CN102441727A

CN102441727A - 一种调质低合金高强钢气体保护焊接方法

Info

Publication number: CN102441727A
Application number: CN2011103634448A
Authority: CN
Inventors: 尹雨群; 李丽; 汪晶洁; 李定金
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: CN102441727B

Abstract

本发明属于钢铁材料焊接技术领域，涉及一种屈服强度不低于960MPa级的调质低合金高强钢气体保护焊焊接方法，选用屈服强度不低于960MPa的调质低合金高强钢板，其厚度为8mm～30mm，并为相同板厚组合对接；选用80%Ar+20%CO₂混合气体；焊丝：C：0.08～0.10%，Mn：1.60～2.0%，Si：0.60～0.90%，P≤0.015%，S≤0.010%，Mo：0.50～0.70%，Ni：2.1～2.3%，Cr：0.30～0.45%，余量为Fe及不可避免的杂质；固定点对焊及打底焊时，施焊前进行125℃预热，连续焊接，填充及盖面焊缝焊道间温度大于等于125℃，焊接时焊接热输入量控制在1.0～1.35KJ/mm。本发明可保证焊接接头具有高强度，焊接接头-40℃冲击韧性大于27J的高标准设计要求，焊缝具有优良的抗裂性能，接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，同时焊接施工条件得到改善，生产成本降低。

Description

一种调质低合金高强钢气体保护焊接方法

技术领域

本发明属于钢铁材料焊接技术领域，涉及一种屈服强度不低于960MPa级的调质低合金高强钢气体保护焊焊接方法。

背景技术

低合金钢是在碳素钢基础上，再加入一些少量的合金元素，达到提高强度，并改善其使用性能而发展起来的一类工程结构用钢。目前TMCP技术已经广泛应用于低合金高强钢的生产过程中，但是对于强度级别更高的中厚板以及性能稳定性与均匀性要求更高的关键结构件用钢而言，调质热处理(淬火+回火)生产工艺仍是无可替代的。同时国内中厚板生产企业新建的现代化热处理线已相继投产，为高强级高性能调质板的制造提供设备保证。

随着工程机械行业向“三高一大”方向发展，市场对低合金高强度钢的需求越来越大，这就对结构用钢的性能提出了更高的要求，不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的加工工艺性能和焊接性能。屈服强度960MPa级调质钢集高强度、高韧性、高寿命于一身，此级别钢种的使用将有效地减轻设备自重并提高工程机械的能力效率，因此该钢种的需求量增加趋势明显，有较好的应用前景，是目前各中厚板厂家大力投入研发的品种之一。

作为焊接结构材料来说，要充分发挥母材的性能，必须有强度和韧性匹配良好的焊接接头，才能有效提高焊接结构质量的可靠性和稳定性。已有的实践表明，根据钢的合金化原则，一般随着低合金钢的强度不断提高，其化学成分中的碳及合金元素的质量分数也会相应增多，在焊接时，容易引起接头的脆化、软化及裂纹倾向增大等一系列的焊接问题，常常导致焊接结构发生破坏，造成重大经济损失。因此，如何在实际生产中采取一定的工艺措施，避免其在焊接过程中产生影响焊接接头的焊接缺陷，以获得高质量的焊接接头，为该类材料在实际生产中的大规模推广应用打下良好基础，将有利于推动钢材的应用，从而提升产品的核心竞争力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种调质低合金高强钢气体保护焊接方法，保证焊接接头具有高强度，焊接接头-40℃冲击韧性大于27J的高标准设计要求，焊缝具有优良的抗裂性能，接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，同时焊接施工条件得到改善，生产成本降低。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种调质低合金高强钢气体保护焊接方法，选用屈服强度不低于960MPa的调质低合金高强钢板，其厚度为8mm～30mm，并为相同板厚组合对接；

