CN113218756A - 一种高碳当量钢焊缝杯突验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高碳当量带钢采用激光焊接焊缝，通过杯突验证焊缝质量的方法。带钢碳当量为＞0.6%，所述激光焊接采用焊丝成分为：0.08wt%C、0.55wt%Si、1.47wt%Mn、0.012wt%P、0.011wt%S、0.005wt%Cu、0.05wt%Al、0.05wt%Ti+Zr，余量为Fe。焊接参数为焊接功率为11‑12KW，焊接速度为3‑5m/min，焊缝间隙为‑1mm，送丝速度为3‑5m/min，退火电流为100‑150A。本发明提供的高碳当量带钢焊缝质量杯突实验判定标准方法，解决了碳当量大于0.6%的带钢焊缝杯突实验不合格，无法正常生产的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，特别涉及一种碳当量大于0.6%的带钢激光焊接焊缝合格的验证方法。
背景技术
激光焊接是利用高功率密度的激光束使材料瞬时加热到气化温度而实现的熔化-凝固过程。
杯突实验是验证焊缝强度是否大于母材强度的实验方法，能够快速判断焊缝质量的好坏，在酸轧机组中较为常见。
激光焊机根据碳当量和硅、锰元素含量进行钢种分类，根据钢种类型选择相应的焊接参数。激光焊机在焊接高碳钢时，由于碳当量越高焊接越容易产生微裂纹，在焊缝的杯突试验过程中极易从焊缝裂开，杯突实验不合格，焊缝在生产线上产生断带的几率大大增加。断带对机组造成损失巨大，资料显示焊接高碳钢时需要对焊缝进行预热处理，但在激光焊机没有焊前预热功能，特别是在碳当量大于0.6%时，带钢的淬硬性增大，焊接性能差，焊缝质量极不稳定，通过不断优化焊接参数，焊缝的杯突实验合格率不超过10%，严重影响了该钢种在酸轧机组的生产。
常规杯突判定方法是，用规定的钢球或球状凸模将板料试样压入凹模，直到产生裂纹或开裂，通过裂纹的形貌（见图1和图2所示）判断焊缝质量的一种方法。利用常规杯突实验焊缝无法满足正常生产需要，但根据焊缝在生产线的弯曲程度和拉力状态，高碳钢的焊缝强度远大于生产线过程的受力情况，因此仅靠常规杯突实验验证无法保证大规模生产的需求。
因此需要在焊接参数最优的情况下，通过进一步分析杯突实验的过程寻找满足生产需要判定的标准。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳当量大于0.6%焊缝杯突实验判定焊缝质量合格的方法，保证高碳当量带钢在酸轧机组的稳定运行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高碳当量钢焊缝杯突验证方法，包括以下步骤：
（1）对带钢进行激光焊接；
（2）焊缝焊接完成后，剪切焊缝处带钢600mm×通板宽，焊缝位于切样中间位置；
（3）对焊缝进行杯突试验。
进一步，所述高碳当量钢的碳当量大于0.6%。
进一步，所述激光焊接用的激光焊机采用成分为0.08wt%C、0.55wt%Si、1.47wt%Mn、0.012wt%P、0.011wt%S、0.005wt%Cu、0.05wt%Al、0.05wt%Ti+Zr，余量为Fe的焊丝进行焊接。
进一步，所述激光焊接的条件是：焊接功率为11-12KW，焊接速度为3-5m/min，焊缝间隙为-1mm，送丝速度为3-5m/min，退火电流为100-150A。
更进一步，所述激光焊接的条件是：焊接功率为12KW，焊接速度为4m/min，焊缝间隙为-1mm，送丝速度为3.2m/min，退火电流为120A。
进一步，所述杯突试验采用杯突实验机为直径φ22mm的冲头，冲头高度为12mm，冲头行程为30mm。
进一步，在上述焊接条件下，当杯突高度达到12mm时，焊缝未开裂，或开裂不是从焊缝位置开裂，继续提高杯突高度，从焊缝开裂或者开裂方向与焊缝垂直，对此焊缝进行拉力实验，实验结果从母材处断裂，焊缝强度超过母材强度，焊缝合格；
非上述焊接条件下，当杯突高度达到12mm，从焊缝处开裂，则拉力实验从焊缝处断裂，焊缝不合格。
进一步，根据母材强度与母材在生产线的各受力状态分析，在生产线中母材最大弯曲弧度为60度，最大拉力为450Mpa。
进一步，当碳当量大于6%的焊缝正常杯突至17mm时，从焊缝处开裂的情况多，按照常规判断方法，焊缝不合格，无法生产。
本发明根据杯突实验带钢凸起高度和焊缝处开裂与否及开裂形貌判定焊缝质量是否合格。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在杯突试验中因材料塑性不同，塑性较好的材料需要冲头行程较大时才能将杯突区域冲裂开，而塑性较差的材料则冲头行程较小时就能将杯突区域冲裂开，然后根据焊缝裂开的形态判断焊缝质量是否合格。
本发明提供的碳当量大于0.6%的带钢焊缝在杯突实验不满足常规判定合格的情况下，根据杯突过程中焊缝区域的延伸和开裂状态，判定焊缝合格的方法。针对碳当量大于0.6%的热轧带钢焊接，找出杯突实验焊缝开裂规律，结合焊缝拉力实验，解决焊缝杯突常规判定但满足生产需要的方法。
附图说明
图1为常规焊缝杯突试验合格状态；
图2为常规焊缝杯突试验不合格状态；
