CN105382437A - 冲击韧性优异的焊接接头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冲击韧性优异的焊接接头及其制造方法，所述焊接接头是通过将板材的相对的两面进行焊接而形成，在所述两面上形成有焊珠，在所述两面的所述焊珠相接的重叠部中，各所述焊珠不对称，各所述焊珠的中央部之间距离为0.1～4mm。

Description

冲击韧性优异的焊接接头及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种焊接接头，具体涉及一种提高冲击韧性的焊接接头及其制造方法。
背景技术
为了提高焊接接头的焊接热影响区(HAZ)的冲击韧性，需要调整钢材的合金成分以及控制高温环境下的析出物的动态，为了提高焊接金属与母材之间的熔合线(Fusionline)的冲击韧性，需要调整奥氏体晶粒尺寸(AGS；Austenitegrainsize)、焊接热影响区的微细组织、马氏体-奥氏体(M/A；Martensite-Austenite)尺寸以及形状等。
作为上述的现有技术，在专利文献1中提出了一种为了抑制由焊接时产生的热所导致的AGS的生长而利用锡(TiN)、钛(Ti)和/或镁(Mg)氧化物等的方法，在专利文献2中提出了一种将由钢材的合金成分的调整以及焊接的热输入量下降所导致的焊接热影响区的微细组织形成为韧性优异的下贝氏体(LowBainite)组织的方法，在专利文献3中提出了一种为了抑制M/A的形成而调整钢材成分以及进行热处理的方法。然而，这种方法需要很多经验和技术，因此需要进行长期的研究。
并且，在进行焊接金属与母材之间的熔合线的冲击试验的情况下，从图1可知，进行夏比冲击试验时，在用虚线表示的冲击试片的中间部分的用实线表示的缺口点(notchpoint)以50：50的比例包括焊接金属和焊接热影响区，在图1的用虚线表示的圆圈部分的相变的临界粗晶热影响区(ICCGHAZ；intercriticalcoarsegrainheataffectedzone)中会出现因焊接热输入的滞后而***的奥氏体组织和焊接后产生的韧性脆弱的M/A二次相组织等被劣化的组织，从而因在厚板钢材上存在的中心偏析的复合作用而熔合线的冲击韧性急剧下降。
因此，仅通过控制钢材的合金成分或者使用冲击韧性优异的焊接材料或者控制焊接条件难以得到具有优异的冲击韧性的焊接接头。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:韩国公开专利第2008-0126904号
专利文献2:日本公开专利第1996-325635号
专利文献3:韩国公开专利第2009-0055637号
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种改善焊接接头的熔合线(Fusionline)的冲击韧性的冲击韧性优异的焊接接头及其制造方法。
(二)技术方案
本发明的一个实施方式提供一种冲击韧性优异的焊接接头，所述焊接接头是通过将板材的相对的两面进行焊接而形成，在所述两面上形成有焊珠，在所述两面的所述焊珠相接的重叠部中，各所述焊珠不对称，所述焊珠的中央部之间距离d为0.1～4mm。
本发明的另一个实施方式提供一种冲击韧性优异的焊接接头的制造方法，所述制造方法是通过单个或多个电极对板材的相对的两面进行焊接来制造焊接接头，在进行所述焊接时，所述单个或多个电极中，首先对所述板材上实施焊接的第一个电极，以所述板材的垂直方向为基准，向焊接进行方向的左侧或右侧方向倾斜，并具有扭转角θ(twistangle)。
(三)有益效果
根据本发明，能够分散因***的奥氏体组织、焊接后产生的韧性脆弱的M/A二次相组织以及中心偏析的复合作用而使冲击韧性急剧劣化的熔合线部分的集中，从而可以改善焊接接头的冲击韧性。
附图说明
图1是表示利用现有的方法制造的焊接接头的实施夏比冲击试验的试片的边界和缺口点，以及熔合线部分的相变的晶粒生长热影响区上形成有***的奥氏体组织和M/A二次相组织的概略图。
图2是表示通过现有的方法对板材实施焊接的图，图2a是表示利用多个电极进行焊接的立体图，图2b是表示各电极与板材保持垂直的同时向焊接方向移动的侧视图。
图3是本发明的一个实施例，图3a是表示在进行焊接的多个电极中第一个电极具有扭转角θ的立体图，图3b是表示第一个电极以板材的垂直方向为基准，向焊接进行方向的左侧方向具有扭转角θ的侧视图。
图4a是表示利用现有的方法制造的焊接接头的对称的焊珠和缺口点的剖视图，图4b是表示根据本发明的一个实施例制造的焊接接头的不对称的焊珠和缺口点的剖视图。