选用Ar气与CO₂混合气体为保护气体，所述Ar气与CO₂的配比为（体积比）：Ar气：80%，CO₂：20%；

选用焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.08～0.10%，Mn：1.60～2.0%，Si：0.60～0.90%，P≤0.015%，S≤0.010%，Mo：0.50～0.70%，Ni：2.1～2.3%，Cr：0.30～0.45%，余量为Fe及不可避免的杂质；

焊前打磨清除焊缝周边20mm～50mm范围内的铁锈、油污；

固定点对焊及打底焊时，施焊前进行125℃预热，连续焊接，填充及盖面焊缝焊道间温度大于等于125℃，焊接时焊接热输入量控制在1.0～1.35KJ/mm。

由于焊接热输入量变化将影响焊接热循环过程，由此将对焊接接头焊缝金属和热影响区的组织和力学性能带来影响。本发明对不同焊接热输入量条件下对板厚为8mm及30mm的调质低合金高强钢Q960E气保焊对接接头力学性能的影响，分别对焊接接头焊缝金属的拉伸性能、焊接接头各部位-40℃夏比V型缺口冲击功进行了测定和分析。结果表明，焊接热输入量在1.0～1.35KJ/mm条件下，8mm、30mm厚的调质低合金高强钢Q960E气保焊对接接头力学性能焊接接头抗拉强度Rm≥1000 MPa，接头侧弯d=6a，180o 合格，焊缝金属、熔合区、热影响区熔合线外1mm处-40℃冲击功AKv≥27J。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，气体保护焊坡口采用非对称或对称双面X型坡口，坡口角度为60o，坡口间隙为0～1mm，钝边为0～1mm。

前述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，其特征在于：施焊前进行125℃预热时，预热范围不少于焊接坡口两侧各90mm范围内；焊接电流240～260A，电弧电压26～28V，焊接速度33cm/min。

前述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.08%，Mn：2.0%，Si：0.60%，P：0.015%，S：0.010%，Mo：0.50%，Ni：2.1%，Cr：0.30%，余量为Fe及不可避免的杂质。

前述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.10%，Mn：1.60%，Si：0.90%，P：0.012%，S：0.008%，Mo：0.70%，Ni：2.3%，Cr：0.45%，余量为Fe及不可避免的杂质。

前述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.09%，Mn：1.80%，Si：0.80%，P：0.010%，S：0.007%，Mo：0.60%，Ni：2.2%，Cr：0.40%，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的有益效果是：本发明采用80%Ar+20% CO₂混合气体保护焊，焊接材料按照低强匹配原则本发明的焊丝施焊，焊前以较低的温度预热，焊后不进行热处理，合理控制焊接热输入量，使Q960E钢板焊接接头焊缝金属组织以细小的贝氏体为主，焊接热影响区获得回火板条马氏体组织，从而使焊接接头具有优良的强韧性及抗裂性能，尤其是焊接接头的塑性及冲击韧性有了较大提高，确保综合机械性能满足设计要求，且施焊过程相对简单，提高了焊接生产效率，改善焊接施工条件，降低生产成本。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种调质低合金高强钢气体保护焊接方法，具体工艺如下：

采用调质处理生产的屈服强度级别为960MPa级的高强钢板Q960E，厚板组合为30mm+30mm，尺寸为450mm×400mm×30mm；

选用焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.08%，Mn：2.0%，Si：0.60%，P：0.015%，S：0.010%，Mo：0.50%，Ni：2.1%，Cr：0.30%，余量为Fe及不可避免的杂质；

气体保护焊坡口采用非对称双面X型坡口，坡口角度为60o，坡口间隙为0～1mm，钝边为0mm；

将待焊接的Q960E高强钢预热125℃，预热范围不少于焊接坡口两侧各90mm范围内；

焊接工艺参数：焊接电流260A，电弧电压28V，焊接速度33cm/min，焊接热输入量1.32KJ/mm；对厚度为30mm+30mm组合钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度不低于125℃。

经对采用上述焊接方法焊接的调质低合金高强钢Q960E对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：1030MPa，断裂位置：母材，接头冷弯d=6a，180o 合格，焊缝金属-40℃冲击功AKv：55J，熔合线及热影响区熔合线外1mm处-40℃冲击功AKv分别为：40J、47J。