图3为本发明实施例2杯突实验高度低于12mm，杯突开裂形貌及拉力实验焊缝断裂照片；
图4为本发明实施例1杯突实验高度高于12mm，杯突开裂形貌及拉力实验焊缝断裂照片；
图5为图4继续杯突实验高度高于20mm，杯突开裂形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明提供的是一种碳当量大于0.6%的带钢焊缝在杯突实验根据杯突高度观察焊缝形貌进而判定合格的方法。激光焊机焊接采用焊丝成分为0.08wt%C、0.55wt%Si、1.47wt%Mn、0.012wt%P、0.011wt%S、0.005wt%Cu、0.05wt%Al、0.05wt%Ti+Zr（其中，Ti为0.03wt%，Cr为0.02wt%），余量为Fe。
作为最佳实施方案焊接采用焊接功率为12KW，焊接速度为4m/min，焊缝间隙为-1mm，送丝速度为3.2m/min，退火电流为120A。
下面通过具体实施例对本发明提供的碳当量大于0.6%的带钢焊缝杯突实验判断方法做验证。杯突试验采用杯突实验机为直径φ22mm的冲头，冲头高度为12mm，冲头行程为30mm。
实施例1
50号钢的原料成分为：C：0.52wt%，Mn：0.65wt%，Si：0.27wt%，P：0.017wt%，S：0.005wt%。根据碳当量计算公式：
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14，计算出50号钢碳当量为0.64%，它是一种高碳当量带钢，抗拉强度为780MPa。对此50号钢规格为2.5*1270mm（厚*宽）的带钢进行焊接，采用最佳实施方案焊接参数。焊接采用焊接功率为12KW，焊接速度为4m/min，焊缝间隙为-1mm，送丝速度为3.2m/min，退火电流为120A。对焊缝取样（焊缝焊接完成后，剪切焊缝处带钢600mm×通板宽，焊缝位于切样中间位置）进行杯突实验。杯突高度为12mm时，焊缝样貌，参照图4，继续杯突至高度大于20mm，焊缝样貌参照图5。通过拉伸实验，此焊缝在非焊缝处断裂。且抗拉强度为788MPa。焊缝验证为合格。
实施例2
50号钢的原料成分为：C：0.52wt%，Mn：0.65wt%，Si：0.27wt%，P：0.017wt%，S：0.005wt%。根据碳当量计算公式：
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14，计算出50号钢碳当量为0.64%，它是一种高碳当量带钢，抗拉强度为780MPa。对此50号钢规格为2.5*1270mm（厚*宽）的带钢进行焊接，采用非最佳方案焊接参数。焊接采用焊接功率为11KW，焊接速度为3m/min，焊缝间隙为-1mm，送丝速度为1.5m/min，退火电流为120A。对焊缝取样（焊缝焊接完成后，剪切焊缝处带钢600mm×通板宽，焊缝位于切样中间位置）进行杯突实验。杯突高度为12mm时，焊缝样貌，参照图3，拉力实验从焊缝处断裂，拉伸样参照图3。且抗拉强度为391MPa，远低于母材抗拉强度。焊缝验证为不合格。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种高碳当量钢焊缝杯突验证方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）对带钢进行激光焊接；
（2）焊缝焊接完成后，剪切焊缝处带钢600mm×通板宽，焊缝位于切样中间位置；
（3）对焊缝进行杯突试验。
2.根据权利要求1所述的高碳当量钢焊缝杯突验证方法，其特征在于，所述高碳当量钢的碳当量大于0.6%。
3.根据权利要求1所述的高碳当量钢焊缝杯突验证方法，其特征在于，所述激光焊接用的激光焊机采用成分为0.08wt%C、0.55wt%Si、1.47wt%Mn、0.012wt%P、0.011wt%S、0.005wt%Cu、0.05wt%Al、0.05wt%Ti+Zr，余量为Fe的焊丝进行焊接。
4.根据权利要求1所述的高碳当量钢焊缝杯突验证方法，其特征在于，所述激光焊接的条件是：焊接功率为11-12KW，焊接速度为3-5m/min，焊缝间隙为-1mm，送丝速度为3-5m/min，退火电流为100-150A。
5.根据权利要求4所述的高碳当量钢焊缝杯突验证方法，其特征在于，所述激光焊接的条件是：焊接功率为12KW，焊接速度为4m/min，焊缝间隙为-1mm，送丝速度为3.2m/min，退火电流为120A。
6.根据权利要求1所述的高碳当量钢焊缝杯突验证方法，其特征在于，所述杯突试验采用杯突实验机为直径φ22mm的冲头，冲头高度为12mm，冲头行程为30mm。
7.根据权利要求5所述的高碳当量钢焊缝杯突验证方法，其特征在于，在所述激光焊接条件下，当杯突高度达到12mm时，焊缝未开裂，或开裂不是从焊缝位置开裂，继续提高杯突高度，从焊缝开裂或者开裂方向与焊缝垂直，对此焊缝进行拉力实验，实验结果从母材处断裂，焊缝强度超过母材强度，焊缝合格；
非所述激光焊接条件下，当杯突高度达到12mm，从焊缝处开裂，则拉力实验从焊缝处断裂，焊缝不合格。
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