图5a是将利用现有的方法制造的具有对称的焊珠的焊接接头(比较例)进行拍摄的图片，图5b是将根据本发明的一个实施例制造的具有不对称的焊珠的焊接接头(发明例)进行拍摄的照片。
图6是表示在不同的温度下对所述图5a的比较例和图5b的发明例实施夏比冲击试验的结果的图表。
图7是表示从根据本发明的一个实施例制造的具有不对称的焊珠的焊接接头的上部、中部以及下部中切取冲击试片的部分的照片。
图8是表示在不同的温度下对从所述图7的上部、中部以及下部切取的冲击试片实施夏比冲击试验的结果的图表。
具体实施方式
本发明涉及一种提高冲击韧性的焊接接头及其制造方法。
在本发明的冲击韧性优异的焊接接头的制造方法的一个实施例中，当对板材的相对的两面进行焊接时，实施焊接的单个电极或多个电极中，首先对所述板材实施焊接的第一个电极，以板材的垂直方向为基准，向焊接进行方向的左侧或右侧方向具有扭转角θ。
图2是表示通过现有的方法对板材实施焊接的图。图2a是表示利用多个电极进行焊接时的立体图，根据需要各个电极可以具有向焊接方向的前方和后方倾斜的角度，但是从图2b的侧视图可知，电极不具有向焊接方向的左侧或右侧倾斜的角度，其垂直于板材。这是因为过去一直认为焊接后应当使焊珠保持最大的对称性。
图3是表示本发明的焊接接头的制造方法的一个实施例的概念图，图3的方法与图2的现有的方法不同，焊接时多个电极中的第一个电极具有扭转角θ。除了各个电极如图3a的立体图所示具有向焊接方向的前方和后方倾斜的角度之外，所述第一个电极以板材的垂直方向为基准，向焊接进行方向的左侧或右侧方向具有扭转角θ。图3b的侧视图示出第一个电极以板材的垂直方向为基准向焊接进行方向的左侧方向具有扭转角θ。
如上所述，由于第一个电极具有扭转角，因此，如图4b所示，两面的焊珠可以不对称。由于两面的焊珠不对称，因此能够分散因***的奥氏体组织、M/A二次相组织以及中心偏析的复合作用而使冲击韧性急剧劣化的熔合线部分的集中。
通常，ICCGHAZ在热影响区中表现出最差的物理性质。这是因为对内表面进行焊接时***的微细组织在进行外表面焊接时再次受到热的影响而形成M/A组织，如果在此基础上从C、Mn等硬化元素的含量高的高强度的厚板钢材中所产生的中心偏析带包括在所述ICCGHAZ中，则冲击韧性会急剧下降。为了解决这些问题，重要的是不能让上述三种特性产生复合作用。因此在本发明中进行焊接时使电极具有扭转角θ，给焊珠赋予不对称性，从而能够将在现有的对称的焊珠形状的厚度中心部即中心偏析带上存在的ICCGHAZ分散成上下部分，由此可以防止因复合作用引起的劣化现象。
优选地，实施本发明的焊接的第一个电极的扭转角为5°。当所述扭转角为0°时，不会显现基于扭转角效果的冲击韧性的提高效果，当所述扭转角大于5°时，可能会产生上部焊珠和下部焊珠的非重叠(nonoverlap)。并且，更优选地，实施本发明的焊接的第一个电极的扭转角为0.1°～1°。当所述扭转角小于0.1°时，可能难以控制扭转角，焊珠的不对称效果也不会很明显，当所述扭转角大于1°时，可能难以确保焊接区的强度，并且不符合在线管(LinePipe)的规格(DNVOSF101,API5Letc.)中规定的焊珠形状的范围，因此，所述扭转角优选为0.1°～1°。
优选地，在本发明中，对板材的相对的两面进行焊接时，相对的两个板材的槽具有X型坡口形状。若所述槽具有X型坡口形状，则两面的上下焊珠可以形成为大小均匀的焊珠，不会因哪一侧的焊接的热输入量过多而导致物理性质下降，从而可以制造冲击韧性优异的焊接接头。
并且，优选地，在本发明中，对板材的相对的两面进行焊接时，所述两面焊接的焊接热输入量为70～120kJ/cm。当所述焊接热输入量小于70kJ/cm时，可能会出现因未焊透(IP，IncompletePenetration)而导致的焊接缺陷，当所述焊接热输入量大于120kJ/cm时，因热输入量过多可能会导致焊接金属的组织劣化，且因热影响区的增加而难以确保焊接区的物理性质，因此，所述焊接热输入量优选为70～120kJ/cm。
在本发明的冲击韧性优异的焊接接头的一个实施例中，在对板材的相对的两面进行焊接而使两面的焊珠相接的重叠部中，各所述焊珠不对称，各所述焊珠的中央部之间距离(d)为0.1～4mm。
图4a是表示利用现有的方法制造的具有对称的焊珠的焊接接头的概念图。在图4a中，用虚线表示的焊珠的中央部相一致，从而呈对称的结构。
图4b是表示本发明的一个实施例的焊接接头的概念图，从图4b可知，在两面的焊珠相接的重叠部中用虚线表示的焊珠的中央部不一致，从而各所述焊珠不对称，各所述焊珠的中央部之间距离为d。