实施例2

采用调质处理生产的屈服强度级别为960MPa级的高强钢板Q960E，厚板组合为8mm+8mm，试板尺寸为450mm×400mm×8mm；

选用焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.10%，Mn：1.60%，Si：0.90%，P：0.012%，S：0.008%，Mo：0.70%，Ni：2.3%，Cr：0.45%，余量为Fe及不可避免的杂质；

气体保护焊坡口采用对称双面X型坡口，坡口角度为60o，坡口间隙为0～1mm，钝边为1mm；

将待焊接的Q960E高强钢预热125℃，预热范围不少于焊接坡口两侧各75mm范围内；

焊接工艺参数：焊接电流240A，电弧电压26V，焊接速度33cm/min、焊接热输入量1.1KJ/cm；对厚度为8mm+8mm组合钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度不低于125℃。

经对采用上述焊接方法焊接的高强钢板Q960E对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：1020MPa，断裂位置：母材，接头冷弯d=4a，180o 合格，焊缝金属-40℃冲击功AKv：49J，熔合线及热影响区熔合线外1mm处-40℃冲击功AKv：41J、46J。

实施例3

采用调质处理生产的屈服强度级别为960MPa级的高强钢板Q960E，厚板组合为15mm+15mm，试板尺寸为450mm×400mm×15mm；

选用焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.09%，Mn：1.80%，Si：0.80%，P：0.010%，S：0.007%，Mo：0.60%，Ni：2.2%，Cr：0.40%，余量为Fe及不可避免的杂质；

将待焊接的Q960E高强钢预热125℃，预热范围不少于焊接坡口两侧各80mm范围内；

焊接工艺参数：焊接电流250A，电弧电压27V，焊接速度33cm/min，焊接热输入量1.21KJ/cm；对厚度为15mm+15mm组合钢板气体保护焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度不低于125℃。

经对采用上述焊接方法焊接的高强钢板Q960E对接接头力学性能检测，其接头力学性能为：抗拉强度Rm：1025MPa，断裂位置：母材，接头冷弯d=4a，180o 合格，焊缝金属-40℃冲击功AKv：52J，熔合线及热影响区熔合线外1mm处-40℃冲击功AKv：42J、28J。

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

1.一种调质低合金高强钢气体保护焊接方法，其特征在于：

选用屈服强度不低于960MPa的调质低合金高强钢板，其厚度为8mm～30mm，并为相同板厚组合对接；

选用Ar气与CO₂混合气体为保护气体，所述Ar气与CO₂的体积配比为：Ar气：80%，CO₂：20%；

焊前打磨清除焊缝周边20mm～50mm范围内的铁锈、油污；

2.如权利要求1所述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，其特征在于：气体保护焊坡口采用非对称或对称双面X型坡口，坡口角度为60o，坡口间隙为0～1mm，钝边为0～1mm。

3.如权利要求1或2所述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，其特征在于：施焊前进行125℃预热时，预热范围不少于焊接坡口两侧各90mm范围内；焊接电流240～260A，电弧电压26～28V，焊接速度33cm/min。

4.如权利要求1或2所述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，其特征在于：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.08%，Mn：2.0%，Si：0.60%，P：0.015%，S：0.010%，Mo：0.50%，Ni：2.1%，Cr：0.30%，余量为Fe及不可避免的杂质。

5.如权利要求1或2所述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，其特征在于：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.10%，Mn：1.60%，Si：0.90%，P：0.012%，S：0.008%，Mo：0.70%，Ni：2.3%，Cr：0.45%，余量为Fe及不可避免的杂质。

6.如权利要求1或2所述的调质低合金高强钢气体保护焊接方法，其特征在于：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.09%，Mn：1.80%，Si：0.80%，P：0.010%，S：0.007%，Mo：0.60%，Ni：2.2%，Cr：0.40%，余量为Fe及不可避免的杂质。