摆动焊的焊接方法，焊枪摆动的幅度小于等于10mm。

5、如权利要求1-4之一所述的ASTM A572 GR65钢的焊接工艺，其特征在于：在所述步骤(2)中，制备坡口时，直至30mm范围露出金属光泽。