优选地，本发明的焊接接头在重叠部中以各焊珠的用虚线表示的中央部为基准，在焊珠相接的重叠部中，各所述焊珠不对称，各所述焊珠的中央部之间距离d为0.1～4mm。当所述两面的焊珠的中央部之间距离小于0.1mm时，不会显现出基于焊珠的不对称性的冲击韧性的提高效果，当所述两面的焊珠的中央部之间距离大于4mm时，无法确保焊接区的强度，并且不符合在线管的规格中规定的焊珠形状的范围，因此，本发明的焊接接头的两面的焊珠的中央部之间距离优选为0.1～4mm。并且，更优选地，本发明的焊接接头的两面的焊珠的中央部之间距离为0.5～3.8mm。当所述距离小于0.5mm时，可能会产生难以进行定量化控制的现象，当所述距离大于3.8mm时，可能难以确保足够的焊接区的强度。
以下，通过本发明的实施例更加详细地说明本发明。
[实施例]
将APIX70板材在相同的焊接条件下只改变扭转角的角度来进行焊接，并将焊接后的焊接区的特性表示在表1中。在图5中，将图5a的焊珠对称的比较例1和图5b的焊接时第一个电极具有0.2°的扭转角而两面焊珠呈间距为2.5mm的不对称的结构的发明例1，分别进行切取后得到比较例1至比较例3和发明例的冲击试片，所述冲击试片的切口点以50:50的比例包括焊接金属和焊接热影响区，然后在-30℃和-50℃的环境下，在各个冲击试片的作为冲击试片的中间点的缺口点上形成V型缺口，并测量所述缺口发生断裂为止的冲击吸收能量，由此得到冲击韧性的平均值，并将所述平均值表示在表1中。
[表1]
从发明例1至3可知，当扭转角为0.1°～1°以及焊珠的不对称的间距为0.5～3.5mm时，可以确保发明例的冲击韧性值至少比比较例的冲击韧性值大10J(-30℃标准)以上。从比较例2可知，虽然冲击韧性值大于比较例1的冲击韧性值，但是相差不大，比较例3的焊珠的不对称的间距很大，不满足本发明的条件，即不对称的间距为4mm以上，从而超出线管的规格，因此难以确保冲击韧性。
图6是表示表1中的发明例以及比较例的作为冲击韧性的平均值的CVN吸收能量随温度变化的图表。从图6可知，焊珠不对称的发明例相比焊珠对称的比较例，在-40℃的环境下，冲击吸收能量值比比较例大10J以上。从上述结果可知，本发明通过焊珠的不对称能够大幅提高冲击韧性。
并且，将对APIX70板材进行焊接时第一个电极具有0.2°的扭转角的发明例1，如图7所示，从两面上形成的焊珠的上部、中部以及下部中分别切取用虚线表示的部分后获得冲击试片(1)、(2)、(3)，然后在所述冲击试片的缺口点形成‘V’型缺口，并在不同的温度条件下测量所述缺口发生断裂为止的冲击吸收能量，并将其结果以图表的形式表示在图8中。
从图8可知，中部的冲击试片(2)与上部的冲击试片(1)和下部的冲击试片(3)相比，表现出最低的韧性值。这是因为整个焊接区的熔合线的冲击韧性根据在焊接接头的厚度的中心部上劣化的特性而下降的，因此只要提高中部的冲击试片(2)的韧性，就可以判断为提高了熔合线的冲击韧性的可靠性。
以上，结合附图对本发明的实施例进行了说明，但是本领域的技术人员可以对其进行多种变形以及实施其他实施例。可以理解为这种变形和其他实施例均包括在权利要求书中，不超出本发明的真正的意图和范围。

Claims (7)

1.一种冲击韧性优异的焊接接头，所述焊接接头是通过将板材的相对的两面进行焊接而形成，在所述两面上形成有焊珠，在所述两面的所述焊珠相接的重叠部中，各所述焊珠不对称，所述焊珠的中央部之间距离为0.1～4mm。
2.根据权利要求1所述的冲击韧性优异的焊接接头，其特征在于，在所述两面的所述焊珠相接的重叠部中，各所述焊珠不对称，各所述焊珠的中央部之间距离为0.5～3.8mm。
3.根据权利要求1所述的冲击韧性优异的焊接接头，其特征在于，所述板材的相对的部分的形状为X型坡口形状。
4.一种冲击韧性优异的焊接接头的制造方法，所述制造方法是通过单个或多个电极对板材的相对的两面进行焊接来制造焊接接头，在进行所述焊接时，所述单个或多个电极中，首先对所述板材实施焊接的第一个电极，以所述板材的垂直方向为基准，向焊接进行方向的左侧或右侧方向倾斜而具有扭转角。
5.根据权利要求4所述的冲击韧性优异的焊接接头的制造方法，其特征在于，所述扭转角为5°以下，0°除外。
6.根据权利要求5所述的冲击韧性优异的焊接接头的制造方法，其特征在于，所述扭转角为0.1°～1°。
7.根据权利要求4所述的冲击韧性优异的焊接接头的制造方法，其特征在于，对所述板材的相对的两面进行焊接时，所述接头的形状为X型坡口形状。
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